Micrografie electronică de transmisie a virusurilor gripale, care pot provoca gripa sezonieră sau pandemică.Credit: Gopal Murti/SPL
Vaccinurile antigripale pot fi greu de vândut publicului. Chiar și o infecție gripală banală poate fi debilitantă pentru persoanele altfel sănătoase și letală pentru cei care sunt în vârstă sau fragili, așa că vaccinarea este importantă. Problema este că vaccinurile antigripale oferă performanțe inconsistente. „Într-un sezon bun, avem o eficacitate de până la 60%, dar în anii răi, nepotriviți, aceasta poate fi de până la 10% sau 20%”, spune Barney Graham, director adjunct al Centrului de Cercetare a Vaccinurilor din cadrul Institutului Național de Alergii și Boli Infecțioase al SUA (NIAID) din Bethesda, Maryland.
Vaccinurile antigripale actuale oferă protecție doar împotriva tulpinilor la care au fost potrivite, astfel încât un vaccin antigripal „universal” care să ofere o protecție mai largă împotriva majorității virusurilor gripale a fost un vis de lungă durată. Pandemia de gripă porcină din 2009, care a prins cu garda jos comunitatea de sănătate publică și a luat viețile a nu mai puțin de jumătate de milion de persoane din întreaga lume, a conferit o nouă urgență acestei probleme.
„Pandemia din 2009 a făcut evident și clar că nu aveam soluții suficient de bune pentru vaccinurile împotriva gripei”, spune Graham. „Cunoșteam virusul, dar nu eram capabili să producem suficient de repede un vaccin”. O producție mai eficientă este o soluție, dar o singură inoculare care să protejeze atât împotriva tulpinilor sezoniere, cât și a tulpinilor emergente ar avea un impact mult mai mare.
Din păcate, momentul pandemiei a coincis cu un mare progres în dezvoltarea tehnologiilor de investigare a răspunsului uman la gripă. „În jurul anului 2008 sau 2009, oamenii au început să descopere câțiva anticorpi care neutralizează în linii mari virusul gripal”, spune Ian Wilson, un biolog structuralist specializat în dezvoltarea de vaccinuri la Scripps Research Institute din La Jolla, California. „Odată ce oamenii au început să caute, au fost descoperite mult mai multe.”
Acum, la aproximativ 100 de ani de la pandemia de „gripă spaniolă” din 1918, care a ucis aproximativ 50 de milioane de oameni, mai multe programe de vaccinuri universale se dovedesc a fi promițătoare atât în testele preclinice, cât și în cele clinice. Dar rămâne de văzut dacă vreunul dintre ele va oferi, în cele din urmă, protecția largă pe care o caută medicii.
Un virus variabil
Peter Palese, microbiolog la Icahn School of Medicine at Mount Sinai din New York, consideră că vaccinurile antigripale de astăzi sunt prea mult criticate. „Sunt vaccinuri destul de bune, dar nu sunt perfecte”, spune el. Principala problemă, adaugă el, este că ele determină un răspuns imunitar concentrat împotriva unei ținte în mișcare.
Oamenii sunt afectați de două tipuri principale de gripă. Gripa A și B pot contribui ambele la gripa sezonieră, dar unele subtipuri de gripă A infectează preferențial gazdele animale. Uneori, aceste subtipuri dobândesc brusc capacitatea de a infecta oamenii, ceea ce duce la pandemii precum cea din 2009. În fiecare an, vaccinul antigripal sezonier este conceput pentru a acoperi câte două tulpini de gripă A și B, pe baza celei mai bine informate estimări a comunității de sănătate publică cu privire la tulpinile care vor fi dominante în acel an.
Care virus gripal este împânzit de sute de structuri moleculare formate de o proteină multifuncțională numită hemaglutinină. Hemagglutinina ajută virusul să se lege și să pătrundă în celulele gazdă. Aceasta cuprinde un cap voluminos atașat de virus printr-o tulpină subțire. Cea mai mare parte a răspunsului imunitar vizează capul, deoarece acesta este foarte expus, dar există, de asemenea, dovezi conform cărora capul conține caracteristici care declanșează în mod preferențial un răspuns puternic al anticorpilor. „Există bucle structurate, iar anticorpii recunosc cu ușurință buclele care ies astfel în evidență”, explică James Crowe, director al Centrului de vaccinuri Vanderbilt din Nashville, Tennessee. Din nefericire, aceste elemente imunodominante sunt, de asemenea, foarte variabile între tulpini.
Virusurile gripale A sunt deosebit de diverse. Ei sunt clasificați numeric în funcție de subtipul de proteină hemaglutinină (H) și de o a doua proteină virală cunoscută sub numele de neuraminidază (N), cu o variație și mai mare a tulpinilor observată între aceste subtipuri. De exemplu, pandemia din 2009 a fost provocată de o nouă tulpină a subtipului H1N1. Amploarea variabilității hemaglutininei înseamnă că o selecție necorespunzătoare a tulpinilor poate lăsa destinatarii în mare parte neprotejați – și chiar și un vaccin bun oferă o protecție limitată împotriva tulpinilor viitoare. „Peste doi ani, virusul se poate schimba din nou, astfel încât să ne putem reinfecta și să ne îmbolnăvim”, spune Palese.
Complică și mai mult căutarea unui vaccin antigripal universal faptul că sistemul nostru imunitar este puternic influențat de primele sale întâlniri cu gripa, printr-un fenomen numit amprentă – sau, așa cum a fost supranumit, „păcatul antigenic original”. Acest lucru înseamnă că indivizii au un răspuns puternic al anticorpilor la viruși cu caracteristici moleculare comune cu tulpina întâlnită în timpul primei lor expuneri, dar, în esență, încep de la zero atunci când sunt expuși pentru prima dată la tulpini înrudite la distanță. „Nu este vorba că nu poți vedea cel de-al doilea virus – este ca și cum ai fi un bebeluș și îl vezi pentru prima dată”, spune Crowe.
Imprintarea este o sabie cu două tăișuri, deoarece expunerea timpurie la tulpina potrivită ar putea, teoretic, să producă o protecție viguroasă și de mare anvergură ca răspuns la vaccinare. Dar dacă prima întâlnire a unui copil cu gripa este cu o tulpină relativ neobișnuită sau atipică, vaccinarea s-ar putea dovedi mai puțin eficientă în ceea ce privește trezirea unei imunități protectoare pe scară largă.
Stabilitate de urmărire
Un vaccin care concentrează răspunsul imunitar asupra unei ținte mai stabile a virusului ar putea depăși problema diversității virale. Cercetătorii știu că astfel de ținte există de zeci de ani. În 1983, Palese și colegii săi au determinat că domeniul tulpinii de hemaglutinină este atât de asemănător între tulpini încât anticorpii pot recunoaște caracteristici fizice specifice, cunoscute sub numele de epitopi, ale proteinelor de hemaglutinină din mai multe subtipuri de gripă. Din nefericire, tulpina este un fel de floricică imunologică, umbrită de influența capului. „Am proiectat epitopi în tulpină și aceiași epitopi în cap și am obținut un răspuns mult mai bun la epitopii din cap”, spune Palese. Dar imunitatea poate totuși să apară în mod natural în unele cazuri, iar o serie de anticorpi specifici tulpinii au fost izolați de la donatori umani în 2008 și 2009.
Un vaccin cu nanoparticule care cuprinde un nucleu de feritină (albastru) cu opt antigene de hemaglutinină- tulpină (galben).Credit: NIAID/NIH; Vaccin conceput de J. Boyington & B. Graham la NIAID Vaccine Research Center; Structura derivată de A. Harris & J. Gallagher la NIH Laboratory of Infectious Diseases.
Mai recent, mai multe grupuri de cercetare au conceput mai multe strategii vaccinale pentru a provoca în mod selectiv un răspuns specific tulpinilor. Echipa lui Graham de la NIAID, de exemplu, a întreprins un proces minuțios de inginerie proteică a unei versiuni de sine stătătoare a tulpinii dintr-un virus gripal H1. „Ne-a luat aproximativ șapte sau opt ani să o inginerăm și să o stabilizăm suficient pentru a menține suprafețele și structurile corecte”, spune Graham. Cercetătorii au generat ulterior nanoparticule care prezintă mai multe copii ale acestor tulpini modificate și au arătat1 că acestea ar putea genera o protecție puternică împotriva unor subtipuri complet diferite de gripă A, cum ar fi H5 – cel puțin în modelele animale. Acest model de vaccin face acum obiectul unui studiu clinic de fază I și, în principiu, ar putea conferi protecție împotriva multora dintre cele mai importante subtipuri de virus pandemic. O construcție mai nouă a tulpinii de hemaglutinină dezvoltată de NIAID ar putea duce la o protecție și mai largă împotriva subtipurilor rămase.
Palese și Florian Krammer, un virusolog care se află, de asemenea, la Mount Sinai, au dezvoltat o abordare alternativă pentru a stimula imunitatea specifică tulpinii. Ei au generat mai multe virusuri gripale cu proteine de hemaglutinină chimerice în care același domeniu tulpină este împerecheat cu diverse domenii de cap exotice din subtipuri de virus care infectează în principal păsările și, prin urmare, este puțin probabil să declanșeze un răspuns de tip imprinting-bied la om. „Dacă apoi se revaccinează cu un vaccin care are aceeași tulpină, dar un cap complet diferit, memoria imunitară împotriva tulpinii ar putea fi stimulată”, explică Krammer.
Această abordare utilizează întreaga particulă de virus, creând potențialul de a declanșa recunoașterea imunitară paralelă a altor antigeni gripali. Pe baza dovezilor promițătoare de protecție încrucișată împotriva diverselor subtipuri de gripă A la animale, echipa de la Mount Sinai efectuează acum teste de fază I pentru a explora siguranța și eficacitatea vaccinului la om.
Substanțe slabe ascunse
Inspirate de descoperirea anticorpilor de tulpină cu protecție încrucișată în mediul natural, mai multe grupuri de cercetare au aruncat o plasă mai largă pentru a găsi mai multe astfel de molecule. „Folosim tot felul de donatori – persoane care sunt bolnave în mod activ, persoane care s-au vindecat de gripă aviară sau mergem în alte țări pentru a găsi donatori care au fost expuși la tulpini neobișnuite”, spune Crowe. După ce izolează celulele B producătoare de anticorpi de la aceste persoane, cercetătorii pot realiza un profil cuprinzător al țintelor specifice ale gripei care provoacă un răspuns imunitar natural și pot identifica anticorpi care ar putea avea capacități largi de neutralizare a infecției.
Aceste studii au arătat că, chiar și în domeniul capului variabil al hemaglutininei, există elemente structurale care sunt consecvente între subtipurile de gripă. În 2012, cercetătorii de la Scripps și de la Crucell Vaccine Institute al Janssen din Leiden, Țările de Jos, au identificat2 un anticorp numit CR9114, care a prezentat o amploare de recunoaștere fără precedent. „Acesta se putea lega de fapt atât de gripa A, cât și de gripa B”, spune Wilson, care a contribuit la caracterizarea anticorpului. Acest anticorp este folosit acum pentru a identifica epitopi țintă pe hemaglutinină care pot fi exploatați pentru a obține o neutralizare a virusului de mare anvergură, atât pentru prevenire, cât și pentru tratament.
În unele cazuri, aceste căutări au dezvăluit vulnerabilități neașteptate ale virusului. Hemagglutinina se asamblează în mod normal în complexe foarte stabile de trei molecule strâns cuplate, dar Crowe și Wilson au descoperit3 anul acesta că acești trimiri se deschid ocazional pentru a expune un punct slab la care se pot lega anticorpii, ceea ce ar putea zădărnici infecția cu o gamă largă de virusuri gripale A. „Această interfață trimerică este un nou epitop universal al gripei și toată lumea este înnebunită după ea”, spune Crowe. „Nici măcar nu este clar cum funcționează, dar este clar că funcționează la animale.”
Multă din variabilitatea dintre virusurile gripale este doar la nivelul pielii. Sondați mai adânc în interiorul particulei de virus și veți găsi o mai mare similaritate în proteinele esențiale. Acestea sunt dincolo de raza de acțiune a anticorpilor, dar pot fi recunoscute de către celulele T – un element al sistemului imunitar care poate viza și elimina celulele infectate cu gripă, care prezintă semnături peptidice ale intrușilor lor virali.
Până acum, anticorpii au fost principalul obiectiv al comunității de vaccinare, deoarece reprezintă o primă linie de apărare crucială împotriva particulelor virale aflate în circulație, dar celulele T oferă o protecție critică prin reținerea infecției odată ce aceasta este în curs. „Oamenii sunt expuși și infectați în medie la fiecare doi sau trei ani”, spune Sarah Gilbert, care conduce dezvoltarea de vaccinuri la Institutul Jenner al Universității din Oxford, Marea Britanie. „Marea majoritate a acestor infecții sunt fie asimptomatice, fie ușoare”, spune ea, „iar motivul este că oamenii au un răspuns al celulelor T suficient de puternic pentru a-i proteja.”
Cercetările de la Vanderbilt Vaccine Center studiază răspunsul imunitar la virusul gripal.Credit: Anne Rayner, Vanderbilt Univ. Vanderbilt.
În general, provocarea unui răspuns cu adevărat protector al celulelor T presupune trezirea celulelor T de memorie care s-au format în urma unei expuneri anterioare. Echipa lui Gilbert folosește un virus vaccinia schilodit care poate infecta celulele umane și care sintetizează două proteine gripale diferite care stimulează imunitatea, dar care este incapabil de a se replica în continuare. „Cu o singură doză, am observat o stimulare a răspunsurilor celulelor T preexistente de opt până la zece ori mai mare la om”, spune Gilbert. Ea adaugă că proteinele-țintă sunt identice în proporție de 90% între virusurile gripale A, oferind potențialul unei protecții extinse împotriva tulpinilor pandemice.
Vaccinul lui Gilbert face obiectul a două studii de fază II sub îndrumarea Vaccitech, o companie pe care a co-fondat-o la Oxford. Un răspuns puternic al celulelor T pare să contribuie, de asemenea, la aparenta protecție încrucișată oferită de un vaccin antigripal cu defecte de replicare de la FluGen, cu sediul în Madison, Wisconsin, care a raportat un succes într-un recent studiu clinic de fază II.
Provocări și necazuri
Chiar și cu mai multe serii promițătoare de studii umane în curs de desfășurare, drumul spre clinică rămâne plin de dificultăți. Șoarecii sunt adesea folosiți pentru studiile timpurii de dezvoltare preclinică a vaccinului, dar Palese subliniază că aceștia nu reprezintă un rezervor natural pentru virusul gripal. Prin urmare, mulți cercetători trec rapid la utilizarea dihorilor pentru a-și testa vaccinurile candidate, deoarece aceștia sunt în general susceptibili la gripă și, din punct de vedere fiziologic, se aseamănă mai mult cu oamenii, deoarece dihorii au un tract respirator mai lung decât șoarecii. Cu toate acestea, ambele specii au o durată de viață scurtă, ceea ce face dificilă studierea efectelor unui vaccin de-a lungul mai multor runde de expunere la gripă.
Gilbert a început să lucreze pe porci în colaborare cu Institutul Pirbright de lângă Woking, Marea Britanie. Această specie cu viață lungă ar putea servi atât ca un caz de testare util, cât și ca un beneficiar important pentru vaccinuri. „Tractul respirator superior al porcului este foarte asemănător cu cel uman și au tendința de a se infecta cu aceleași virusuri”, spune ea. „Și există o nevoie de vaccinuri antigripale la porci – se crede că virusul pandemic H1N1 din 2009 provine de la porci.”
Krammer a folosit, de asemenea, porcii ca model, dar spune că dimensiunea lor mare îi face dificil de utilizat în mod curent în cercetare. În plus, el ezită să tragă prea multe concluzii din orice model animal: „Le puteți folosi pentru a selecta candidații și pentru siguranță, dar în cazul vaccinurilor antigripale universale, modelul animal suprem este Homo sapiens.”
Proba supremă pentru orice vaccin antigripal este protecția împotriva bolii în studiile clinice. Dar pentru un presupus vaccin universal, o astfel de testare este mai complicată. Un număr tot mai mare de grupuri utilizează teste de „provocare umană”, în care voluntari sănătoși sunt expuși în mod deliberat la o anumită tulpină de gripă după vaccinare. Această abordare permite realizarea unor studii mai rapide, cu cohorte mai mici și condiții de expunere definite – reducând costul studiului – și, de asemenea, permite cercetătorilor să aleagă manual virușii împotriva cărora doresc să se protejeze.
Dar studiile de provocare au și criticii lor. „Nu este o infecție naturală. Trebuie să inoculezi oamenilor un milion sau chiar zece milioane de particule de virus”, spune Krammer, „și nu pare să funcționeze ca o infecție naturală.” De asemenea, aceste teste lasă pe dinafară persoanele foarte tinere și foarte bătrâne, care sunt grupurile cele mai vulnerabile la gripă.
O altă problemă este că Administrația pentru Alimente și Medicamente din SUA încă are nevoie de un test în lumea reală înainte de a da aprobarea, iar acestea sunt dificile și costisitoare. Acestea necesită mii de participanți pentru a se asigura că un număr suficient de oameni sunt expuși la gripă și trebuie să se întindă pe parcursul mai multor sezoane pentru a demonstra eficacitatea împotriva mai multor tulpini sau subtipuri de virus.
Mulți cercetători universitari spun că chiar și lansarea unui studiu clinic poate reprezenta o provocare aproape insurmontabilă, deoarece necesită accesul la instalații de producție sofisticate care să respecte standardele înalte de bună producție. „Chiar dacă este vorba de o construcție simplă, vorbim de cel puțin un an pentru a o realiza și de un cost de aproximativ 1 milion până la 2 milioane de dolari”, spune Krammer. Câteva companii importante, cum ar fi GlaxoSmithKline și Janssen, au făcut aceste investiții, dar obținerea unei finanțări atât de mari din partea organismelor publice sau private este departe de a fi ușoară. Gilbert s-a luptat timp de cinci ani pentru a obține finanțare înainte de a-și lansa compania, care a strâns capitalul necesar pentru ca programul de vaccinare al laboratorului său să intre în faza a II-a de testare.
S-ar putea ca mai multe investiții să fie pe drum. În ultimii ani, atât NIAID, cât și US Biomedical Advanced Research and Development Authority au prioritizat dezvoltarea unui vaccin universal, iar Fundația Bill & Melinda Gates și-a unit forțele cu organizații guvernamentale și neguvernamentale pentru a forma Consorțiul Global Funders Consortium for Universal Influenza Vaccine Development.
Ridicând ștacheta
Vaccinurile dezvoltate în prezent promit o protecție mult mai largă decât vaccinurile sezoniere actuale, dar sunt departe de a fi cu adevărat universale. Organizația Mondială a Sănătății (OMS) vede încă o valoare considerabilă în astfel de vaccinuri și a solicitat un vaccin care să prevină îmbolnăvirile grave cauzate de toate formele de gripă A până în 2027, ceea ce ar preveni pandemiile. Dar Krammer subliniază că infecțiile sezoniere cu gripa B pot, de asemenea, să provoace un număr mare de decese și atât el, cât și Palese și-au concentrat site-urile pe adevărata universalitate. „Cred că OMS pune ștacheta prea jos”, spune Palese. „Noi chiar ar trebui să încercăm să țintim sus.”
Protecția universală nu trebuie să implice neapărat eliminarea tuturor urmelor de virus gripal, ci pur și simplu asigurarea unei imunități suficiente pentru a minimiza simptomele infecției. Chiar și atingerea acestui obiectiv mai modest va necesita, probabil, un atac pe mai multe fronturi. „Anticorpii stem contribuie la protecție, dar probabil că nu sunt suficienți pentru o protecție foarte puternică”, spune Crowe. „Ei ar fi doar o parte a schemei”.
Într-adevăr, Gilbert explorează potențialul unui asalt imunologic mai amplu care să îmbine vaccinul cu tulpini chimeric al grupului de la Mount Sinai cu tehnica de vaccinare a echipei sale. „Cel puțin la șoareci”, spune ea, „combinarea acestor două abordări a fost mai bună decât oricare dintre ele singură.”
O mai bună înțelegere a sistemului imunitar uman și a răspunsului său la infecție ar putea informa strategii de vaccinare mai inteligente. În mai 2019, Institutele Naționale de Sănătate din SUA au acordat 35 de milioane de dolari unei echipe internaționale de cercetători pentru a trasa profilul imunității copiilor mici în anii de după expunerea lor inițială la gripă, oferind cele mai profunde informații de până acum despre procesul de imprimare.
Constatările lor ar putea ajuta proiectanții de vaccinuri să descopere cel mai bun mod de a reconfigura sistemul imunitar cât timp acesta rămâne maleabil. Iar acest lucru, spune Crowe, ar putea fi un schimbător de joc. „Ați putea să vă imaginați că faceți un vaccin universal ca primă expunere, cu o amprentă benefică pentru tot restul vieții”, spune el.
.