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

Definizione del Problema
L'attuale vaccino licenziato contro la tubercolosi (TB), il Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guérin (BCG), protegge efficacemente i bambini dalle forme gravi della malattia, ma offre una protezione variabile e spesso insufficiente contro la TB polmonare, la forma più trasmissibile. Sebbene le strategie di vaccinazione mucosa siano emerse come un approccio promettente per generare una robusta immunità polmonare locale e cellule di memoria residenti nei tessuti (TRM), esse affrontano significativi ostacoli di sicurezza. Nello specifico, la somministrazione mucosa di vaccini a virus vivo attenuato (LAV), come il BCG aerosolizzato, comporta rischi di replicazione incontrollata ed eccessiva infiammazione, che possono compromettere l'integrità tissutale e lo scambio gassoso nei polmoni. Vi è un urgente bisogno di una strategia vaccinale che equilibri l'alta immunogenicità della somministrazione mucosa con il profilo di sicurezza dei vaccini parenterali non replicanti.

Metodologia
Gli autori hanno sviluppato e valutato una strategia di vaccinazione a base di mRNA "prime-and-pull" (priming e richiamo). Questo approccio prevede due fasi:

1. Prime (Priming): L'immunità sistemica viene stabilita tramite vaccinazione sottocutanea (SC) con BCG (BCG standard o BCG ricombinante che esprime il locus ESX-1, BCG::RD1).
2. Pull (Richiamo): L'immunità polmonare locale viene indotta tramite somministrazione intratracheale (IT) di mRNA formulato in nanoparticelle lipidiche (LNP).

Lo studio ha utilizzato sLNP "stealth" (sLNPs) composte da DOTAP, DOPE, colesterolo e C16 PEG-ceramide per veicolare l'mRNA nei polmoni. Sono stati testati due distinti modelli antigenici:

• Modello di Prova di Concetto: È stato utilizzato un singolo antigene, ESAT-6 (un antigene chiave di M. tuberculosis), per ottimizzare i regimi di dosaggio (dose singola elevata rispetto a dosi multiple basse) e confrontare gli esiti rispetto ai controlli BCG SC e IT.
• Modello Multivalente: Sono stati generati quattro costrutti mRNA, ciascuno codificante per due antigeni (otto proteine totali: HBHA, HRP1, HspX, CFP10, Ag85B, VapB47, PPE18 e PE13). Questi sono stati testati in topi ibridi F1 (C57BL/6 × BALB/c) per ampliare la compatibilità MHC.

I topi vaccinati sono stati sottoposti a sfida con M. tuberculosis H37Rv 60 giorni dopo la vaccinazione. Gli esiti sono stati valutati tramite carico batterico (CFU) nei polmoni e nella milza, analisi istologica della patologia polmonare, citometria a flusso per i subset di cellule T (incluse le cellule TRM e le cellule T di memoria simili a staminali) e profilazione delle citochine.

Contributi Chiave e Risultati

• Consegna ed Espressione: Lo studio ha dimostrato che le sLNP veicolano con successo l'mRNA alle cellule polmonari tramite la via intratracheale, supportando l'espressione proteica in cellule dendritiche e neutrofili entro 48 ore.
• Ottimizzazione del Dosaggio: Nel modello ESAT-6, la somministrazione IT di una singola dose elevata (10 μg) di mRNA seguendo il priming con BCG SC ha indotto un numero significativamente maggiore di cellule T antigeno-specifiche nei polmoni e nel fluido di lavaggio bronco-alveolare (BALF) rispetto ai regimi a dosi multiple basse. Questo regime di dose singola "prime-and-pull" ha raggiunto frequenze di cellule T comparabili a quelle indotte dalla vaccinazione con BCG IT.
• Profilo di Sicurezza: Sebbene la vaccinazione con BCG IT abbia indotto i livelli più elevati di cellule T antigeno-specifiche, ha anche causato una patologia polmonare e un'infiammazione significativa. Al contrario, la strategia "prime-and-pull" ha indotto una robusta immunità locale con un minimo di infiltrazione di cellule infiammatorie e una riduzione significativa del danno al tessuto polmonare rispetto a BCG IT.
• Efficacia Multivalente: L'approccio mRNA multivalente (mirato a otto antigeni) ha potenziato le risposte umorali, aumentando significativamente i titoli di IgG contro CFP-10, Ag85b e HspX rispetto ai gruppi trattati solo con BCG. Fondamentalmente, questa strategia ha indotto frequenze più elevate di cellule T di memoria simili a staminali (TSCM) nei polmoni e nei linfonodi mediastinici rispetto a BCG IT, suggerendo una potenziale maggiore durata dell'immunità.
• Immunità Protettiva: In seguito alla sfida con M. tuberculosis, la strategia "prime-and-pull" ha conferito una protezione paragonabile a BCG IT nella riduzione del carico batterico polmonare e della patologia, mantenendo al contempo un profilo infiammatorio inferiore rispetto a BCG IT e una protezione superiore rispetto al solo BCG SC.

Significatività e Rivendicazioni
Il documento presenta la strategia "prime-and-pull" come un approccio traslazionale "modulare" che colma il divario tra l'immunogenicità migliorata della vaccinazione mucosa con BCG e la sicurezza della somministrazione parenterale di BCG. Gli autori affermano che questa strategia riesce a "disaccoppiare" il reclutamento immunitario dall'infiammazione distruttiva dei tessuti. Utilizzando l'mRNA non replicante per "tirare" (pull) le cellule immunitarie sistemiche nei polmoni, la piattaforma ottiene un'immunità protettiva contro la TB polmonare senza i rischi di replicazione incontrollata o di eccessiva infiammazione associati ai vaccini a virus vivo attenuato somministrati per via mucosa.

Lo studio conclude che questo approccio fornisce una prova di principio per un regime vaccinale bilanciato che limita l'infiammazione eccessiva pur mantenendo l'immunogenicità e la protezione. Gli autori pongono questa ricerca non come una formulazione universale finale, ma come una piattaforma flessibile dove la composizione antigenica e la consegna possono essere ulteriormente ottimizzate per affrontare le specifiche sfide dello sviluppo di vaccini contro la tubercolosi respiratoria.