Universaalne vaktsiin ilma süstita

Uus vaktsiin pakub võimast kaitset paljude viirushaiguste, kurikuulsate bakterite ja isegi allergeenide vastu!

Meditsiiniliste edusammude maailmas on universaalne vaktsiin, mis kaitseks mistahes haigustekitaja eest, olnud kaua Püha Graal — ja sama kättesaamatu kui mütoloogiline imettegev Kristuse püha õhtusöömaaja peeker.

Kuid Stanford Medicine’i teadlased ja nende koostööpartnerid on selles otsingus teinud hämmastava sammu edasi, üllatades isegi iseennast. Hiirtega tehtud uuringus töötasid nad välja universaalse vaktsiini, mis kaitseb laia valiku hingamisteede viiruste, raskeltravitavate bakterite ja isegi allergeenide vastu. Vaktsiini saab kasutada ülilihtsalt — näiteks ninaspreina — ning see tagab kopsudes laiapõhjalise kaitse mitmeks kuuks.

Ajakirjas Science avaldatavas uuringus näitasid teadlased, et vaktsineeritud hiired olid kaitstud SARS-CoV-2 ja teiste koroonaviiruste, kurikuulsa Staphylococcus aureus’e ja Acinetobacter baumannii (levinud haiglanakkused) ning kodutolmulestade (sage allergeen) vastu. Uus vaktsiin toimis väga suure hulga hingamisteid ähvardavate ohtude vastu, selgitas uuringu vanemautor mikrobioloogia ja immunoloogia professor Bali Pulendran. Uuringu juhtautor on Haibo Zhang, Pulendrani labori järeldoktorant.

Kui see vaktsiin ka inimestele peal tööle hakkab, võiks see asendada mitmed iga-aastased süstimised hooajaliste hingamisteede nakkuste ja uute pandeemiaid tekitavate viiruste vastu.

Uus vaktsiin erineb kõigist tänapäeval kasutatavatest vaktsiinidest

Alates 1790. aastatest, mil inglise arst Edward Jenner võttis kasutusele termini „vaktsineerimine“ (ladina k. sõnast vacca – lehm), viidates lehmarõugete kasutamisele rõugete vastu, on kõik järgnevad vaktsiinid tuginenud samale põhimõttele: antigeenispetsiifilisusele. See tähendab, et vaktsiin matkib haigustekitajale iseloomulikku osa — näiteks SARS-CoV-2 ogavalke — et valmistada immuunsüsteem ette päris haigustekitajat ära tundma ja sellele kiiresti reageerima. „See on olnud vaktsinoloogia paradigma viimased 230 aastat,“ ütles Pulendran.

Kuid antigeenispetsiifilised vaktsiinid kaotavad mõju, kui haigustekitaja muteerub. Seetõttu on igal aastal vaja näiteks uut gripivaktsiini, sest viirustel on võime väga kiiresti muutuda.

„Üha selgemaks saab, et paljud patogeenid suudavad kiiresti muteeruda, muutes näiteks oma pinnal olevaid antigeene,“ ütles Pulendran.

Universaalse vaktsiini utoopia saab reaalsuseks

Enamik nn universaalse vaktsiini katseid on olnud tagasihoidlikuma eesmärgiga — tekitada immuunsus terve viiruseperekonna vastu, näiteks kõigi koroonaviiruste või kõigi gripiviiruste vastu, matkides evolutsiooniliselt säilinud viirusosi, mis muteeruvad harvemini. Tõeliselt universaalne vaktsiin, mis suudaks tõrjuda erinevaid patogeene, tundus utoopiline.

„See idee huvitas meid, sest see kõlas veidi pööraselt,“ ütles Pulendran. „Ma arvan, et keegi ei võtnud tõsiselt võimalust, et midagi sellist võiks kunagi võimalik olla.“

See põnev kaasasündinud immuunsus

Uus vaktsiin ei püüa matkida ühtki patogeeni osa; selle asemel matkib see signaale, mida immuunrakud kasutavad nakkuse ajal omavaheliseks suhtluseks. See uudne strateegia ühendab kaks immuunsuse haru — kaasasündinud ja omandatud immuunsuse — luues tagasisideahela, mis hoiab üleval laiapõhjalist immuunvastust.

Omandatud immuunsus on tänapäevaste vaktsiinide “põhitööline”. See toodab spetsiifilisi toimeaineid, nagu antikehad ja T-rakud, mis sihivad kindlaid haigustekitajaid ning „mäletavad“ neid aastaid. Kaasasündinud immuunsus, mis aktiveerub minutite jooksul pärast uut nakkust, on saanud vähem tähelepanu, sest selle toime kestab tavaliselt vaid mõne päeva, andes teatepulga üle omandatud immuunsusele. Seda on peetud vaid sissejuhatuseks põhietendusele.

Pulendrani meeskonda köitis aga kaasasündinud immuunsuse mitmekülgsus, mis koosneb „üldistest“ rakkudest (näiteks dendriitrakud, neutrofiilid ja makrofaagid), mis hävitavad kõike, mida peetakse haigusttekitavaks või võõraks.

„Kaasasündinud immuunsuse puhul on märkimisväärne, et see suudab kaitsta väga erinevate mikroobide eest,“ ütles Pulendran.

Kaasasündinud immuunsus on lühiajaline, kuid pakub peaaegu universaalset kaitset

Teatud tingimustel võib kaasasündinud immuunsus kesta kauem kui mõned päevad. Tuntuim näide on Bacillus Calmette-Guérini tuberkuloosivaktsiin, mida manustatakse igal aastal umbes 100 miljonile vastsündinule. Epidemioloogilised ja kliinilised uuringud on näidanud, et see võib vähendada imikute suremust teiste nakkuste tõttu, mis viitab kuudepikkusele ristkaitsele. Kuid see kaitse oli ennustamatu tugevusega ja mehhanism salapärane.

Pulendrani meeskond avaldas mõni aasta tagasi hiirtega tehtud uuringu, mis selgitas seda mehhanismi. Nagu teisedki vaktsiinid, kutsus tuberkuloosivaktsiin esile nii kaasasündinud kui ka omandatud immuunvastuse. Ebatavaline oli see, et kaasasündinud vastus püsis lausa mitu kuud mõne päeva asemel. Teadlased avastasid, et T-rakud, mis “värvati” kopsudesse tööd tegema omandatud vastuse osana, saatsid kaasasündinud immuunrakkudele signaale, et hoida ka neid aktiivsena.

„Need T-rakud andsid kriitilise signaali, mis hoidis kaasasündinud süsteemi aktivatsiooni — tavaliselt kestab see mõne päeva või nädala, kuid sel juhul võis see kesta kolm kuud,“ ütles Pulendran.

Koroonapandeemia ajal tehti tuberkuloosivaktsiiniga üsna palju katseid ja kohati andis see koroonaviiruse vastu päris hea kaitse.

Spekulatsioonist teostuseni kahe ja poole aastaga

Teadlased näitasid, et seni, kuni kaasasündinud vastus püsis aktiivne, olid hiired kaitstud SARS-CoV-2 ja teiste koroonaviiruste nakkuste eest. Nad tuvastasid, et T-rakkude saadetud signaalid olid tsütokiinid, mis aktiveerivad patogeene tuvastavaid retseptoreid kaasasündinud immuunrakkudel.

„Selles artiklis spekuleerisime, et kuna me nüüd teame, kuidas tuberkuloosivaktsiin ristkaitsvat toimet vahendab, oleks võimalik luua sünteetiline vaktsiin, võib-olla ninasprei, mis sisaldab õiget kombinatsiooni T-rakkude retseptorite stiimulitest ja mõnda antigeeni, et tuua T-rakud kopsudesse,“ ütles Pulendran. „Kaks ja pool aastat hiljem oleme näidanud, et täpselt see, mida me spekuleerisime, on hiirtel teostatav.“

Ükski vaktsineeritud loom ei surnud

Uus vaktsiin, mida praegu tuntakse nime all GLA-3M-052-LS+OVA, matkib T-rakkude signaale, mis stimuleerivad otseselt kopsude kaasasündinud immuunrakke. See sisaldab ka kahjutut antigeeni — munavalku nimega ovalbumiin (OVA) — mis “värbab” T-rakud kopsudesse, et hoida kaasasündinud vastust aktiivsena nädalate kuni kuude vältel.

Uuringus said hiired vaktsiini tilgana ninna. Mõned said mitu doosi, manustatuna nädalase vahega. Seejärel puutus iga hiir kokku ühe hingamisteede viirusega. Kolme doosiga vaktsineeritud hiired olid kaitstud SARS-CoV-2 ja teiste koroonaviiruste vastu vähemalt kolm kuud.

Vaktsineerimata hiirtel põhjustasid need viirused märkimisväärset kaalukaotust — haiguse tunnust — ja sageli surma. Nende kopsud olid põletikulised ja viirust täis. Vaktsineeritud hiired kaotasid palju vähem kaalu ja kõik jäid ellu; nende kopsud olid viirusest peaaegu puhtad.

Vaktsiin vähendas viiruse hulka 700 korda

Pulendrani sõnul on vaktsiin viirusnakkuse vastu „topeltlöök“. Pikenenud kaasasündinud vastus vähendab viiruse hulka kopsudes 700 korda. Ja viirused, mis sellest esmasest kaitsest läbi pääsevad, kohtuvad kopsudes kiire omandatud vastusega.

„Kopsu immuunsüsteem on nii valmis ja nii valvel, et suudab käivitada tüüpilise omandatud vastuse — viirusspetsiifilised T-rakud ja antikehad — vaid kolme päevaga, mis on erakordselt lühike aeg,“ ütles Pulendran. „Tavaliselt võtab see vaktsineerimata hiirel aega kaks nädalat.“

Olles hämmastunud vaktsiini võimest tõrjuda erinevaid viirusnakkusi, laiendasid teadlased testimist bakteriaalsetele hingamisteede nakkustele, nagu Staphylococcus aureus ja Acinetobacter baumannii. Ka nende vastu olid vaktsineeritud hiired kaitstud umbes kolm kuud.

Metitsilliinile resistentne Staphylococcus aureus ehk MRSA on tihti haiglates leviv “superbakter”, mis ei taha alluda antibiootikumiravile. Nii Staphylococcus aureus kui Acinetobacter baumannii on üsna tavalised nina limaskestal istuvad asukad ja kuni immuunsüsteem toimib hästi, pole nad ohtlikud. Samas on mõlema bakteri antibiootikumidele vastupidavad versioonid hakanud laialdaselt levima haiglates, mis on murettekitav.

Bakteritevastane kaitse toimib. Aga kuidas läks allergeenidega?

„Siis mõtlesime: mis veel võiks kopsudesse sattuda?“ ütles Pulendran. „Allergeenid!“

Teadlaste tahtel puutusid hiired kokku kodutolmulestade valguga, mis on levinud allergilise astma vallandaja. Allergilised reaktsioonid on põhjustatud immuunvastuse tüübist, mida nimetatakse Th2 vastuseks. Vaktsineerimata hiirtel ilmnes tugev Th2 vastus ja lima kogunemine hingamisteedesse. Vaktsiin vaigistas Th2 vastuse ning vaktsineeritud hiirte hingamisteed jäid puhtaks.

„Ma arvan, et meil on universaalne vaktsiin mitmesuguste hingamisteede ohtude vastu,“ ütles Pulendran.

Teadlased loodavad järgmisena testida vaktsiini inimestel, esmalt I faasi ohutusuuringus ning seejärel, kui see õnnestub, suuremas uuringus, kus vaktsineeritud inimesed puutuvad kokku nakkustega. Pulendrani hinnangul võiks inimestel piisata kaitse tagamiseks kahest ninasprei doosist.

Parimal juhul, piisava rahastuse korral, võiks universaalne hingamisteede vaktsiin olla kättesaadav viie kuni seitsme aasta pärast. See võiks olla kaitsekilbiks uute pandeemiate vastu ja lihtsustada hooajalist vaktsineerimist.

„Kujutage ette, et saate sügisel ninasprei, mis kaitseb teid kõigi hingamisteede viiruste, sealhulgas COVID-19, gripi, respiratoor-süntsütiaalse viiruse (RSV) ja nohu, samuti bakteriaalse kopsupõletiku ja varakevadiste allergeenide eest,“ ütles Pulendran. „See muudaks meditsiinipraktikat.“