Mucosal vaccine-elicited IgA is protective against zoonotic Betacoronavirus challenge
Deze studie toont aan dat een intranasale booster-vaccinatie die gebruikmaakt van een synthetisch consensus spike-eiwit (SarbConS), toegediend met ferritine-nanodeeltjes en een specifiek adjuvans, duurzame, kruisbeschermende mucosale IgA-responsen opwekt die essentieel zijn voor de verdediging tegen diverse zoönotische Betacoronavirussen, waaronder SARS-CoV-2 en MERS-CoV.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
De meeste vaccins tegen respiratoire virussen, zoals de injecties die worden gegeven tegen influenza of het coronavirus dat de recente wereldwijde pandemie veroorzaakte, worden in een spier geïnjecteerd. Deze methode is uitstekend in het trainen van het immuunsysteem van het lichaam om een virus te herkennen en antilichamen te produceren die via de bloedbaan door het lichaam reizen om infectie te bestrijden. Deze spierinjecties hebben echter een beperking: ze creëren niet betrouwbaar een sterke verdediging precies daar waar het virus voor het eerst het lichaam binnenkomt—de bekleding van de neus en de longen. Deze bekleding, bekend als het slijmvlies (mucosa), is de voordeur voor respiratoire virussen. Om een virus te stoppen voordat het zich kan nestelen, heeft het immuunsysteem een specif kind type antilichaam nodig, genaamd IgA, precies bij die deur. Hoewel sommige mensen die herstellen van een natuurlijke infectie deze lokale verdediging ontwikkelen, slagen standaard spierinjecties er vaak niet in om dit consistent of voor een lange tijd te genereren. Dit laat een gat in de bescherming, waardoor het virus zich in de neus kan vermenigvuldigen en zich naar anderen kan verspreiden, zelfs als de persoon niet ernstig ziek wordt.
Een team onderzoekers van de Yale School of Medicine en Duke University zette zich in om te zien of zij dit gat konden vullen door de manier waarop een vaccin wordt toegediend te veranderen. In plaats van uitsluitend te vertrouwen op spierinjecties, testten zij een strategie die inhoudt dat er een tweede dosis van een vaccin rechtstreeks in de neus wordt toegediend. Ze wilden weten of deze aanpak het immuunsysteem in de luchtwegen kon activeren, een blijvende voorraad beschermende IgA-antilichamen kon creëren, en een breed scala aan gevaarlijke coronavirussen in de longen kon stoppen met infecteren. Hun werk richtte zich op een specifieke combinatie van ingrediënten die ontworpen zijn om samen te werken: een synthetische versie van een viraal eiwit, gebouwd op een minuscuul, stabiel steunframe (scaffold), gemengd met twee stoffen die fungeren als signalen voor het immuunsysteem.
De onderzoekers begonnen met het werken met muizen die al gevaccineerd waren met een standaard spierinjectie-vaccin tegen het oorspronkelijke SARS-CoV-2-virus. Vervolgens gaven zij deze dieren een boosterinjectie rechtstreeks in de neus. Deze booster bevatte een synthetisch eiwit dat ontworpen is om te lijken op een mix van vele verschillende in de natuur voorkomende SARS-achtige virussen, bevestigd aan een ferritine-nanopartikel. Ferritine is een eiwit dat van nature een holle bol vormt, en in dit geval werd het gebruikt om het virale eiwit op een manier weer te geven dat het immuunsysteem het gemakkelijk kan zien en erop kan reageren. Om ervoor te zorgen dat deze nasale dosis effectief werkte, mengden de wetenschappers het met twee adjuvantia, wat stoffen zijn die aan vaccins worden toegevoegd om de immuunrespons te versterken. De ene was een molecuul dat mestcellen activeert, een type immuuncel dat in de neus wordt gevonden, en de andere was een DNA-gebaseerd signaal dat een breder alarm in de afweer van het lichaam triggert.
Toen de muizen de nasale booster ontvingen, waren de resultaten opvallend. Binnen enkele weken ontwikkelden de dieren hoge niveaus van IgA-antilichamen in hun neusholtes en longen. Deze antilichamen verdwenen niet snel; ze bleven gedurende vele maanden op beschermende niveaus aanwezig, lang na de initiële boost. In contrast hiermee vertoonden muizen die een tweede spierinjectie kregen of een nasale injectie zonder de speciale adjuvantia, deze blijvende lokale verdediging niet. De nasale booster creëerde ook een sterk leger van geheugen-B-cellen, die de langetermijnplanners van het immuunsysteem zijn, specifiek in de lymfeklieren die de luchtwegen draineren. Deze cellen zijn klaar om in actie te komen als het virus terugkeert.
De echte test kwam toen de onderzoekers de gevaccineerde muizen blootstelden aan virussen die ze nog nooit eerder hadden gezien. Ze exposeerden de dieren aan twee verschillende soorten coronavirussen die van dieren naar mensen springen: één afkomstig van vleermuizen en één van pangolins (schubdieren). Deze virussen zijn genetisch verschillend van het oorspronkelijke SARS-CoV-2, wat ze moeilijk te stoppen maakt met standaard vaccins. De muizen die de nasale booster met de speciale adjuvantia hadden ontvangen, waren bijna volledig beschermd. Het virus was niet in staat om zich in hun longen of neusholtes te vermenigvuldigen. De bescherming was zo effectief dat het voorkwam dat het virus een infectie in de bovenste luchtwegen vestigde, de plek waar transmissie naar andere dieren gewoonlijk begint. De onderzoekers testten deze aanpak ook tegen MERS-CoV, een ander en dodelijk coronavirus, en vonden dat dezelfde nasale strategie sterke bescherming bood tegen dat virus eveneens.
Om te bewijzen dat de IgA-antilichamen de sleutel tot deze bescherming waren, herhaalden de wetenschappers het experiment met muizen die genetisch niet in staat waren om IgA te produceren. Ondanks dat deze muizen dezelfde nasale booster ontvingen en een sterke systemische immuniteit ontwikkelden, hadden ze geen bescherming tegen de virale uitdaging. Het virus vermenigvuldigde zich vrij in hun longen en neus, net zoals bij ongevaccineerde dieren. Dit resultaat bevestigde dat de duurzame, lokale IgA-antilichamen niet slechts een bijproduct van het vaccin waren, maar essentieel waren om de infectie te stoppen. Zonder hen faalde het vaccin om de luchtwegen te beschermen.
De studie suggereert dat de huidige strategie van het uitsluitend vertrouwen op spierinjecties mogelijk niet voldoende is om de verspreiding van zeer besmettelijke respiratoire virussen te stoppen. Door een booster direct naar de plaats van infectie te brengen en de juiste combinatie van adjuvantia te gebruiken, is het mogelijk om het lichaam te trainen om een permanent schild bij de voordeur te onderhouden. Deze aanpak werkte niet alleen voor één virus, maar voor een diverse groep coronavirussen, inclusief die welke nog niet de mens hebben geïnfecteerd. De bevindingen bieden een duidelijk pad voorwaarts voor het ontwerpen van vaccins die transmissie kunnen blokkeren en langdurige immuniteit kunnen bieden tegen toekomstige uitbraken, waarbij de focus verschuift van enkel het voorkomen van ernstige ziekte naar het daadwerkelijk stoppen van het virus voordat het zich kan nestelen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.