Наноразмерные вакцины

Инженеры MIT разработали новый тип наночастиц, которые могли бы безопасно и эффективно доставлять вакцины против таких заболеваний, как ВИЧ и малярия.

Новые частицы, описанные в выпуске Nature Materials от 20 февраля, состоят из концентрических жировых сфер, способных нести синтетические версии белков, обычно производимых вирусами. Эти синтетические частицы вызывают сильный иммунный ответ — сравнимый с ответом на живые вирусные вакцины — но должны быть гораздо безопаснее, говорит Даррелл Ирвин, автор статьи и доцент кафедр материаловедения, инженерии и биологической инженерии.

Такие частицы могли бы помочь ученым разработать вакцины как против рака, так и против инфекционных заболеваний. В сотрудничестве с учеными из Института армейских исследований имени Уолтера Рида Ирвин и его студенты сейчас тестируют способность наночастиц доставлять экспериментальную вакцину против малярии на мышах.

Вакцины защищают организм, подвергая его воздействию инфекционного агента, который «обучает» иммунную систему быстро реагировать при повторной встрече с патогеном. Во многих случаях, как с вакцинами против полиомиелита и оспы, используется убитая или ослабленная форма вируса. Другие вакцины, например, против дифтерии, состоят из синтетической версии белка или другой молекулы, которую обычно производит патоген.

При разработке вакцины ученые пытаются спровоцировать реакцию хотя бы одного из двух главных игроков иммунного ответа: Т-клеток, которые атакуют клетки организма, зараженные патогеном; или В-клеток, которые выделяют антитела, нацеленные на вирусы или бактерии в крови и других жидкостях организма.

Для заболеваний, при которых патоген обычно остается внутри клеток, например, ВИЧ, требуется сильный ответ от типа Т-клеток, известных как Т-киллеры. Лучший способ спровоцировать их действие — использовать убитый или ослабленный вирус, но с ВИЧ это невозможно, так как трудно сделать вирус безвредным.

Чтобы обойти опасность использования живых вирусов, ученые работают над синтетическими вакцинами против ВИЧ и других вирусных инфекций, таких как гепатит B. Однако эти вакцины, хотя и безопаснее, не вызывают очень сильного Т-клеточного ответа. Недавно ученые попытались заключить вакцины в жировые капли, называемые липосомами, что могло бы помочь усилить Т-клеточный ответ, упаковывая белок в вирусоподобную частицу. Однако эти липосомы обладают плохой стабильностью в крови и жидкостях организма.

Ирвин, который является членом Института интегративных исследований рака им. Дэвида Х. Коха при MIT, решил развить подход с липосомами, упаковав множество таких капель вместе в концентрические сферы. После слияния липосом соседние стенки химически «сшиваются» друг с другом, что делает структуру более стабильной и менее склонной к быстрому разрушению после инъекции. Однако, как только наночастицы поглощаются клеткой, они быстро разрушаются, высвобождая вакцину и провоцируя Т-клеточный ответ.

В тестах на мышах Ирвин и его коллеги использовали наночастицы для доставки белка овальбумина, яичного белка, обычно используемого в иммунологических исследованиях. Они обнаружили, что три иммунизации низкими дозами вакцины вызвали сильный Т-клеточный ответ — после иммунизации до 30% всех Т-киллеров у мышей были специфичны к вакцинному белку.

Это один из самых сильных Т-клеточных ответов, генерируемых белковой вакциной, и сравнимый с сильными вирусными вакцинами, но без проблем безопасности, присущих живым вирусам, говорит Ирвин. Важно, что частицы также вызывают сильный антительный ответ. Нирен Мурти, доцент Технологического института Джорджии, говорит, что новые частицы представляют «довольно большой прогресс», хотя и отмечает, что необходимы дополнительные эксперименты, чтобы показать, что они могут вызывать иммунный ответ против человеческих заболеваний у людей. «Потенциал определенно достаточен, чтобы его стоило исследовать в более сложных и дорогих экспериментах», — говорит он.

Помимо исследований малярии с учеными из Уолтера Рида, Ирвин также работает над адаптацией наночастиц для доставки вакцин против рака и ВИЧ. Перевод этого подхода для ВИЧ ведется в сотрудничестве с коллегами из Института Рагона MIT, Гарварда и Массачусетской больницы общего профиля. Институт, который финансировал это исследование вместе с Фондом Гейтса, Министерством обороны и Национальными институтами здравоохранения, был основан в 2009 году с целью разработки вакцины против ВИЧ.