Mucosal vaccine-elicited IgA is protective against zoonotic Betacoronavirus challenge
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक सिंथेटिक कंसेंसस स्पाइक प्रोटीन (SarbConS) का उपयोग करने वाला और फेरिटिन नैनोपार्टिकल्स एवं एक विशिष्ट एडजुवेंट के साथ वितरित किया गया एक इंट्रानेज़ल बूस्टर वैक्सीन, टिकाऊ, क्रॉस-प्रोटेक्टिव म्यूकोसल IgA प्रतिक्रियाएं उत्पन्न करता है जो SARS-CoV-2 और MERS-CoV सहित विविध ज़ूनोटिक बीटाकोरोनावायरस के विरुद्ध रक्षा करने के लिए आवश्यक हैं।
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अधिकांश श्वसन संबंधी वायरसों के खिलाफ टीके, जैसे कि इन्फ्लुएंजा के लिए दिए जाने वाले शॉट या हाल ही की वैश्विक महामारी के कारण उत्पन्न कोरोना वायरस, मांसपेशियों में इंजेक्ट किए जाते हैं। यह विधि शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली को वायरस को पहचानने और संक्रमण से लड़ने के लिए रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा करने वाले एंटीबॉडी बनाने के लिए प्रशिक्षित करने में उत्कृष्ट है। हालांकि, इन मांसपेशियों के इंजेक्शनों की एक सीमा है: वे शरीर के ठीक उस स्थान पर एक मजबूत रक्षा प्रणाली नहीं बना पाते जहाँ वायरस पहली बार प्रवेश करता है—नाक और फेफड़ों का अस्तर। यह अस्तर, जिसे म्यूकोसा (mucosa) कहा जाता है, श्वसन संबंधी वायरसों के लिए प्रवेश द्वार है। वायरस को जड़ जमाने से रोकने के लिए, प्रतिरक्षा प्रणाली को उसी दरवाजे पर IgA नामक एक विशिष्ट प्रकार के एंटीबॉडी की आवश्यकता होती है। हालांकि प्राकृतिक संक्रमण से उबरने वाले कुछ लोग इस स्थानीय रक्षा प्रणाली को विकसित कर लेते हैं, लेकिन मानक मांसपेशी टीके अक्सर इसे लगातार या लंबे समय तक उत्पन्न करने में विफल रहते हैं। यह सुरक्षा में एक अंतर छोड़ देता है, जिससे वायरस नाक में अपनी संख्या बढ़ा पाता है और दूसरों में फैल जाता है, भले ही व्यक्ति गंभीर रूपक रूप से बीमार न हो।
येल स्कूल ऑफ मेडिसिन और ड्यूक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह देखने के लिए हाथ मिलाया कि क्या वे वैक्सीन देने के तरीके को बदलकर इस कमी को पूरा कर सकते हैं। केवल मांसपेशियों के इंजेक्शनों पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने एक ऐसी रणनीति का परीक्षण किया जिसमें नाक के माध्यम से वैक्सीन की दूसरी खुराक सीधे दी जाती है। वे यह जानना चाहते थे कि क्या यह दृष्टिकोण श्वसन मार्ग में प्रतिरक्षा प्रणाली को जगा सकता है, सुरक्षात्मक IgA एंटीबॉडी की एक स्थायी आपूर्ति बना सकता है, और विभिन्न खतरनाक कोरोना वायरसों को फेफड़ों में संक्रमित होने से रोक सकता है। उनका कार्य विशिष्ट सामग्रियों के एक संयोजन पर केंद्रित था जिन्हें मिलकर काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था: एक सिंथेटिक वायरल प्रोटीन का संस्करण जो एक बहुत ही छोटे, स्थिर ढांचे (scaffold) पर निर्मित है, जिसे दो पदार्थों के साथ मिलाया गया है जो प्रतिरक्षा प्रणाली के लिए संकेतों के रूप में कार्य करते हैं।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले उन चूहों के साथ काम शुरू किया जिन्हें पहले से ही मूल SARS-CoV-2 वायरस के लिए एक मानक मांसपेशी-इंजेक्ट किए गए टीके से टीका लगाया जा चुका था। इसके बाद उन्होंने इन जानवरों को सीधे नाक में एक बूस्टर शॉट दिया। इस बूस्टर में एक सिंथेटिक प्रोटीन शामिल था जिसे कई अलग-अलग SARS जैसे वायरसों के मिश्रण जैसा दिखने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जो एक फेरिटिन नैनोपार्टिकल (ferritin nanoparticle) से जुड़ा हुआ था। फेरिटिन एक ऐसा प्रोटीन है जो स्वाभाविक रूप से एक खोखला गोला बनाता है, और इस मामले में, इसका उपयोग वायरल प्रोटीन को इस तरह प्रदर्शित करने के लिए किया गया था कि प्रतिरक्षा प्रणाली इसे आसानी से देख सके और इस पर प्रतिक्रिया कर सके। यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह नासिका खुराक प्रभावी ढंग से काम करे, वैज्ञानिकों ने इसे दो एडजुवेंट्स (adjuvants) के साथ मिलाया, जो कि वे पदार्थ हैं जिन्हें प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए टीकों में जोड़ा जाता है। एक अणु था जो मास्ट सेल्स (mast cells) को सक्रिय करता है, जो नाक में पाए जाने वाले एक प्रकार के प्रतिरक्षा कोशिका हैं, और दूसरा एक DNA-आधारित संकेत था जो शरीर की रक्षा प्रणालियों में एक व्यापक अलार्म बजाता है।
जब चूहों को यह नासिका बूस्टर दिया गया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। कुछ ही हफ्तों के भीतर, जानवरों के नाक के मार्ग और फेफड़ों में IgA एंटीबॉडी का उच्च स्तर विकसित हुआ। ये एंटीबॉडी जल्दी गायब नहीं हुए; वे प्रारंभिक बूस्ट के लंबे समय बाद भी, कई महीनों तक सुरक्षात्मक स्तरों पर बने रहे। इसके विपरीत, जिन चूहों को दूसरा मांसपेशी शॉट या विशेष एडजुवेंट्स के बिना नासिका शॉट दिया गया था, वे इन स्थायी स्थानीय रक्षा प्रणालियों को विकसित करने में विफल रहे। नासिका बूस्टर ने मेमोरी बी कोशिकाओं (memory B cells) की एक मजबूत सेना भी बनाई, जो प्रतिरक्षा प्रणाली के दीर्घकालिक योजनाकार हैं, विशेष रूप से उन लिम्फ नोड्स में जो श्वसन मार्गों से जल निकासी करते हैं। ये कोशिकाएं वायरस के वापस आने पर तुरंत कार्रवाई करने के लिए तैयार रहती हैं।
असली परीक्षा तब हुई जब शोधकर्ताओं ने उन चूहों को उन वायरसों के संपर्क में लाया जिन्हें उन्होंने पहले कभी नहीं देखा था। उन्होंने जानवरों को दो अलग-अलग प्रकार के कोरोना वायरसों के संपर्क में रखा जो जानवरों से मनुष्यों में आते हैं: एक जो चमगादड़ों में पाया जाता है और दूसरा जो पैंगोलिन में पाया जाता है। ये वायरस मूल SARS-CoV-2 से आनुवंशिक रूप से भिन्न हैं, जिससे इन्हें रोकना मानक टीकों के लिए कठिन हो जाता है। जिन चूहों को विशेष एडजुवेंट्स के साथ नासिका बूस्टर मिला था, वे लगभग पूरी तरह से सुरक्षित थे। वायरस उनके फेफड़ों या नाक में अपनी संख्या बढ़ाने में असमर्थ रहा। सुरक्षा इतनी प्रभावी थी कि इसने ऊपरी श्वसन मार्ग में संक्रमण स्थापित करने से भी रोक दिया, जो आमतौर पर अन्य जानवरों में संक्रमण के प्रसार का स्थान होता है। शोधकर्ताओं ने इस दृष्टिकोण का परीक्षण MERS-CoV के विरुद्ध भी किया, जो एक अलग और घातक कोरोना वायरस है, और पाया कि समान नासिका रणनीति ने इस वायरस के खिलाफ भी मजबूत सुरक्षा प्रदान की।
यह सिद्ध करने के लिए कि IgA एंटीबॉडी ही इस सुरक्षा की कुंजी थे, वैज्ञानिकों ने प्रयोग को उन चूहों का उपयोग करके दोहराया जो आनुवंशिक रूप से IgA उत्पन्न करने में असमर्थ थे। भले ही इन चूहों को समान नासिका बूस्टर मिला और उनमें मजबूत प्रणालीगत प्रतिरक्षा विकसित हुई, लेकिन उनके पास वायरल चुनौती के खिलाफ कोई सुरक्षा नहीं थी। वायरस उनके फेफड़ों और नाक में स्वतंत्र रूप से विकसित हुआ, जैसा कि अनटीकाकृत जानवरों में हुआ था। इस परिणाम ने पुष्टि की कि टिकाऊ, स्थानीय IgA एंटीबॉडी केवल एक दुष्प्रभाव नहीं थे बल्कि संक्रमण को रोकने के लिए आवश्यक थे। उनके बिना, वैक्सीन श्वसन मार्ग की रक्षा करने में विफल रही।
अध्ययन यह सुझाव देता है कि केवल मांसपेशियों के इंजेक्शनों पर निर्भर रहने की वर्तमान रणनीति अत्यधिक संक्रामक श्वसन वायरसों को रोकने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकती है। संक्रमण के स्थान पर सीधे बूस्टर देकर और सही संयोजन के एडजुवेंट्स का उपयोग करके, शरीर को सामने के दरवाजे पर एक स्थायी ढाल बनाए रखने के लिए प्रशिक्षित करना संभव है। यह दृष्टिकोण न केवल एक वायरस के लिए, बल्कि कोरोना वायरसों के एक विविध समूह के लिए काम कर गया, जिसमें वे भी शामिल हैं जिन्होंने अभी तक मनुष्यों को संक्रमित नहीं किया है। ये निष्कर्ष भविष्य के प्रकोपों के खिलाफ संचरण को रोकने और दीर्घकालिक प्रतिरक्षा प्रदान करने के लिए टीकों को डिजाइन करने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं, जो केवल गंभीर बीमारी को रोकने से आगे बढ़कर वास्तव में वायरस को पकड़ बनाने से रोकने की दिशा में है।
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