Зачем создают вакцины, которые можно пшикать в нос, есть и пить
Уже почти год РНК-вакцины и аденовирусные векторы защищают нас от ковида. Но резко ускорившийся прогресс в развитии вакцин, возможно, затронет не только платформы, но и средства доставки. Через некоторое время у нас могут появиться вакцины в виде таблеток, спрея для носа, жевательной резинки или вообще кефира. Рассказываем, как близки эти методы к реализации и как они могут дополнить традиционные инъекции.
Самый распространенный метод прививки — внутримышечная или внутривенная инъекция. Все нынешние вакцины от коронавирусной инфекции вводят внутримышечно. Такой способ доставки антигена (то есть молекулы или даже целого вируса, против которого надо выработать иммунитет) стимулирует системный иммунитет: иммунные клетки и белковые молекулы, которые плавают в крови и оттуда проникают в ткани.
Но если вместо укола антиген, например, съесть, он будет взаимодействовать со слизистыми оболочками организма. А там функционирует мукозальный иммунитет: собственная, частично автономная защита, которая представлена немного другими типами иммунных клеток и антител.
Системный иммунитет использует для защиты организма от патогена преимущественно иммуноглобулины IgG, плавающие в крови (их число измеряют тесты на антитела к коронавирусу после болезни или прививки). Мукозальный иммунитет больше полагается на молекулы типа IgA. На них довешен секреторный компонент — белок, который позволяет антителам работать на поверхности слизистых и защищает их от расщепления. Секреторные молекулы IgA (точнее, уже sIgA) препятствуют прикреплению микроорганизмов и токсинов к эпителию слизистых и тем самым не дают им проникнуть внутрь. В слизистых встречать патогены могут и IgG, но для этого их концентрация в крови должна быть достаточно высокой. Кроме того, эти молекулы куда менее стабильны и плохо сохраняются, например, в пищеварительном тракте.
Структурная основа местного иммунитета слизистых — это лимфоидная ткань MALT (mucosal-associated lymphoid tissue). Она разделена на несколько отделов: носоглотка, легкие, кишечник и так далее, но это деление довольно условно, так как все отделы связаны друг с другом благодаря миграции лимфоцитов. К примеру, обученные в кишечнике лимфоциты направляются сначала в ближайшие лимфоузлы, а оттуда через лимфатические сосуды и систему кровообращения — в слизистые оболочки носоглотки и легких, где продолжают вырабатывать IgA против целевого антигена. В лимфоидной ткани слизистых оболочек можно выделить индуктивные сайты, где происходит презентация антигена иммунной системе и эффекторные отделы, куда иммунные клетки, уже знакомые с антигеном, перемещаются через кровоток из сайта индукции.
Так что стимуляция иммунитета в пищеварительном тракте может приводить к его усилению в носу и наоборот — причем, по-видимому, не только от конкретного возбудителя, но и неспецифической защиты. Все это объясняет, например, гипотезу о том, что прием пробиотиков помогает меньше болеть простудой. Он же объясняет, как капсула с бактериями может защитить человека от холеры или коронавирусной инфекции.
Наиболее изученным сайтом индукции местного иммунитета слизистой являются пейеровы бляшки в кишечнике, которые еще в XVII веке открыл швейцарский анатом Иоганн Пейер. Если представить, что центр управления всем мукозальным иммунитетом находится в кишечнике, становится понятно, откуда растут ноги у концепции съедобных вакцин.
Как и другие возбудители респираторных инфекций, коронавирус в организм человека попадает, как правило, через слизистую. В теории, если мукозальный иммунитет человека будет обучен распознавать и уничтожать вирионы SARS-CoV-2, то сможет предотвращать дальнейшее проникновение вируса в ткани — и, следовательно, развитие системных симптомов, начиная от пневмонии и заканчивая нарушениями свертываемости крови, поражениями нервов и так далее. Кроме того, связывание вируса на слизистых защитит не только привитого человека, но и не даст ему заразить других (то есть приведет к формированию стерилизующего иммунитета — по крайней мере, на мышах такое свойство мукозальных вакцин было показано).
Такую «съедобную» вакцину от ковида сейчас разрабатывают в Институте экспериментальной медицины РАН. В качестве системы доставки российские ученые используют рекомбинантный (генно-модифицированный) штамм энтерококка, на поверхности которого экспрессированы фрагменты S-белка вируса SARS-CoV-2. S-белок вирус использует для того, чтобы прикрепляться к клеткам человека, распознается антителами в первую очередь, и поэтому стал мишенью для большинства существующих сегодня вакцин.
По замыслу ученых, бактерии надо принять внутрь — в форме раствора, кисломолочного напитка или в капсуле — и, попав в кишечник, они еще какое-то время будут размножаться и продуцировать антиген, стимулируя мукозальный иммунитет.
Возможность упаковать вакцину в таблетку или кефир — это огромный плюс подобной технологии. Ее будет намного удобнее хранить и применять, да и чисто психологически многим людям проще выпить лекарство (не говоря уже о кефире), чем колоть его внутримышечно.
Пока что исследовательская группа проверила свои рекомбинантные штаммы на мышах и подтвердила, что у них формируются нужные иммуноглобулины класса IgA. У животных, которым давали вакцину перорально, титр антител значимо превысил значение для контрольной группы. На очереди стоят испытания протективного эффекта на хомяках: сначала им введут вакцину в форме раствора, а потом заразят коронавирусом.
В разговоре с N + 1 Александр Суворов, руководитель группы разработчиков, утверждает, что они планируют провести испытания по всем правилам: сначала закончить доклинику на животных, и лишь затем провести полноценные клинические испытания на людях — несмотря на то, что в «добровольцах нет недостатка уже сейчас».
Стимуляция мукозального иммунитета возможна не только через кишечник, но и через респираторный тракт. Поэтому вместо того, чтобы кормить людей вакциной, можно выдать им назальный спрей. Так работает как минимум одна рыночная вакцина от гриппа, FluMist.
Рассуждая о перспективах интраназальных вакцин от ковида на страницах журнала Science, ученые Фрэнсис Лэнд и Трой Рэнделл предполагают, что в случае респираторных инфекций локальная стимуляция пути IgA в слизистых будет обладать более выраженным защитным эффектом — так как антитела IgG, которые образуются при внутримышечном введении антигена, попадают в слизистые только при достаточно высоком титре.
Они оговариваются, однако, что наиболее эффективно мукозальный иммунитет формируется у «наивных» людей, которые ранее не сталкивались с этим антигеном, а синтезированные IgA, вероятно, проживут недолго. Тем не менее, клеточный иммунитет и клетки памяти формируются и при мукозальной стимуляции. Возможно, наилучшей стратегией будет использовать назальные вакцины в комплексе с традиционными инъекциями, для совместной работы системного и локального иммунитета.
Правда, пока все подобные вакцины только проходят первые фазы клинических испытаний — в июле Science насчитал семь таких вакцин. С лета к этим разработкам присоединилась как минимум еще одна — назальная вариация «Спутника V», которая в этом октябре получила одобрение Минздрава на клинические исследования. Согласно записи в Реестре разрешений на проведение клинических испытаний, вторая фаза испытаний назального «Спутника» на 500 людях закончится в декабре 2023 года.
Известно также, что еще до их начала как минимум один человек испытал ее действие на себе — им в июне стала председательница Совета Федерации Валентина Матвиенко, которая уже в октябре заявила (правда, без ссылок на какие-либо научные исследования или мнение конкретных экспертов), что назальная вакцинация «не отменяет необходимость сделать обычную прививку». Каких-либо еще сведений об эффекте и ограничениях «спутникового пшика» в открытом доступе пока нет.
Кроме того, назальную форму «Спутника V» собирается испытывать еще один российский производитель, фармкомпания «Генериум», которая создала ее «на основе разработки института им. Гамалеи» — правда, в Реестре разрешений на проведение клинических испытаний (РКИ) соответствующей записи пока нет.
Поэтому насколько довольно очевидная идея стимуляции локального иммунитета в носу для защиты от вируса, который проникает через нос, работает на самом деле, мы узнаем не в самое ближайшее время.
Данных о том, насколько велика роль мукозального иммунитета в защите от заражения вирусом SARS-CoV-2, пока довольно мало. Но исследования 2009 года показывали, что при заражении другим коронавирусом, возбудителем простуды, у заболевших появляются антитела класса IgA, а их наличие коррелирует с длительностью инфекции. Для ковида формирование антител этого типа тоже уже было показано — причем, судя по всему, в отличие от IgG, они формируются при любой тяжести течения заболевания. Достаточно ли защиты IgA, обученных бороться с вирусными частицами коронавируса, для того, чтобы предотвратить болезнь, впрочем, не понятно.
Одобренная мукозальная вакцина от респираторного заболевания ровно одна — это уже упомянутый выше назальный спрей от гриппа. В основе вакцины FluMist лежит ослабленный векторный вирус, в которого встроены антигены штаммов гриппа. Если говорить о других, не респираторных вирусных заболеваниях, существуют также одобренные мукозальные вакцины от полиомиелита и ротавирусной инфекции, которые употребляются в форме раствора.
Что касается существующих на рынке бактериальных мукозальных вакцин (а именно такую собираются сделать питерские ученые), то все они предназначены обеспечивать защиту не от респираторных заболеваний, а от «болезней грязных рук» — в частности, холеры и тифа. В их основе лежат убитые бактерии, а в состав противохолерной вакцины Dukoral, кроме штамма Vibrio cholerae, входит также холерный токсин в качестве компонента, усиливающего иммунный ответ (адъюванта).
Таким образом, разработка ученых из ИЭМ является действительно новаторской — и поэтому рискованной. Совершенно неизвестно, сработает ли в организме комбо из бактерий и S-белка, и насколько сильным будет сформированный иммунитет, как долго будут размножаться модифицированные бактерии в кишечнике и будут ли вообще.
Результатов испытаний «кефирной вакцины» от ковида придется ждать больше года — и неизвестно, насколько сильно вирус мутирует за это время. В защиту питерского энтерококка говорят предварительные результаты испытаний другой рекомбинантной вакцины. Правда, это вакцина от диареи, которая содержит убитые штаммы кишечной палочки с вставленными в них генами токсинов. Она успешно завершила вторую фазу клинических испытаний в Бангладеше и привела к появлению нужных антител у испытуемых, при этом не показав серьезных побочных эффектов, в том числе на детях.
Вообще, вакцинами в капсулах, йогуртах или спреях дело не ограничивается. Так, уже довольно давно обсуждаются и более экстравагантные варианты вакцинации: при помощи трансгенных помидоров, бананов и картошки.
Идея сделать овощные вакцины витает в научной среде с момента открытия генной модификации растений. Такая форма выпуска вакцин кажется идеальной: удобно производить, хранить и использовать.
В XX веке попыток превратить овощи в прививки было сделано довольно много попыток. К примеру, в картошке пытались продуцировать токсины кишечной палочки, белки вируса гепатита B и возбудителя гастроэнтерита. Эти разработки дошли до клинических испытаний на людях. Правда, так как при приготовлении белковые антигены имеют свойство денатурировать, добровольцам пришлось жевать сырую картошку.
В 2000 году в американском испытании трансгенного картофеля, продуцирующего белки норовируса, который вызывает кишечную инфекцию, две группы участников по 10 человек дважды либо трижды ели по 150 граммов трансгенных клубней (контрольной группе давали обычную картошку). Антитела класса IgA против капсидного белка норовируса после этого появились у 19 участников из 20, но разброс концентраций оказался огромным: от 6 до 280 условных единиц. Авторы связали это с неустойчивой экспрессией антигена в самих клубнях, и признали, что оральная иммунизация чистым рекомбинантным капсидным белком, безо всякого картофеля, дает более устойчивый результат.
Та же исследовательская группа затем испытывала трансгенную кукурузу, которая синтезировала токсин кишечной палочки. Несмотря на то, что у семи из девяти добровольцев, которых накормили кукурузной мукой, появились антитела против нужного антигена, испытания продолжать не стали — возможно, потому что секреторные антитела в кишечнике были обнаружены только у четверых. Подобная же история произошла с салатом, заряженным против гепатита B, и со шпинатом против бешенства. А попытки сделать морковь против кори и помидоры, экспрессирующие белки ВИЧ, не ушли дальше экспериментов на мышах.
Почему так сложно? Во-первых, сложно в расчитать необходимую дозы для развития иммунитета: разные плоды могут экспрессировать антигены на разном уровне, а кроме того, они разрушаются и при готовке, и в желудке. Во-вторых — банальные законодательные ограничения. Ведь речь идет о генно-модифицированных растениях, которые разрешено выращивать далеко не во всех странах. А для полноценных испытаний нужны большие выборки и, следовательно, много продукта.
Своих попыток ученые, впрочем, не оставляют. В сентябре 2021 года ученые из университета Токио отчитались о результатах первой фазы клинических испытаний противохолерной вакцины MucoRice-CTB — трансгенного риса против холеры.
А пока растения чаще используются не как метод доставки вакцины в организм людей, а в качестве платформ для наработки нужных ученым белков и антител. Чаще всего в роли такой платформы используется табак: в его растениях пробуют выращивать, в том числе, S-белок коронавируса для использования в субъединичных вакцинах.
Дарья Спасская