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

Énoncé du problème
Le vaccin actuel contre la tuberculose (TB) sous licence, le Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guérin (BCG), protège efficacement les enfants contre les formes graves de la maladie, mais offre une protection variable et souvent insuffisante contre la tuberculose pulmonaire, la forme la plus transmissible. Bien que les stratégies de vaccination muqueuse soient apparues comme une approche prometteuse pour générer une immunité pulmonaire locale robuste et des cellules mémoires résidentes tissulaires (TRM), elles se heurtent à des obstacles de sécurité importants. Spécifiquement, l'administration muqueuse de vaccins vivants atténués (LAV), tels que le BCG aérosolisé, comporte des risques de réplication incontrôlée et d'inflammation excessive, ce qui peut compromettre l'intégrité tissulaire et les échanges gazeux dans les poumons. Il existe un besoin urgent d'une stratégie de vaccination qui équilibre l'immunogénicité élevée de la délivrance muqueuse avec le profil de sécurité des vaccins parentéraux non réplicatifs.

Méthodologie
Les auteurs ont développé et évalué une stratégie de vaccination par ARNm de type « prime-and-pull » (amorçage et tirage). Cette approche comprend deux étapes :

1. Amorçage (Prime) : L'immunité systémique est établie via une vaccination sous-cutanée (SC) avec le BCG (soit le BCG standard, soit le BCG recombinant exprimant le locus ESX-1, BCG::RD1).
2. Tirage (Pull) : L'immunité pulmonaire locale est induite via l'administration intratrachéale (IT) d'ARNm formulé dans des nanoparticules lipidiques (LNP).

L'étude a utilisé des LNP « furtives » (sLNPs) composées de DOTAP, de DOPE, de cholestérol et de C16 PEG-céramide pour délivrer l'ARNm aux poumons. Deux modèles antigéniques distincts ont été testés :

• Modèle de preuve de concept : Un antigène unique, l'ESAT-6 (un antigène clé de M. tuberculosis), a été utilisé pour optimiser les schémas de dosage (dose unique élevée vs doses multiples faibles) et comparer les résultats aux contrôles BCG SC et IT.
• Modèle multivalent : Quatre constructions d'ARNm ont été générées, codant chacune pour deux antigènes (huit protéines au total : HBHA, HRP1, HspX, CFP10, Ag85B, VapB47, PPE18 et PE13). Celles-ci ont été testées sur des souris hybrides F1 (C57BL/6 × BALB/c) afin d'élargir la compatibilité du CMH.

Les souris vaccinées ont été soumises à un défi par M. tuberculosis H37Rv par aérosol 60 jours après la vaccination. Les résultats ont été évalués par la charge bactérienne (UFC) dans les poumons et la rate, l'analyse histologique de la pathologie pulmonaire, la cytométrie en flux pour les sous-populations de lymphocytes T (incluant les TRM et les cellules T mémoires de type cellule souche) et le profilage des cytokines.

Contributions clés et résultats

• Délivrance et expression : L'étude a démontré que les sLNPs délivrent avec succès l'ARNm aux cellules pulmonaires via la voie intratrachéale, favorisant l'expression protéique dans les cellules dendritiques et les neutrophiles en 48 heures.
• Optimisation du dosage : Dans le modèle ESAT-6, l'administration IT d'une dose unique élevée (10 μg) d'ARNm faisant suite à l'amorçage par BCG SC a induit des nombres significativement plus élevés de cellules T spécifiques de l'antigène dans les poumons et le liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF) par rapport aux schémas de doses multiples faibles. Ce régime d'amorçage et de tirage à dose unique a obtenu des fréquences de cellules T comparables à celles induites par la vaccination par BCG IT.
• Profil de sécurité : Bien que la vaccination par BCG IT ait induit les niveaux les plus élevés de cellules T spécifiques de l'antigène, elle a également provoqué une pathologie et une inflammation pulmonaires importantes. En revanche, la stratégie prime-and-pull a induit une immunité locale robuste avec une infiltration de cellules inflammatoires minimale et une réduction significative des dommages tissulaires pulmonaires par rapport au BCG IT.
• Efficacité multivalente : L'approche d'ARNm multivalente (ciblant huit antigènes) a renforcé les réponses humorales, augmentant significativement les titres d'IgG contre CFP-10, Ag85b et HspX par rapport aux groupes BCG seuls. De manière cruciale, cette stratégie a induit des fréquences plus élevées de cellules T mémoires de type cellule souche (TSCM) dans les poumons et les ganglions lymphatiques médiastinaux par rapport au BCG IT, suggérant une immunité potentiellement plus durable.
• Immunité protectrice : Lors du défi par M. tuberculosis, la stratégie prime-and-pull a conféré une protection comparable au BCG IT pour réduire la charge bactérienne pulmonaire et la pathologie, tout en maintenant un profil inflammatoire plus faible que le BCG IT et une protection supérieure au BCG SC seul.

Signification et revendications
L'article présente la stratégie prime-and-pull comme une approche translationnelle « modulaire » qui comble le fossé entre l'immunogénicité améliorée de la vaccination muqueuse par le BCG et la sécurité de l'administration parentérale du BCG. Les auteurs affirment que cette stratégie parvient à « découpler » le recrutement immunitaire de l'inflammation destructrice de tissus. En utilisant un ARNm non réplicatif pour « tirer » les cellules immunitaires systémiques vers le poumon, la plateforme atteint une immunité protectrice contre la tuberculose pulmonaire sans les risques de réplication incontrôlée ou d'inflammation excessive associés aux vaccins vivaux par voie muqueuse.

L'étude conclut que cette approche constitue une preuve de concept pour un schéma de vaccination équilibré qui limite l'inflammation excessive tout en maintenant l'immunogénicité et la protection. Les auteurs positionnent cela non pas comme une formulation universelle finale, mais comme une plateforme flexible où la composition des antigènes et la délivrance peuvent être davantage optimisées pour répondre aux défis spécifiques du développement de vaccins contre la tuberculose respiratoire.