En kunstners gengivelse af anatomi af en virus. Anna Tanczos / Wellcome Images, CC BY-NC-ND

Ingen ønsker at fange influenza, og den bedste forsvarslinje er sæsoninfluenzavaccinen. Men at producere et effektivt årligt influenza-skud er afhængig af nøjagtigt at forudsige, hvilke influenza-stammer der mest sandsynligt vil inficere befolkningen i en given sæson. Det kræver koordinering af flere sundhedscentre over hele kloden, når virussen bevæger sig fra region til region. Når epidemiologer har slået sig ned på mål influenzastammer, skifter vaccineproduktion til høj gear; det tager ca. seks måneder at generere mere end 150 millioner injicerbare doser nødvendigt for den amerikanske befolkning.

Hvor godt fungerer den årlige influenzavaccine?

At producere et effektivt årligt influenzeskud er afhængigt af nøjagtigt at forudsige, hvilke influenzastammer der mest sandsynligt vil inficere befolkningen i en given sæson. CDC udfører hvert år observationsundersøgelser for at beregne "vaccineeffektivitet" for dette års skud.

Forkert eller ufuldstændig epidemiologisk prognose kan have store konsekvenser. I 2009, mens producenter, herunder MedImmune og Sanofi Pasteur, forberedte vacciner mod de forventede stammer, en yderligere influenzastamme, H1N1, opstået. Den forberedte vaccine beskyttede ikke mod denne uventede stamme og forårsagede verdensomspændende panik og over 18,000 bekræftede dødsfald - sandsynligvis kun en brøkdel af det sande antal, anslås at overstige 150,000. Bedre sent end aldrig blev en vaccine til sidst produceret mod H1N1, der krævede et andet influenzaskud det år.

Da influenza har forårsaget størstedelen af pandemier gennem de sidste 100 år - inklusive influenza fra 1918 resulterede i så mange som 50 millioner dødsfald - vi står tilbage med spørgsmålet: Kan forskere producere en ”universel” vaccine, der er i stand til at beskytte mod forskellige influenza-stammer, en der ikke kræver årlige forudsigelser fra epidemiologer og et årligt skud for dig?

Vacciner primerer immunforsvaret for at bekæmpe

I det 18. århundrede, og uden tvivl meget tidligere i historien, var det almindeligt kendt, at en overlevende af kopper ville ikke komme ned med det igen ved efterfølgende eksponering. På en eller anden måde gav infektion immunitet mod sygdommen. Og folk erkendte, at mælkepiger, der kom i kontakt med køer, der var ridet med ko, på samme måde ville blive beskyttet mod kopper.

I slutningen af ​​1700'erne, landmand Benjamin Jesty podede sin familie med koopper, effektivt immunisere dem mod kopper på trods af fremtidig eksponering. Læge Edward Jenner katapulterede derefter menneskeheden ind i en ny tidsalder for immunologi da han gav videnskabelig tillid til proceduren.

Så hvis en inokulering af koopper eller en eksponering for (og overlevelse af) kopper giver et årti eller endog livslang immunitet, hvorfor opfordres enkeltpersoner til at modtage influenzavaccine hvert år?

Svaret ligger i, hvor hurtigt influenzavirusens anatomi ændres. Hver virus består af en groft sfærisk membran, der konstant indkapsler genetisk materiale. Denne membran er pebret med to typer "pigge": hæmagglutinin eller HA og neuraminidase eller NA, der hver består af en stilk og et hoved. HA og NA hjælper virussen med infektion ved at binde sig til værtsceller og medierer virusets indtræden i cellen og til sidst dens udgang.

Vacciner fremkalder typisk antistoffer, der er målrettet mod disse to molekyler. Når det er injiceret, begynder en persons immunsystem at arbejde. Specialiserede celler indsamler vaccinemolekylerne som angribere; andre celler genererer derefter antistoffer, der genkender de fremmede molekyler. Næste gang de samme angribere dukker op - hvad enten det er i form af den samme vaccine eller virusstammerne, som den efterligner - genkender kroppens immunceller dem og bekæmper dem og forhindrer infektion.

For vaccineudviklere er en frustrerende egenskab ved influenzas muterende genom, hvor hurtigt HA og NA ændrer sig. Disse konstante ændringer er det, der sender dem tilbage til tegnebrættet for nye vacciner hver influenzasæson.

Forskellige metoder til at designe en vaccine

Koppevaccinen var den første til at bruge vaccinologiens “empiriske paradigme” - den samme strategi, som vi stort set bruger i dag. Det er afhængig af en prøve-og-fejl tilgang til at efterligne immuniteten induceret af naturlig infektion.

Med andre ord tror vaccineudviklere, at kroppen vil montere et antistofrespons på noget i podningen. Men de fokuserer ikke på, hvilket specifikt plaster af virussen der forårsager et immunrespons. Det betyder ikke rigtig, om det f.eks. Er en reaktion på et lille stykke HA, som mange stammer deler. Når du bruger en hel virus som udgangsmateriale, er det muligt at få mange forskellige antistoffer, der genkender mange forskellige dele af virussen, der anvendes i vaccinen.

Det sæsonbetonede influenzaskud passer generelt ind i denne empiriske tilgang. Hvert år forudser epidemiologer, hvilke influenzastammer der mest sandsynligt vil inficere populationer, typisk afregner på tre eller fire. Forskere dæmper eller inaktiverer derefter disse stammer, så de kan fungere som efterlignere i det pågældende års influenzavaccine uden at give modtagerne fuldblæst influenza. Håbet er, at et individs immunsystem vil reagere på vaccinen ved at skabe antistoffer, der er målrettet mod disse stammer; så når han eller hun kommer i kontakt med influenza, venter antistofferne på at neutralisere disse stammer.

Men der er en anden måde at designe en vaccine på. Det kaldes rationelt design og repræsenterer et potentielt spilændrende paradigmeskift i vaccinologi.

Målet er at designe et molekyle - eller "immunogen" - der kan medføre, at der produceres effektive antistoffer uden at blive udsat for virussen. I forhold til nuværende vacciner kan det konstruerede immunogen endda give mulighed for mere specifikke reaktioner, hvilket betyder, at immunresponset er målrettet mod bestemte dele af virussen og større bredde, hvilket betyder, at det kan målrette mod flere stammer eller endog relaterede vira.

Denne strategi arbejder på at målrette mod specifikke epitoper eller patches af virussen. Da antistoffer virker ved at genkende strukturer, ønsker designerne at understrege immunsystemets strukturelle egenskaber for de immunogener, de har skabt. Derefter kan forskere forsøge at designe kandidatvacciner med disse strukturer i håb om, at de vil provokere immunsystemet til at producere relevante antistoffer. Denne vej kan lade dem samle en vaccine, der fremkalder en mere effektiv og effektiv immunrespons, end det ville være muligt med den traditionelle prøve-og-fejl-metode.

Lovende fremskridt er sket i vaccinedesign til respiratorisk syncytial virus ved hjælp af dette nye rationelle paradigme, men der er stadig bestræbelser på at bruge denne tilgang til influenza.

Mod en universel influenzavaccine

I de senere år har forskere isoleret et antal potente, infleunza-neutraliserende antistoffer produceret i vores kroppe. Mens antistofresponset på influenza er primært rettet mod lederen af ​​HA-spidsen, flere er blevet fundet, at målrette mod HA's stilk. Da stammen er mere konstant på tværs af virale stammer end hovedet, kan dette være akilleshæl, og antistoffer, der er målrettet mod denne region, kan være en god skabelon til vaccinedesign.

Forskere forfølger en række tilgange, der kan få kroppen til at producere disse interessante antistoffer, før de bliver smittet. En strategi, kendt som nanopartikeldisplay, involverer design af et molekyle, der inkorporerer en del af virussen. I laboratoriet kunne forskere vedhæfte en kombination af HA- og NA-partikler på ydersiden af ​​en sfærisk nanopartikel, der i sig selv er i stand til at forårsage et immunrespons. Når det injiceres som en del af en vaccine, kunne immunsystemet “se” disse molekyler og med held frembringe antistoffer mod dem.

Et af de største spørgsmål, der skal besvares, er, hvad der præcist skal vises på ydersiden af ​​disse nanopartikler. Nogle strategier viser forskellige versioner af fulde HA-molekyler, mens andre bare inkluderer stængler. Mens der skal indsamles flere data om mennesker for at validere disse tilgange, dataene fra dyreforsøg ved hjælp af immunogener, der kun er stamme, er opmuntrende.

Med den nuværende teknologi er der muligvis aldrig et ”one and done” influenza-skud. Og epidemiologisk overvågning vil altid være nødvendig. Det er imidlertid ikke utænkeligt, at vi kan gå fra en model en gang om året til en tilgang hver 10. år, og vi kan være inden for få år efter at være der.

Om forfatteren

Ian Setliff, Ph.D. Studerende, program i kemisk og fysisk biologi, Vanderbilt Vaccine Center, Vanderbilt University og Amyn Murji, Ph.D. Studerende, Institut for Mikrobiologi og Immunologi, Vanderbilt Vaccine Center, Vanderbilt University

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede Bøger:

at InnerSelf Market og Amazon