Development and immunogenicity evaluation of a ferritin-based nanoparticle vaccine displaying porcine epidemic diarrhea virus spike receptor-binding domain in mice

تُعد الفيروسات أساتذة في التمويه، فهي تغير شكل غلافها الخارجي باستمرار للإفلات من الأجهزة المناعية للحيوانات التي تصيبها. وبالنسبة لصناعة تربية الخنازير العالمية، تسبب أحد هؤلاء الغزاة، وهو فيروس الإسهال الوبائي في الخنازير، في خسائر فادحة. يهاجم هذا الفيروس بطانة أمعاء الخنزير، مما يؤدي إلى إسهال شديد وجفاف غالباً ما يكون مميتاً لصبية الخنازير حديثة الولادة. ورغم وجود اللقاحات، فإن قدرة الفيروس على التغير والقيود المفروضة على الحقن الحالية تعني أن المزارعين لا يزالون يواجهون تهديداً كبيراً. لطالما عرف العلماء أن مفتاح إيقاف هذا الفيروس يكمن في جزء محدد من سطحه، وهي منطقة تعمل بمثابة "مفتاح" لفتح خلايا الخنزير. ومع ذلك، فقد ثبت أن تقديم هذا المفتاح للجهاز المناعي بطريقة تحفز دفاعاً قوياً ومستداماً أمر صعب للغاية. فالتحدي لا يكمن فقط في إظهار المفتاح، بل في إظهاره في شكل يتعرف عليه الجسم كتهديد منظم وجاد يستحق استجابة شاملة.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون لحل هذه المشكلة عبر بناء نظام توصيل مجهري مصمم لجعل الجهاز المناعي ينتبه. لقد ركزوا على قطعة محددة من الفيروس تسمى "نطاق ربط المستقبل"، وهو الجزء من سطح الفيروس الذي يلمس خلايا الخنزير ويتصل بها أولاً. وبمفرده، يكون هذا الجزء غير مستقر وغالباً ما يفشل في إثارة رد فعل قوي عند استخدامه كلقاح. ولإصلاح ذلك، قام الفريق بربط هذه القطعة الفيروسية بسقالة بروتينية طبيعية تسمى "الفيريتين". والفيريتين هو بروتين يوجد في العديد من الكائنات الحية، ويقوم بطبيعته بتجميع نفسه في شكل قفص مجوف وكروي مكون من أربعة وعشرين جزءاً متطابقاً. ومن خلال دمج القطعة الفيروسية بهذا القفص، أنشأ الباحثون بنية جديدة حيث يتم عرض "المفتاح الفيروسي" بشكل متكرر على سطح كرة منتظمة وأنيقة. هذا النهج يحاكي الأنماط المتكررة الموجودة في الفيروسات الحقيقية، والتي تطور الجهاز المناعي ليتعرف عليها ويهاجمها بشدة.

بدأ الفريق بتصميم التعليمات الجينية لبناء هذا البروتين الاندماجي الجديد. فقد جمعوا بين جين "المفتاح الفيروسي" وجين "قفص الفيريتين"، ثم أدخلوا هذا المزيج في ناقل يمكنه إيصال التعليمات إلى الخلايا. واختبروا التصميم أولاً في خلايا بشرية مزروعة في طبق مختبري للتأكد من أن التعليمات تعمل وأن البروتين قد تم تصنيعه بشكل صحيح. وبمجرد التأكد، انتقلوا إلى نظام أكثر قوة باستخدام خلايا الهامستر، والتي تُستخدم عادة لإنتاج كميات كبيرة من الأدوية البيولوجية. حيث تم إصابة هذه الخلايا بفيروس معدل يحمل التعليمات الجينية الجديدة، مما جعلها تضخ البروتين الاندماجي. ثم قام الباحثون بتنقية البروتين، وغسل جميع الحطام الخلوي لعزل الجسيمات النانوية الجديدة.

وعندما فحصوا هذه الجسيمات المنقاة تحت مجهر إلكتروني قوي، كانت النتائج كما هو مأمول تماماً. فقد تجمعت الجسيمات ذاتياً لتشكل كرات مثالية ومستديرة. وقاس الفريق حجم هذه البنى الجديدة ووجد أن الجسيمات التي تحتوي على المفتاح الفيروسي كانت أكبر قليلاً من أقفاص الفيريتين العادية، بمتوسط قطر يبلغ 27.37 نانومتر. هذا الارتفاع في الحجم أكد أن القطعة الفيروسية قد تم ربطها بنجاح على الجزء الخارجي من القفص دون كسر البنية. كانت الجسيمات موحدة ومستقرة، وجاهزة للاختبار كلقاح.

ولمعرفة ما إذا كان هذا اللقاح الجديد فعالاً، حقن الباحثون به الفئران، وهي خطوة أولى قياسية في اختبار العلاجات الطبية الجديدة. وقسموا الفئران إلى مجموعات: أعطوا مجموعة اللقاح الجديد القائم على الفيريتين، وأعطوا مجموعة أخرى قفص الفريتين العادي بدون المفتاح الفيروسي، بينما أخذت المجموعة الثالثة محلولاً ملحياً غير ضار. وقاموا بإعطاء الحقن في ثلاث مناسبات منفصلة على مدار شهر لمحاكاة جدول التطعيم الكامل. وبعد الحقنة الأخيرة، أخذوا عينات دم لقياس الاستجابة المناعية. وأظهرت النتائج أن الفئران التي تلقت اللقاح الجديد أنتجت كمية هائلة من الأجسام المضادة المصممة خصيصاً لاستهداف المفتاح الفيروسي. كان مستوى هذه الأجسام المضادة مرتفعاً لدرجة أنه يمكن تخفيف مصل الدم أكثر من أربعين ألف مرة ولا يزال يظهر تفاعلاً، مما يشير إلى ذاكرة مناعية قوية جداً.

وبعيداً عن مجرد إنتاج الأجسام المضادة، أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت هذه الأجسام المضادة قادرة بالفعل على إيقاف الفيروس. فقاموا باختبار الدم من الفئران الملقحة ضد الفيروس الحي في بيئة مختبرية. ونجح الدم من الفئران الملقحة في منع الفيروس من إصابة الخلايا، مما حال دون الضرر الذي يسببه الفيروس عادةً. وقد أثبت هذا أن اللقاح لم يكتفِ فقط بإطلاق إنذار عام، بل خلق أسلحة وظيفية قادرة على تحييد التهديد. كما بحثت الدراسة في نوع الاستجابة المناعية المتولدة؛ حيث أظهرت الفئران الملقحة مستويات عالية من الإشارات الكيميائية المحددة التي تشير إلى تنشيط الجهاز المناعي على جبهات متعددة، بما في ذلك جانب إنتاج الأجسام المضادة والجانب الدفاعي الخلوي. وهذه الاستجابة المتوازنة أمر بالغ الأهمية لمحاربة الفيروسات التي تختبئ داخل الخلايا.

ورغم أن النتائج في الفئران كانت واعدة، إلا أن الباحثين كانوا حذرين في ملاحظة أن هذه ليست سوى بداية الرحلة. فقد أُجريت الدراسة على الفئران، وهي ليست المضيف الطبيعي لهذا الفيروس، والحماية الملحوظة في طبق المختبر لا تضمن الحصول على نفس النتيجة في خنزير حي. وأقر الفريق بأن العمل المستقبلي يجب أن يختبر اللقاح في صغار الخنازير (الخنازير الصغيرة) لمعرفة ما إذا كان سيمنع المرض في العالم الحقيقي. كما أشاروا إلى أنه نظراً لأن الفيروس يصيب الأمعاء، فإن اللقاح المثالي قد يحتاج إلى تحفيز نوع معين من المناعة في الأمعاء، وهو ما لم يتم قياسه في هذه الدراسة الأولية. وبالرغم من هذه الخطوات الضرورية التالية، إلا أن الدراسة تثبت أن استخدام قفص الفيريتين ذاتي التجميع لعرض المفتاح الفيروسي هو استراتيجية قابلة للتطبيق وفعالة. إنها تقدم طريقة جديدة لتقديم الفيروس للجهاز المناعي، محولةً إياه من إشارة ضعيفة إلى أمر منظم وقوي يمكن للجسم فهمه والاستجابة له.