Cercetătorii de la Stanford au reuşit să utilizeze o bacterie care trăieşte pe pielea umană pentru a produce un vaccin topic care a protejat şoarecii împotriva tetanosului. Noua abordare ar putea duce la o transformare radicală a vaccinurilor, eliminând acele şi totodată reacţii precum febra, umflarea locului injectării şi durerea.
Imaginaţi-vă o lume în care vaccinurile ar exista sub formă de cremă care poate fi aplicată pe piele, în loc de injectarea prin intermediul unei seringi cu ac, aplicată în muşchi. Chiar mai mult, imunizarea ar fi complet nedureroasă şi nu ar fi urmată de febră, umflături, roşeaţă sau durere la nivelul braţului. De asemenea, nu ar fi nevoie de personal medical pentru administrarea vaccinului care, în plus, ar fi şi mai ieftin.
Datorită cercetătorilor de la Universitatea Stanford, care au reuşit să modifice o specie de bacterii, Staphylococcus epidermidis, care se găseşte pe pielea majorităţii oamenilor, această abordare ar putea deveni realitate.
„Cu toţii urâm acele - toată lumea urăşte”, a declarat miercuri, Michael Fischbach, profesor de bioinginerie, într-un comunicat. „Nu am găsit o singură persoană căreia să nu-i placă ideea că ar putea fi posibil să înlocuim o injecţie cu o cremă” a precizat acesta.
Pielea este un mediu foarte dificil, potrivit prof. Fischbach. „Este incredibil de uscată, mult prea sărată pentru majoritatea creaturilor unicelulare şi nu există prea multe de mâncat. Nu-mi pot imagina că ceva ar vrea să trăiască acolo”, explică cercetătorul, însă câteva microorganisme rezistente îşi fac aici casă. Printre aceştia se numără S. epidermidis, o specie bacteriană, în general inofensivă, care colonizează pielea.
„Aceste bacterii locuiesc pe foliculii de păr al majorităţii persoanelor de pe planetă”, spune prof. Fischbach.
Poate că imunologii au neglijat bacteriile care colonizează pielea, a spus el, deoarece acestea nu par să contribuie prea mult la sănătatea noastră. „Am presupus că nu se întâmplă prea multe aici, dar se pare că ne-am înşelat”. În ultimii ani, echipa sa a descoperit că sistemul imunitar organizează un răspuns mult mai agresiv împotriva S. epidermidis decât aşteptat.
Într-un studiu publicat miercuri în revista Nature, prof. Fischbach şi echipa sa s-au concentrat asupra unui aspect-cheie al răspunsului imunitar - producţia de anticorpi. Aceste proteine specializate se pot lega de anumite caracteristici biochimice ale microbilor invadatori, împiedicându-i adesea să pătrundă în interiorul celulelor sau să călătorească nestingheriţi prin fluxul sanguin în locuri unde nu ar trebui să ajungă.
Anticorpii sunt extrem de pretenţioşi în ceea ce priveşte microorganismele de care se leagă. Fiecare moleculă de anticorp vizează de obicei o anumită caracteristică biochimică aparţinând unei singure specii sau tulpini microbiene.
Laboratorul Stanford şi-a dorit să afle dacă sistemul imunitar al unui şoarece, a cărui piele nu este în mod normal colonizată de S. epidermidis, ar putea să organizeze un răspuns cu anticorpi la acest microorganism dacă acesta ar apărea pe pielea animalelor.
Niveluri de anticorpi fără o cauză?
Experimentele iniţiale efectuate au fost simple: cercetătorii au înmuiat un tampon de bumbac într-o fiolă care conţine S. epidermidis, au frecat uşor tamponul pe capul unui şoarece obişnuit - fără a fi necesar să-l radă sau să-i spele blana - şi au pus animalul înapoi în cuşca sa. Apoi, au prelevat sânge la anumite intervale de timp în următoarele şase săptămâni şi au studiat dacă sistemul imunitar al şoarecelui a produs anticorpi care se leagă de S. epidermidis.
Răspunsul anticorpilor şoarecilor la această bacterie a fost „şocant”, explică prof. Fischbach. „Nivelul anticorpilor a crescut la început încet, apoi puţin mai mult - şi apoi chiar şi mai mult”. La şase săptămâni, aceştia au atins o concentraţie mai mare decât ne-am fi aşteptat în urma unei vaccinări - şi au rămas la aceste niveluri.
„Este ca şi cum şoarecii ar fi fost vaccinaţi”, a explicat cercetătorul. Răspunsul animalelor la anticorpi a fost la fel de puternic şi specific ca şi cum ar fi reacţionat la un agent patogen.
„Acelaşi lucru pare să se întâmple în mod natural la oameni”, spune profesorul. „Am prelevat sânge de la donatori umani şi am constatat că nivelurile lor circulante de anticorpi direcţionaţi către S. epidermidis erau la fel de ridicate ca împotriva oricărui patogen cum se întâmplă în cazul vaccinării”.
Acest lucru a fost ciudat, a adăugat el. „Răspunsul imunitar feroce al organismului la aceste bacterii comensale, care se află undeva pe bariera antimicrobiană importantă pe care o numim piele pare să nu aibă niciun scop”. Ce se întâmplă? Totul s-ar putea reduce la un vers al poetului Robert Frost, la începutul secolului al XX-lea: „Gardurile bune fac vecini buni”. Majoritatea cercetătorilor au crezut că gardul este pielea, spune profesorul, dar aceasta este departe de a fi perfectă. Fără ajutorul sistemului imunitar, acestă barieră ar fi străpunsă foarte repede, explică el.
„Cel mai bun gard sunt, de fapt, acei anticorpi. Ei sunt modul prin care sistemul imunitar ne protejează de inevitabilele tăieturi şi zgârieturi pe care le acumulăm în viaţa de zi cu zi”, spune el.
În timp ce răspunsul anticorpilor la un agent patogen infecţios începe abia după ce agentul patogen invadează organismul, răspunsul la S. epidermidis are loc preventiv, înainte să existe vreo problemă. În acest fel, sistemul imunitar poate răspunde dacă este necesar - de exemplu, atunci când există o leziune a pielii, iar microoorganismele, în mod normal inofensive, pătrund şi încearcă să intre în fluxul sanguin.
Crearea unui vaccin viu
Pas cu pas, laboratorul Stanford a transformat S. epidermidis într-un vaccin viu, funcţional, care poate fi aplicat local. Ei au aflat că partea din S. epidermidis cea mai responsabilă pentru declanşarea unui răspuns imun puternic este o proteină numită Aap. Această structură mare, asemănătoare unui arbore, de cinci ori mai mare decât o proteină obişnuită, iese din peretele celular bacterian.
Cercetătorii cred că ar putea expune unele dintre elementele sale cele mai exterioare celulelor santinelă ale sistemului imunitar care patrulează periodic pe piele, prelevând mostre din foliculii de păr din Aap pe care le duc în interiorul organismului pentru a le arăta celulelor imunitare responsabile de elaborarea unui răspuns adecvat al anticorpilor, care vizează elementul respectiv.
Prof. Fischbach este şi coautorul unui alt studiu, condus de Yasmine Belkaid, directorul Institutului Pasteur, care apare în acelaşi număr din revista Nature. Acest studiu complementar identifică celulele imunitare santinelă, numite celule Langerhans, care alertează restul sistemului imunitar cu privire la prezenţa S. epidermidis pe piele.
Aap induce un răspuns nu numai în anticorpii din sânge, cunoscuţi imunologilor ca IgG, ci şi în alţi anticorpi, numiţi IgA, care se concentrează asupra mucoaselor din nări şi plămâni.
„Provocăm IgA în nările şoarecilor”, spune prof. Fischbach. „Agenţii patogeni respiratori responsabili pentru banala răceală, gripă şi Covid-19 tind să intre în organism prin nas. Vaccinurile normale nu pot preveni acest lucru. Acestea intră în acţiune numai după ce agentul patogen ajunge în sânge. Ar fi mult mai bine să împiedicăm pătrunderea acestuia în sânge”, a explicat el.
După ce au identificat Aap ca ţintă principală a anticorpilor, oamenii de ştiinţă au căutat o modalitate de a-l exploata. Ei au înlocuit gena care codifică o bucată de toxină tetanică cu fragmentul de genă care codifică o componentă care, în mod normal, este afişată pe frunzişul acestei proteine gigantice, asemănătoare unui arbore. Acest fragment - o bucată inofensivă dintr-o proteină bacteriană extrem de toxică - este cel care atrage atenţia. Ar putea sistemul imunitar al şoarecilor să-l „vadă” şi să dezvolte un răspuns specific al anticorpilor la acesta?
Cercetătorii au repetat experimentul, de data aceasta folosind fie S. epidermidis nealterată, fie S. epidermidis modificată prin bioinginerie, pentru a codifica fragmentul de toxină tetanică.
Ei au administrat mai multe tamponări pe parcursul a şase săptămâni. Şoarecii tamponaţi cu S. epidermidis modificată prin bioinginerie, dar nu şi ceilalţi, au dezvoltat niveluri extrem de ridicate de anticorpi care vizează toxina tetanică. Atunci când cercetătorii au injectat apoi şoarecilor doze letale de toxină tetanică, şoarecii cărora li s-a administrat S. epidermidis natural au sucombat; şoarecii care au primit versiunea modificată au rămas fără niciun simptom.
Un experiment similar, în care cercetătorii au introdus în mecanismul Aap gena pentru toxina difterică în loc de cea pentru toxina tetanică, a indus, de asemenea, concentraţii masive de anticorpi care vizează toxina difterică.
În cele din urmă, oamenii de ştiinţă au constatat că pot obţine răspunsuri ale anticorpilor şoarecilor după doar două sau trei aplicaţii.
De asemenea, prin colonizarea şoarecilor foarte tineri cu S. epidermidis, cercetătorii au demonstrat că prezenţa anterioară a bacteriei pe pielea acestora (ceea ce este tipic la oameni, dar nu şi la şoareci) nu a afectat capacitatea tratamentului experimental de a stimula un răspuns puternic cu anticorpi. Acest lucru implică faptul că o colonizare a pielii de către S. epidermidis în proporţie de aproape 100% nu ar trebui să pună probleme în ceea ce priveşte utilizarea acestei aplicaţii la om.
Printr-o schimbare de tactică, cercetătorii au generat fragmentul de toxină tetanică într-un bioreactor, apoi l-au capsat chimic pe Aap, astfel încât să fie prezent pe suprafaţa S. epidermidis. Spre surprinderea lor, acest lucru a generat un răspuns surprinzător de puternic al anticorpilor.
Iniţial, echipa a presupus că abundenţa toxinei capsate la suprafaţă se va dilua tot mai mult cu fiecare diviziune bacteriană, atenuând treptat răspunsul imunitar. S-a întâmplat exact contrariul. Aplicarea topică a acestui microb a generat suficienţi anticorpi pentru a proteja şoarecii pentru de şase ori doza letală de toxină tetanică.
„Ştim că funcţionează la şoareci. Acum, trebuie să demonstrăm că funcţionează la maimuţe, ceea ce vom face în continuare”. a precizat prof. Fischbach. Dacă lucrurile merg bine, el se aşteaptă să vadă această abordare de vaccinare, în teste clinice, în termen de doi sau trei ani.
„Credem că abordarea va funcţiona pentru virusuri, bacterii, ciuperci şi paraziţi unicelulari”, a spus el. „Majoritatea vaccinurilor au ingrediente care stimulează un răspuns inflamator şi ne fac să ne simţiţi puţin rău. Aceste microorganisme nu fac asta, şi ne aşteptăm să nu simţim niciun fel de inflamaţie”, a concluzionat cercetătorul.
