Новый вычислительный метод может предсказать реакцию организма на вакцины
Новый вычислительный подход, разработанный в Мичиганском университете, может предсказать, как будут реагировать отдельные пациенты на вакцины.
В будущем это может привести к новым принципам разработки вакцин, которые учитывают индивидуальные особенности человека, что, возможно, позволит создать вакцины от ВИЧ и более эффективную защиту от гриппа.
«Люди различаются по количеству и типу антител, которые вырабатываются их организмом, – говорит Келли Арнольд, доцент кафедры биомедицинской инженерии Мичиганского университета и автор-корреспондент нового исследования, опубликованного в Cell Reports Medicine. – В зависимости от генетики, есть разные последовательности белков в вырабатываемых антителах и рецепторах иммунных клеток, которые заставляют их связываться по-разному. Эту ситуацию трудно понять исследователям на основе экспериментов. Вот почему эта вычислительная модель оказалась такой ценной. Мы можем создавать индивидуальные модели для разных людей, которые учитывают все эти факторы».
Вакцины могут работать двумя способами: путем посылки нейтрализующих антител для связывания инвазивного вируса и предотвращения заражения им клеток или путем активации врожденных иммунных клеток для атаки патогенов. Первый работает для относительно статичных вирусов, таких как корь. Но для таких вирусов, как ВИЧ и грипп, активация иммунных клеток может компенсировать тот факт, что антитела не всегда идеально подходят для вируса. Проблема в том, что тип и количество антител могут по-разному влиять на активацию иммунных клеток, как показало исследование.
«С быстро мутирующими вирусами, такими как ВИЧ и грипп, существует изменчивость как в вирусной популяции, так и в людях, которых она охватывает. Это означает, что для того, чтобы в одинаковой степени защитить всех людей от различных вирусных мутаций, нам потребуется множество возможных решений, которые могут быть подобраны с учетом состояния здоровья, пола, возраста и генетического фона любого конкретного человека. Вычислительные инструменты, подобные этому, будут иметь важное значение для ускорения поиска механизмов, которые могут быть реализованы для создания эффективных вакцин для всех». – говорит Мелисса Лемке, доктор медицинских наук, кандидат в области биомедицинской инженерии и ведущий автор статьи.
В модели Мичиганского университета использовались данные, полученные Мельбурнским университетом в ходе единственного на сегодняшний день испытания вакцины против ВИЧ с умеренной защитой. Модель исследовала образцы плазмы участников исследования – в основном образцы крови за вычетом эритроцитов – с учетом количества и типа антител, полученных после вакцинации.
Модель предсказала, что повышение уровня антител не активирует иммунные клетки у всех людей. В зависимости от исходного уровня антител и генетического фона субъекта, увеличение этих антител может привести к широкому спектру результатов: от пользы для одних пациентов до бездействия для других и потенциального снижения активации иммунных клеток у третьих.
Команда Мичиганского университета оценила 30 человек, участвовавших в исследовании, и выбрала восемь, чьи рецепторы иммунных клеток с наибольшей вероятностью связывались с антителами, индуцированными вакциной, и восемь с наименьшей вероятностью хорошо реагировали. Затем команда из Мельбурна провела эксперименты по добавлению антител и вирусов ВИЧ в образцы плазмы.
Когда антитело связывается с патогеном и иммунной клеткой, образование этого «иммунного комплекса» дает иммунной клетке сигнал уничтожить патоген. В образцах, взятых у участников исследования, которые, по прогнозам, должны были отреагировать, наблюдалось пятикратное-семикратное увеличение иммунных комплексов. У «неответчиков» же, напротив, наблюдалось только 1,3-кратное увеличение иммунных комплексов. Это показывает, что создание антител, которые хорошо связываются с вирусом, не обязательно достаточно, чтобы сделать вакцину эффективной – с антителами также должны быть способны связываться иммунные клетки.
Исследование финансировалось Мичиганским университетом, Австралийским национальным центром здравоохранения и медицинских исследований, Австралийским центром исследований вирусологии ВИЧ и гепатита и Американским фондом исследований СПИДа Матильды Крим.