Jak długo działa szczepionka? Naukowcy odkrywają molekularną sygnaturę odporności poszczepiennej
Gdy dzieci otrzymują drugą dawkę szczepionki przeciwko odrze, śwince i różyczce w wieku przedszkolnym, zyskują ochronę przed tymi trzema wirusami na całe lub większość życia. Tymczasem skuteczność szczepionki przeciw grypie podanej w październiku zaczyna słabnąć już na wiosnę następnego roku.
Od dawna naukowcy zastanawiają się, dlaczego niektóre szczepionki wywołują odpowiedź immunologiczną utrzymującą się przez dekady, podczas gdy inne działają tylko kilka miesięcy. Teraz badanie przeprowadzone przez naukowców z Stanford Medicine wykazało, że różnice w trwałości szczepionek mogą częściowo wynikać z działania nieoczekiwanego typu komórek krwi – megakariocytów – które zazwyczaj są związane z procesem krzepnięcia.
– Pytanie, dlaczego niektóre szczepionki indukują trwałą odporność, podczas gdy inne nie, pozostaje jedną z największych zagadek nauki o szczepionkach – powiedział dr Bali Pulendran, profesor mikrobiologii i immunologii. – Nasze badanie definiuje molekularny sygnaturę we krwi, indukowaną w ciągu kilku dni od szczepienia, która przewiduje trwałość odpowiedzi poszczepiennych i dostarcza wglądu w podstawowe mechanizmy ich trwałości.
W badaniu z 2022 roku Pulendran i współpracownicy określili „uniwersalną sygnaturę”, która pozwalała przewidzieć wczesną odpowiedź przeciwciał na wiele szczepionek. Jednak ani to, ani inne badania nie zidentyfikowały sygnatury mogącej przewidzieć, jak długo utrzymają się odpowiedzi przeciwciał.
Nowy artykuł zostanie opublikowany 2 stycznia 2025 roku w „Nature Immunology”. Pulendran jest głównym autorem, a współautorami są dr Mario Cortese z Gilead Sciences i dr Thomas Hagan, adiunkt w University of Cincinnati College of Medicine. Kluczowy wkład w badanie wnosi także dr Nadine Rouphael, profesor wakcynologii i chorób zakaźnych na Uniwersytecie Emory.
Dążenie do zrozumienia trwałości odporności
Zespół Pulendrana początkowo badał eksperymentalną szczepionkę przeciwko ptasiej grypie H5N1 podawaną z adiuwantem – mieszaniną chemiczną wzmacniającą odpowiedź immunologiczną na antygen, która sama w sobie nie wywołuje reakcji odpornościowej.
Badaniem objęto 50 zdrowych ochotników, którzy otrzymali dwie dawki szczepionki z adiuwantem lub bez niego. Próbki krwi pobierano od uczestników w 12 momentach w ciągu pierwszych 100 dni po szczepieniu, a następnie przeprowadzano szczegółowe analizy genów, białek i przeciwciał w każdej próbce. W celu analizy danych wykorzystano program oparty na uczeniu maszynowym, który wyszukiwał wzorce w zgromadzonych danych.
Program zidentyfikował molekularną sygnaturę we krwi w dniach po szczepieniu, która była związana z siłą odpowiedzi przeciwciał po kilku miesiącach. Sygnatura ta była głównie odzwierciedlona w drobnych fragmentach RNA obecnych w płytkach krwi.
Płytki krwi pochodzą z megakariocytów – komórek występujących w szpiku kostnym. Gdy płytki odrywają się od megakariocytów i trafiają do krwiobiegu, często przenoszą niewielkie fragmenty RNA z tych komórek. Chociaż badanie aktywności megakariocytów jest trudne, płytki krwi niosące RNA mogą działać jako ich wskaźniki.
– Dowiedzieliśmy się, że płytki krwi są zwiastunem tego, co dzieje się z megakariocytami w szpiku kostnym – powiedział Pulendran.
Szersze implikacje
Aby potwierdzić, że megakariocyty wpływają na trwałość szczepień, zespół Pulendrana podał myszom szczepionkę przeciw ptasiej grypie oraz trombopoetynę – lek zwiększający liczbę aktywowanych megakariocytów w szpiku. Trombopoetyna spowodowała sześciokrotny wzrost poziomu przeciwciał przeciw ptasiej grypie po dwóch miesiącach.
Dalsze eksperymenty wykazały, że aktywowane megakariocyty produkują kluczowe cząsteczki zwiększające przeżywalność komórek plazmatycznych w szpiku kostnym odpowiedzialnych za wytwarzanie przeciwciał. Gdy te cząsteczki były blokowane, komórki plazmatyczne krócej przeżywały w obecności megakariocytów.
– Nasza hipoteza zakłada, że megakariocyty tworzą w szpiku kostnym środowisko sprzyjające przeżywaniu komórek plazmatycznych – dodał Pulendran.
Naukowcy przeanalizowali również dane dotyczące odpowiedzi 244 osób na siedem różnych szczepionek, w tym przeciw grypie sezonowej, żółtej febrze, malarii i COVID-19. Te same cząsteczki RNA w płytkach krwi – świadczące o aktywacji megakariocytów – były związane z dłuższą produkcją przeciwciał w przypadku różnych szczepionek.
W kierunku przewidywalnych i spersonalizowanych szczepień
Pulendran i jego współpracownicy planują dalsze badania nad tym, dlaczego niektóre szczepionki silniej aktywują megakariocyty. Ich wyniki mogą pomóc w opracowaniu szczepionek, które skuteczniej aktywują megakariocyty i prowadzą do bardziej trwałych odpowiedzi odpornościowych.
Naukowcy chcą również opracować testy pozwalające określić, jak długo może utrzymać się odpowiedź na szczepionkę. – Moglibyśmy opracować prosty test PCR – „chip szczepionkowy” – który mierzy poziomy ekspresji genów we krwi kilka dni po szczepieniu – wyjaśnił Pulendran. – To mogłoby pomóc ustalić, kto i kiedy będzie potrzebował dawki przypominającej.
Nad badaniem pracowali także naukowcy z University of Cincinnati, Emory Vaccine Center, University of California w San Diego, GSK Belgium, Hospital Israelita Albert Einstein, Jackson Laboratory, Food and Drug Administration, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, Emory University School of Medicine, National Institutes of Health i NYU Grossman School of Medicine.
Badanie było finansowane przez National Institutes of Health (granty R01 AI048638, U19 AI057266 i U19 AI167903), DARPA, Fundację Billa i Melindy Gatesów, Open Philanthropy oraz GlaxoSmithKline Biologicals SA.
Źródło: Nature Immunology, Stanford Medicine
