Redakcja: Badania, rozwój i próby kliniczne szczepionek na bazie peptydów

Od wyeliminowania ospy po globalną reakcję na pandemię COVID{0}}, od XVIII wieku szczepionki są kamieniem węgielnym w walce z chorobami zakaźnymi u ludzi i zwierząt gospodarskich (1). Chociaż jest mało prawdopodobne, aby szczepionki przeciwko COVID{3}} wyeliminowały chorobę w taki sposób, jak szczepionka przeciwko ospie, okazały się one bardzo skuteczne w zapobieganiu śmierci i hospitalizacji, przynosząc ogromne korzyści społeczne i ekonomiczne (2). Obecnie inwestuje się znaczne wysiłki badawcze w budowanie na sukcesie szczepionek profilaktycznych w zwalczaniu chorób zakaźnych poprzez opracowywanie szczepionek terapeutycznych na choroby przewlekłe, takie jak zapalenie i rak. Podejścia te opierają się na regulacji w dół lub w górę odpowiedzi immunologicznej odpowiednio do leczenia choroby zapalnej i raka, poprzez rozsądny wybór epitopów, adiuwantów i sposobu prezentacji w układzie odpornościowym. Chociaż takie szczepionki terapeutyczne okazały się obiecujące na wczesnym etapie, żadne dostępne na rynku produkty nie są jeszcze dostępne.

Kliknij korzyści zdrowotne cistanche

Istnieje sześć kategorii szczepionek w użyciu lub w fazie opracowywania: szczepionki żywe atenuowane, szczepionki inaktywowane, szczepionki podjednostkowe, szczepionki toksoidowe, szczepionki oparte na wektorach wirusowych oraz szczepionki zawierające kwas nukleinowy (DNA lub RNA) (3). W każdym przypadku istnieje wiele przykładów szczepionek zatwierdzonych do stosowania u ludzi. Pomimo różnych sposobów dostarczania ładunku antygenowego w tych sześciu klasach, ich wspólnym celem jest stymulowanie jednego lub wszystkich następujących typów odpowiedzi immunologicznych: 1) odporność wrodzona, 2) odporność na przeciwciała (humoralna) i 3) komórki T odporność.

Szczepionki oparte na peptydach są szczególnym rodzajem szczepionek podjednostkowych, zwykle charakteryzujących się skupieniem na krótkich sekwencjach obejmujących pojedyncze epitopy, zwykle wytwarzane na drodze syntezy chemicznej. Szczepionki peptydowe mają kilka zalet, w tym lepiej zdefiniowaną i bardziej specyficzną odpowiedź immunologiczną; dobry profil bezpieczeństwa; prosta produkcja i stosunkowo szybki rozwój leku (4). Co więcej, sekwencje szczepionek peptydowych można przekształcić w kwasy nukleinowe, dzięki czemu można je łatwo przekształcić w szczepionki nukleinowe lub szczepionki wektorowe. Aby uczynić szczepionki peptydowe bardziej skutecznymi i odpowiednimi do produkcji przemysłowej, proponuje się nowe formy szczepionek opartych na peptydach poza pojedynczym epitopem i syntezą chemiczną, na przykład syntetyczne szczepionki z długimi peptydami i rekombinowane szczepionki z nakładającymi się peptydami (5-7).

W tym zbiorze jedenastu artykułów dla Frontiers in Immunology, zatytułowanym „Badania, rozwój i próby kliniczne szczepionek opartych na peptydach”, omawiamy kluczowe aspekty opracowywania szczepionek peptydowych, w tym wybór epitopów i projektowanie szczepionek, metody koniugacji i adiuwantów, równowagę między przeciwciałami i Odporność limfocytów T i projektowanie badań klinicznych.

PROJEKTOWANIE SZCZEPIONEK PEPTYDOWYCH I WYKORZYSTANIE EPITOPÓW

Kluczowym punktem wyjścia do projektowania szczepionek peptydowych jest wybór epitopów, które stymulują odporność humoralną i/lub komórkową T. Istnieje kilka sposobów identyfikacji epitopów.

Nakładające się peptydy syntetyczne

Jiang i in. wykorzystali nakładające się syntetyczne peptydy pokrywające sekwencję docelową jako bibliotekę do badań przesiewowych. W tym przypadku uzyskali antysurowice od świń lub myszy immunizowanych domeną wiążącą receptor SARS-CoV-2 (RBD). Surowice odpornościowe inkubowano z nakładającymi się peptydami pokrywającymi RBD w celu zidentyfikowania tych niosących epitopy komórek B. Następnie autorzy wykazali, że peptydy te same w sobie były immunogenne i zdolne do stymulacji przeciwciał neutralizujących. Jednak oczywistym zastrzeżeniem w stosowaniu tego nakładającego się podejścia peptydowego jest to, że pominie ono niesekwencyjne epitopy konformacyjne, które mogą odgrywać ważną rolę w neutralizowaniu celów (8).

Algorytm komputerowy/baza danych

Epitopy można przewidzieć za pomocą oprogramowania komputerowego. Gong i in. wybrali swoje potencjalne ograniczone do HLA-DR1 epitopy limfocytów T ukierunkowane na gruźlicę z Immune Epitope Database (IEDB, https://www.iedb.org/), które następnie zweryfikowali za pomocą testu ELISPOT. Zamiast używać połączonych peptydów jako szczepionki, wytworzyli rekombinowany poliepitop, w którym odpowiednie peptydy były połączone elastycznym łącznikiem (GGGGS). U humanizowanych myszy szczepionka poliepitopowa generowała silną odporność komórkową, która chroniła myszy przed zakażeniem gruźlicą. Oczywistą zaletą łączenia epitopów w ten sposób (w porównaniu z zastosowaniem połączonych peptydów) jest to, że istnieje tylko jeden produkt, co znacznie upraszcza kontrolę jakości podczas produkcji i zgodność z przepisami.

Neoantygeny: sekwencjonowanie plus algorytm komputerowy

Szczepionki przeciwnowotworowe zależą od identyfikacji specyficznych dla nowotworu neoantygenów, które mogą być celem szczepionek opartych na peptydach. Chen i in. połączył sekwencjonowanie nowej generacji (NGS) z bioinformatyką i algorytmami przewidywania epitopów w celu zaprojektowania spersonalizowanych szczepionek peptydowych. Szczepionki zaprojektowane w ten sposób zostały przetestowane na siedmiu pacjentach z rakiem trzustki z obiecującymi wynikami (patrz sekcja dotycząca badań klinicznych poniżej).

Przetworzone patogeny

Nowe podejście do mapowania epitopów opisali D'haeseleer i in. Autorzy uzyskali antysurowice od myszy, które zostały immunizowane patogenem. Surowice odpornościowe sprzężono z kulkami, które inkubowano z trypsynizowanym patogenem jako biblioteką peptydów. Peptydy zatrzymane przez kulki były następnie eluowane i identyfikowane za pomocą spektroskopii masowej. Zwalidowali zidentyfikowane w ten sposób epitopy dla dwóch patogenów bakteryjnych (Francisella tularensis i Burkholderia pseudomallei) i wykazali, że są one immunogenne. Co ciekawe, porównali swoje podejście z komputerowym mapowaniem epitopów i stwierdzili, że jest ono bardziej skuteczne w identyfikowaniu epitopów potwierdzonych eksperymentalnie, mimo że niektóre epitopy wybrane komputerowo dawały wyższe wyniki in silico. Jednak koniecznym ograniczeniem tego podejścia jest to, że pominie ono epitopy, które niosą miejsce cięcia trypsyną.

Rekombinowane nakładające się peptydy

Zhang i in. zastosowali rekombinowane nakładające się peptydy (ROP) z wirusa brodawczaka ludzkiego (HPV) typu 16 E7 (ROP-HPV{3}}E7) jako czynnik stymulujący limfocyty T. Nakładające się peptydy pozwalają uniknąć problemu granic i dlatego muszą zawierać wszystkie możliwe epitopy komórek T dla różnych fenotypów MHC. W rezultacie stymulują szeroką odporność limfocytów T. Ponieważ ROP są wytwarzane jako pojedynczy produkt białkowy w E.coli, korzystają z prostego procesu produkcyjnego i oferują stosunkowo prostą ścieżkę od rozwoju przedklinicznego do zatwierdzenia przez organy regulacyjne.

KONJUGACJA I ADJUWANT SZCZEPIONEK PEPTYDOWYCH

Oprócz epitopów zdolnych do stymulacji komórek B, komórek T CD4 plus i CD8 plus, szczepionki peptydowe wymagają silnych adiuwantów do stymulacji wrodzonej odporności. Rossiego i in. opisują wyniki dla szczepionek opartych na peptydzie penetrującym komórki niosącym epitopy komórek T HPV lub albuminy jaja kurzego (OVA) w połączeniu ze stymulatorem agonisty genu interferonu gamma (STINGa) jako adiuwantem do wywołania silnej wrodzonej odpowiedzi zapalnej. Ta strategia stymulowała zarówno odpowiedzi komórek T CD8 plus, jak i Th1 CD4 plus, jednocześnie hamując odpowiedź Treg. Szczepionka była skuteczna w przedłużaniu przeżycia u myszy zaszczepionych nowotworem TC-1.

Calzasa i in. opisują preparat szczepionki zawierający słabe, ale konserwatywne antygeny wirusa grypy w połączeniu z nanorurką zawierającą elementy syncytialnego wirusa oddechowego. To „nanorurowanie” stymuluje wrodzoną odporność – prawdopodobnie poprzez TLR5. Szczepionka jest podawana drogą śluzówkową i wywołuje silną humoralną i komórkową odpowiedź immunologiczną. Szczepionka chroniła myszy (ale nie kurczaki) przed wirusami.

BADANIA KLINICZNE SZCZEPIONEK PEPTYDOWYCH

Trzy z powyższych artykułów dotyczyły badań klinicznych. Dwa z nich dotyczyły infekcji HPV i oba pokazują znaczenie odporności limfocytów T w odzyskiwaniu i usuwaniu wirusa. Shibata i in. szczegółowo opisują jeden przypadek wyłaniający się z badania klinicznego fazy I ich szczepionki peptydowej (PepCan). Pacjentka z śródnabłonkową zmianą płaskonabłonkową szyjki macicy o wysokim stopniu złośliwości otrzymała cztery dawki szczepionki peptydowej w 4-tygodniowych odstępach. Podczas gdy poziomy cytokin Treg i Th2 pozostały niezmienione, poziomy cytokin Th1 znacznie wzrosły. Po dwunastu tygodniach (koniec obserwacji) zmiana śródnabłonkowa całkowicie zniknęła, potencjalnie z powodu tej wzmocnionej odpowiedzi komórek T. Ponadto, stosując sekwencjonowanie pojedynczych komórek, autorzy wykazali specyficzną ekspansję klonalną limfocytów T CD3 plus systemowo i w miejscu uszkodzenia.

W drugim kohortowym badaniu klinicznym związanym z HPV Zhang i in. obserwowali 131 pacjentów zakażonych HPV{2}} przez 12 miesięcy i stwierdzili, że odporność komórek T specyficzna dla HPV jest ważna dla eliminacji wirusa.

W końcowym raporcie z badania klinicznego Chen i in. zbadali bezpieczeństwo i immunogenność szczepionki opartej na neoantygenie u siedmiu pacjentów z rakiem trzustki. Autorzy wykazali, że szczepionka była bezpieczna i indukowała zarówno odpowiedzi limfocytów T CD4 plus, jak i CD8 plus. Jeden pacjent wykazujący znaczną ekspansję reaktywnego klonu limfocytów T przeżył 21 miesięcy, znacznie dłużej niż oczekiwana średnia 6-miesięczna dla pacjentów w tym stadium choroby.

WNIOSEK

Szczepionki przeciwko chorobom zakaźnym do tej pory okazały się znacznie skuteczniejsze niż szczepionki przeciwko nowotworom, głównie dlatego, że patogeny są obce i stanowią znacznie większy cel immunologiczny, który stymuluje silną odporność wrodzoną, humoralną i komórkową. Niemniej jednak dokonano znacznego postępu w identyfikacji antygenów innych niż obce patogeny, np. neoantygenów i antygenów związanych z nowotworem (TAA), które można wykorzystać w technologii szczepionek, zwłaszcza przy użyciu szczepionek peptydowych. Postępy te, wraz z ostatnimi osiągnięciami w zastosowaniu klinicznym środków doszpikowych, oferują perspektywę spersonalizowanych terapii skojarzonych, które mogą być przełomowe w leczeniu wielu nowotworów.

Należy zauważyć, że artykuły naukowe zebrane na ten temat badawczy są w dużej mierze skoncentrowane na projektowaniu szczepionek peptydowych. Aby zapoznać się z granicznym spojrzeniem na szczepionki peptydowe, zwłaszcza peptydowe szczepionki przeciwnowotworowe, patrz artykuł przeglądowy Stephensa i in.

AUTORSKIE WKŁADY

SJ, MG i XNX zredagowali ten artykuł. Wszyscy autorzy przyczynili się do powstania artykułu i zatwierdzili przesłaną wersję.

FINANSOWANIE

Innovate UK finansuje SJ, numery grantów 104992 i 133783, oraz granty z CBI i Oxford Vacmedix UK, Ltd. MG jest wspierany przez chiński Narodowy Program Finansowania Nauk Przyrodniczych (81771221, 81870967 i 82071384). Fundatorzy nie byli zaangażowani w projektowanie badań, gromadzenie, analizę, interpretację danych, pisanie tego artykułu ani decyzję o przesłaniu go do publikacji.

Konflikt interesów:

SJ i XNX są założycielami lub konsultantami firmy Oxford Vacmedix UK Ltd, która opracowuje szczepionki na bazie peptydów.

Pozostały autor oświadcza, że ​​badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Uwaga wydawcy:

Wszystkie roszczenia wyrażone w tym artykule są wyłącznie roszczeniami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają roszczenia ich stowarzyszonych organizacji lub wydawcy, redaktorów i recenzentów. Żaden produkt, który może być oceniany w tym artykule, lub roszczenie, które może zostać złożone przez jego producenta, nie jest gwarantowane ani zatwierdzone przez wydawcę.

For more information:1950477648nn@gmail.com