Ученые из Массачусетского технологического института (MIT)as разработали новый тип вакцины, которую можно «программировать» под различные заболевания. Производство вакцины занимает неделю, что позволяет быстро наладить ее выпуск при распространении какого-либо заболевания.
Вакцина содержит нити матричной РНК. В этом генетическом материале может содержаться информация о любом вирусном или бактериальном белке. Нити РНК «пакуются» в молекулы, которые доставляют РНК в клетки, где идет процесс трансляции с последующим синтезом белков, активирующих иммунную систему хозяина.
По словам разработчиков, кроме инфекционных заболеваний эта вакцина может использоваться для борьбы с раком. Иммунную систему хозяина при помощи РНК-вакцины можно научить распознавать и уничтожать клетки раковых опухолей.
«Это достижение позволяет нам разрабатывать вакцины против новых заболеваний всего за семь дней, открывая возможность быстро реагировать на неожиданные вспышки вирусных заболеваний, а также модифицировать или улучшать вакцины», — говорит Дэниел Андерсон, один из участников проекта. Работу по вакцинам ученый с коллегами опубликовал в «Proceedings of the National Academy of Sciences» 4 июля.
Настраиваемые вакцины
Для борьбы с вирусными заболеваниями обычно используются инактивированные вакцины. В состав вакцин такого типа входят вирусные частицы, которые изначально были выращены в культуре, после чего убиты термическим воздействием или формальдегидом. Вирусы для вакцин выращиваются в лабораториях — таким образом достигается снижение их активности и инфекционности. Для того, чтобы у организма выработался иммунитет к такому вирусу, нужно вводить довольно большие дозы. Для усиления действия вакцины иногда требуется добавлять адъюванты (вещества, усиливающие иммунный ответ) Также требуются многократные туры вакцинопрофилактики. Кроме того, используются и «живые» вакцины с ослабленными вирусами.
Кто касается РНК-вакцин, они вызывают производство чужеродных копий белков организмом хозяина в количестве, достаточным для эффективной борьбы с возбудителем заболевания. Идея создания программируемых вакцин на основе матричной РНК не нова, ей около 30 лет. Но все это время создать надежную РНК-вакцину не удавалось. Основная причина — ученые не могли найти безопасный и эффективный способ доставки матричной РНК в клетки организма хозяина.
Омар Хан, один из авторов работы, предложил запаковывать РНК-вакцину в наночастицу, созданную из дендример. Это макромолекула с симметричной древообразной с регулярными ветвлениями структурой. Дендримеры способны образовывать комплексы с другими молекулами, причем стабильность таких комплексов контролируется состоянием внешней среды. Это открывает возможности использования дендримеров в медицине в качестве носителей для направленной доставки генов или лекарственных веществ. Ключевое преимущество дендример — возможность зарядить такие молекулы положительно, что позволит взаимодействовать с РНК с отрицательным зарядом. После того, как дендримеры и РНК соединяются, получившийся комплекс сворачивают в сферическую структуру диаметром 150 нанометров. Это сходно с размером многих вирусов, и молекулы РНК-вакцины проходят в клетки организма примерно так же, как белки вирусов.
Изменяя последовательность РНК, ученые могут создавать вакцины, которые инициируют в клетках организма хозяина производство практически любых белков. РНК-молекулы также включают инструкции для амплификации РНК, так что клетки производят еще больше белков.
Вакцина такого типа вводится в организм путем обычной инъекции. Как только комплекс дендримера-РНК проникает в клетку, выполняется процесс трансляции и клетка начинает производить белок, провоцирующий иммунный ответ. При этом иммунная система организма хозяина формирует ответ двух типов: идет одновременная выработка антител и Т-клеток.
Ученые МИТ уже выполнили ряд тестов с мышами и получили обнадеживающий результат: всего одна инъекция РНК-вакцины вызывает сильный иммунный ответ организма. Организм мышей давал мощный иммунный ответ на вирус Эбола, грипп H1N1, Toxoplasma gondii.
«Вне зависимости от того, какой антиген мы выбрали, мы получали полный иммунный ответ с выработкой антител и Т-клеток», — говорит Хан.
Исследователи считают, что их вакцины безопаснее ДНК-вакцин, еще одной альтернативы обычным вакцинам. В отличие от ДНК, РНК не могут быть включены в геном хозяина и вызывать мутации.
Быстрое производство вакцины
Создатели вакцины уверены, что их продукт может оказаться особенно полезным для борьбы с гриппом. Дело в том, что производство обычный вакцины против гриппа, когда вирусы выращиваются в куриных яйцах, занимает месяцы. То есть вакцина может быть готова уже после того, как эпидемия определенного вида гриппа уже прошла. Здесь же речь идет о неделе.
По мнению специалистов, которые ознакомились с работой создателей РНК-вакцины, это настоящая революция в вопросе борьбы с инфекционными заболеваниями. Дело в том, что такую вакцину можно использовать и для борьбы с еще неизвестными заболеваниями — достаточно лишь изучить возбудитель и изменить последовательность РНК.
Сейчас авторы работы основали компанию и начали процесс лицензирования технологии. В ближайшем будущем они собираются начать коммерческое производство своих вакцин. И не только против уже упомянутых заболеваний, но и против вируса Зика и болезни Лайма.
