Исследование показало, что анализ крови может предсказать, как долго сохранится иммунитет к вакцине
Когда дети получают вторую прививку от кори-паротита-краснухи, примерно в то время, когда они начинают ходить в детский сад, они получают защиту от всех трех вирусов на всю или большую часть своей жизни. Однако эффективность вакцины от гриппа, сделанной в октябре, начинает снижаться к следующей весне.
Ученые долгое время были в тупике, почему некоторые вакцины могут заставить организм вырабатывать антитела десятилетиями, в то время как другие действуют всего несколько месяцев. Теперь исследование, проведенное учеными из Стэнфордской медицинской школы, показало, что различия в стойкости вакцины могут быть частично связаны с удивительным типом клеток крови, называемых мегакариоцитами, которые обычно участвуют в свертывании крови .
«Вопрос о том, почему некоторые вакцины вызывают устойчивый иммунитет, а другие — нет, является одной из величайших загадок в науке о вакцинах», — сказал Бали Пулендран, доктор философии, профессор микробиологии и иммунологии.
«Наше исследование определяет молекулярную сигнатуру в крови, индуцируемую в течение нескольких дней после вакцинации, которая предсказывает длительность реакции на вакцину и дает представление о фундаментальных механизмах, лежащих в основе длительности действия вакцины».
В исследовании 2022 года Пулендран и его коллеги определили «универсальную сигнатуру», которая могла бы предсказать раннюю реакцию антител на многие вакцины. Однако это и другие исследования не определили сигнатуру, которая могла бы предсказать, как долго будет длиться реакция антител.
Новая статья опубликована сегодня в журнале Nature Immunology . Пулендран является старшим автором, а официальные постдокторанты Марио Кортезе, доктор философии, ныне работающий в Gilead Sciences, и Томас Хаган, доктор философии, ныне доцент Медицинского колледжа Университета Цинциннати, являются соавторами. Надин Руфаэль, доктор медицины, профессор вакцинологии и инфекционных заболеваний в Университете Эмори, является ключевым соавтором.
Стремление понять долговечность
Первоначально команда Пулендрана изучала экспериментальную вакцину против птичьего гриппа H5N1, вводимую с адъювантом — химической смесью, которая усиливает иммунный ответ на антиген, но сама по себе не вызывает иммунный ответ.
Исследователи наблюдали за 50 здоровыми добровольцами, которым были введены либо две дозы вакцины от птичьего гриппа с адъювантом, либо две дозы без адъюванта. Они собрали образцы крови у каждого добровольца в дюжине временных точек в течение первых 100 дней после вакцинации и провели углубленный анализ генов, белков и антител в каждом образце. Затем они использовали программу машинного обучения для оценки — и поиска закономерностей — полученного набора данных.
Программа выявила молекулярную сигнатуру в крови в дни после вакцинации, которая была связана с силой реакции антител человека через несколько месяцев. Сигнатура в основном отражалась в крошечных частицах РНК в тромбоцитах — небольших клетках, которые образуют сгустки в крови.
Тромбоциты происходят из мегакариоцитов, клеток, находящихся в костном мозге . Тромбоциты, когда они отрываются от мегакариоцитов и попадают в кровоток, часто берут с собой небольшие фрагменты РНК из мегакариоцитов. Хотя исследователи не могут легко отслеживать активность мегакариоцитов, тромбоциты, несущие РНК из мегакариоцитов, действуют как доверенные лица.
«Мы узнали, что тромбоциты являются индикатором того, что происходит с мегакариоцитами в костном мозге», — сказал Пулендран.
Более широкие последствия
Чтобы подтвердить, влияют ли мегакариоциты на долговечность вакцины, исследовательская группа Пуледрана одновременно дала мышам вакцину от птичьего гриппа и тромбопоэтин — препарат, увеличивающий количество активированных мегакариоцитов в костном мозге. Действительно, тромбопоэтин привел к шестикратному увеличению уровня антител против птичьего гриппа два месяца спустя.
Дальнейшие эксперименты показали, что активированные мегакариоциты производят ключевые молекулы, которые повышают выживаемость клеток костного мозга, ответственных за выработку антител, или плазматических клеток. Когда эти молекулы блокировались, плазматические клетки выживали меньше в присутствии мегакариоцитов.
«Наша гипотеза заключается в том, что мегакариоциты обеспечивают питательную среду в костном мозге для плазматических клеток , способствующую их выживанию », — сказал Пулендран.
Ученые проверили, верна ли эта тенденция для других типов вакцин. Они рассмотрели ранее собранные данные о реакции 244 человек на семь различных вакцин, включая вакцины против сезонного гриппа, желтой лихорадки, малярии и COVID-19.
Те же самые молекулы РНК тромбоцитов — признаки активации мегакариоцитов — были связаны с более длительной выработкой антител для различных вакцин. Молекулярная сигнатура могла предсказать, какие вакцины действовали дольше, а также у каких реципиентов вакцины будет более длительная реакция.
На пути к прогностическим и персонализированным вакцинам
Пулендран и его коллеги планируют провести исследования, которые рассмотрят, почему некоторые вакцины могут изначально стимулировать более высокие уровни активации мегакариоцитов. Эти результаты могут помочь исследователям разработать вакцины, которые более эффективно активируют мегакариоциты и приводят к более длительным реакциям антител.
В то же время ученые хотят разработать тесты, чтобы определить, используя недавно открытую ими молекулярную сигнатуру , как долго вакцина, скорее всего, прослужит. Это могло бы помочь ускорить клинические испытания вакцин, в которых исследователи часто должны следить за людьми в течение месяцев или лет, чтобы определить долговечность, но также могло бы дать персонализированные планы вакцинации.
«Мы могли бы разработать простой ПЦР-анализ — вакцинный чип, — который измеряет уровни экспрессии генов в крови всего через несколько дней после вакцинации», — объяснил Пулендран. «Это могло бы помочь нам определить, кому и когда может потребоваться ревакцинация».
Он добавил, что продолжительность реакции на вакцину , вероятно, зависит от ряда сложных факторов, и он подозревает, что мегакариоциты — это лишь часть более масштабной картины.
В исследовании приняли участие ученые из Университета Цинциннати, Центра вакцинации Эмори, Калифорнийского университета в Сан-Диего, GSK Belgium, больницы Israelita Albert Einstein, лаборатории Джексона, Управления по контролю за продуктами и лекарствами, Медицинской школы Икана при Маунт-Синай, Медицинской школы Университета Эмори, Национальных институтов здравоохранения и Медицинской школы Гроссмана Нью-Йоркского университета.