Целевая индукция B-клеток с помощью ДНК-вакцин нового поколения: прорыв в разработке вакцины против ВИЧ
Одной из главных задач современной вакцинологии и иммунотерапии является индукция антител, способных нейтрализовать вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Особый интерес представляет стимуляция широконейтрализующих антител (bnAbs), поскольку они обладают способностью нейтрализовать различные штаммы вируса. Достижение этой цели значительно осложняется тем, что ВИЧ быстро мутирует, уклоняясь от иммунной системы, что существенно замедляет процесс разработки эффективной вакцины.
Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Исследовательского института Скриппса (Scripps Research) создали новую вакцину, которая генерирует значительную популяцию редких предшественников B-клеток, способных к адаптации и выработке bnAbs. Увеличение количества этих клеток является первым успешным шагом на пути к созданию вакцины против ВИЧ.
Для создания вакцины ученые использовали синтетическую ДНК в качестве структурного каркаса для вирусоподобной частицы (VLP — virus-like particle) вместо белковой основы. На поверхности этой частицы находится множество копий иммуногена ВИЧ eOD-GT8 (антигена, способного вызывать выработку антител и иммунный ответ), разработанного методом генной инженерии в институте Скриппса. Одним из основных подходов к стимуляции редких B-клеток является иммунизация частицами, экспрессирующими на своей поверхности множественные копии одного и того же антигена (мультивалентный антигенный дисплей).
В доклинических исследованиях на мышах новая вакцина индуцировала гораздо большее количество B-клеток-предшественников, чем белковые вирусоподобные частицы, которые ранее успешно прошли начальные этапы клинических испытаний на людях. В частности, ДНК-VLP обеспечила восьмикратное увеличение количества целевых (on-target) B-клеток по сравнению со своим предшественником, который ранее считался высокоэффективным.
«Мы были удивлены тем, что частица на основе ДНК значительно превзошла по эффективности и без того высокоэффективную VLP из института Скриппса. Эти результаты указывают на потенциальный прорыв — создание совершенно новой, первой в своем классе вирусоподобной частицы, которая может фундаментально изменить наше представление об активной иммунотерапии и дизайне вакцин для различных показаний», — заявил Марк Бате, профессор биологической инженерии MIT и ассоциированный член Института Броуда (Broad Institute) при MIT и Гарварде.
Исследование также показало, что ДНК-структура при использовании в комбинации с генно-инженерным антигеном ВИЧ не вызывает независимого иммунного ответа против самого каркаса. Это означает, что ДНК-VLP могут быть успешно использованы для доставки множества различных антигенов, особенно в случаях, когда требуется применение стратегий многоэтапной вакцинации.
Одним из центральных объектов воздействия при разработке широконейтрализующих антител против ВИЧ является VRC01 (моноклональное антитело), впервые описанное в 2010 году учеными Национальных институтов здравоохранения США (NIH) у лиц, живущих с ВИЧ, у которых не развился СПИД. Это открытие положило начало масштабным исследованиям по созданию вакцины, стимулирующей выработку данных целевых антител, однако эта задача остается нерешенной по сей день.
Иммунологи полагают, что генерация нейтрализующих ВИЧ антител требует трехэтапной вакцинации. Каждый этап инициируется различными антигенами, что способствует направлению дифференцировки B-клеток к конечной цели — нативной белковой оболочке ВИЧ (gp120). Нейтрализация данного гликопротеина критически важна, поскольку он является основным структурным элементом вируса, с помощью которого он связывается с рецепторами CD4+ T-лимфоцитов (T-хелперов) и проникает в них.
В 2013 году профессор иммунологии и микробиологии Исследовательского института Скриппса Уильям Шиф в своей научной работе описал генно-инженерный антиген eOD-GT6, который можно было использовать на первом этапе прайминга (первичной стимуляции). Впоследствии его команда обновила этот антиген до версии eOD-GT8. Вакцинация антигеном eOD-GT8, расположенным на белковых VLP, индуцировала образование предшественников антител VRC01 как у мышей, так и в ходе клинических испытаний на людях.
Однако использование белковых VLP имело существенный недостаток: иммунизация этим методом вызывала значительное количество «нецелевых» (off-target) антител, которые связывались непосредственно с самой белковой частицей (VLP), что служило сильным отвлекающим фактором для иммунной системы. Подобная конкуренция могла иметь непредсказуемое влияние на пролиферацию целевых B-клеток, критически важных для защиты от ВИЧ.
Для решения этой проблемы лаборатории Бате и Ирвина решили использовать для доставки прайминг-антигена частицы, изготовленные из ДНК, а не из белка. Эти наноразмерные структуры создаются с помощью «ДНК-оригами» — метода, который обеспечивает точный контроль над структурой синтетической ДНК и позволяет ученым прикреплять вирусные антигены в заданных местах.
В 2024 году ученые Гарвардской медицинской школы доказали, что ДНК-VLP могут быть использованы для генерации нейтрализующих антител к SARS-CoV-2 у мышей. Также было установлено, что, в отличие от белков, ДНК-структура не вызывает выработки антител против самой VLP, что делает ее практически «невидимой» для иммунной системы.
Основываясь на вышеупомянутых исследованиях, ученые начали применять ДНК-VLP в начальной вакцине института Скриппса против ВИЧ на основе антигена eOD-GT8.
Первичные исследования на мышах показали, что при использовании исходной дозы организм не вырабатывал достаточного количества B-клеток-предшественников. Однако после структурной оптимизации ДНК-VLP ученые обнаружили, что версия меньшего диаметра, оснащенная 60 копиями антигена вместо 30, значительно превзошла по эффективности контрольную белковую модель. Это выразилось в увеличении как общего количества антиген-специфических B-клеток, так и доли целевых B-клеток, направленных непосредственно на ВИЧ-домен. Данный эффект был достигнут за счет лучшей персистенции (сохранения) частиц в лимфатических узлах и оптимального взаимодействия с вспомогательными T-клетками (T-хелперами).
Поскольку ДНК-VLP не вызывает образования антител, специфичных к структуре каркаса, она может быть использована для доставки второго и, возможно, третьего антигенов, необходимых в серии вакцин, что в настоящее время изучается учеными. Это означает, что ДНК-VLP могут успешно применяться для введения различных антигенов, особенно при необходимости использования стратегий многоэтапной вакцинации.
В перспективе данная методология может быть использована для индукции защитных антител против глобальных пандемических угроз (например, новых штаммов гриппа) и агентов химического оружия. Кроме того, технология рассматривается как инструмент активной иммунотерапии для лечения нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера (путем генерации антител к амилоиду-бета и тау-белку), а также для борьбы с опиоидной и никотиновой зависимостью.
Источники: news.mit.edu
