mRNA-based prime-and-pull vaccination combines benefits of subcutaneous and mucosal BCG vaccination

Planteamiento del Problema
La actual vacuna licenciada contra la tuberculosis (TB), Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guérin (BCG), protege eficazmente a los niños contra las formas graves de la enfermedad, pero ofrece una protección variable y a menudo insuficiente contra la TB pulmonar, la forma más transmisible. Mientras que las estrategias de vacunación mucosa han surgido como un enfoque prometedor para generar una inmunidad pulmonar robusta y células de memoria residentes en los tejidos (TRM), estas enfrentan obstáculos de seguridad significativos. Específicamente, la administración mucosa de vacunas de organismos vivos atenuados (LAV), como la BCG aerosolizada, conlleva riesgos de replicación incontrolada y una inflamación excesiva, lo que puede comprometer la integridad del tejido y el intercambio gaseoso en los pulmones. Existe una necesidad urgente de una estrategia de vacunación que equilibre la alta inmunogenicidad de la administración mucosa con el perfil de seguridad de las vacunas parenterales no replicantes.

Metodología
Los autores desarrollaron y evaluaron una estrategia de vacunación de tipo "prime-and-pull" (primado y atracción) basada en ARNm. Este enfoque involucra dos pasos:

1. Primado (Prime): Se establece la inmunidad sistémica mediante la vacunación subcutánea (SC) con BCG (ya sea BCG estándar o BCG recombinante que expresa el locus ESX-1, BCG::RD1).
2. Atracción (Pull): Se induce la inmunidad local pulmonar mediante la administración intratraqueal (IT) de ARNm formulado en nanopartículas lipídicas (LNP).

El estudio utilizó LNP "stealth" (sLNPs) compuestas de DOTAP, DOPE, colesterol y C16 PEG-ceramida para entregar el ARNm a los pulmones. Se probaron dos modelos antigénicos distintos:

• Modelo de Prueba de Concepto: Se utilizó un solo antígeno, ESAT-6 (un antígeno clave de M. tuberculosis), para optimizar los regímenes de dosificación (dosis única alta frente a dosis múltiples bajas) y comparar los resultados contra controles de BCG por vía SC e IT.
• Modelo Multivalente: Se generaron cuatro constructos de ARNm, cada uno codificando dos antígenos (ocho proteínas en total: HBHA, HRP1, HspX, CFP10, Ag85B, VapB47, PPE18 y PE13). Estos se probaron en ratones híbridos F1 (C57BL/6 × BALB/c) para ampliar la compatibilidad del MHC.

Los ratones vacunados fueron desafiados con M. tuberculosis H37Rv por aerosol 60 días después de la vacunación. Los resultados se evaluaron mediante la carga bacteriana (CFU) en pulmones y bazo, análisis histológico de la patología pulmonar, citometría de flujo para subconjuntos de células T (incluyendo TRM y células T de memoria tipo célula madre) y perfil de citocinas.

Contribuciones Clave y Resultados

• Entrega y Expresión: El estudio demostró que las sLNPs entregan con éxito el ARNm a las células pulmonares a través de la vía intratraqueal, apoyando la expresión de proteínas en células dendríticas y neutrófilos dentro de las 48 horas.
• Optimización de la Dosificación: En el modelo ESAT-6, la administración IT de una dosis única alta (10 μg) de ARNm tras el primado con BCG por vía SC indujo significativamente mayores números de células T específicas de antígeno en los pulmones y en el líquido de lavado broncoalveolar (BALF) en comparación con los regímenes de dosis múltiples bajas. Este régimen de dosis única de "prime-and-pull" logró frecuencias de células T comparables con las inducidas por la vacunación con BCG por vía IT.
• Perfil de Seguridad: Si bien la vacunación con BCG por vía IT indujo los niveles más altos de células T específicas de antígeno, también causó una patología pulmonar e inflamación significativas. En contraste, la estrategia de "prime-and-pull" indujo una inmunidad local robusta con una infiltración de células inflamatorias mínima y redujo significativamente el daño al tejido pulmonar en comparación con la BCG por vía IT.
• Eficacia Multivalente: El enfoque de ARNm multivalente (dirigido a ocho antígenos) mejoró las respuestas humorales, aumentando significativamente los títulos de IgG contra CFP-10, Ag85b y HspX en comparación con los grupos de solo BCG. Crucialmente, esta estrategia indujo frecuencias más altas de células T de memoria tipo célula madre (TSCM) en los pulmones y ganglios linfáticos mediastínicos en comparación con la BCG por vía IT, lo que sugiere una inmunidad potencialmente más duradera.
• Inmunidad Protectora: Tras el desafío con M. tuberculosis, la estrategia de "prime-and-pull" confirió una protección comparable a la BCG por vía IT en la reducción de la carga bacteriana pulmonar y la patología, manteniendo un perfil inflamatorio más bajo que la BCG por vía IT y una protección superior a la BCG por vía SC sola.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo presenta la estrategia de "prime-and-pull" como un enfoque traslacional "modular" que cierra la breancia entre la inmunogenicidad mejorada de la vacunación con BCG por vía mucosa y la seguridad de la administración parenteral de BCG. Los autores afirman que esta estrategia logra con éxito "desacoplar" el reclutamiento inmunológico de la inflamación destructiva de los tejidos. Al utilizar ARNm no replicante para "atraer" las células inmunes sistémicas hacia el pulmón, la plataforma logra una inmunidad protectora contra la TB pulmonar sin los riesgos de replicación incontrolada o inflamación excesiva asociados con las vacunas de organismos vivos atenuados por vía mucosa.

El estudio concluye que este enfoque proporciona una prueba de principio para un régimen de vacunación equilibrado que limita la inflamación excesiva mientras mantiene la inmunogenicidad y la protección. Los autores posicionan esto no como una formulación universal final, sino como una plataforma flexible donde la composición de los antígenos y la entrega pueden optimizarse aún más para abordar los desafíos específicos del desarrollo de vacunas contra la TB respiratoria.