گامی رو به جلو در جهت تولید واکسن جهانی آنفولانزا

هر سال واکسن آنفولانزا بر اساس جهش‌های ویروس تغییر می‌کند و حتی همان واکسن هم کاملا نمی‌تواند از افراد محافظت کند. پژوهشگران دانشگاه MIT و مؤسسه‌ی راگون MIT و هاروارد در حال کار روی راهبردهایی برای مبارزه با انواع ویروس‌ آنفولانزا هستند. آن‌ها در پژوهشی جدید نوعی واکسن را توصیف کردند که سیستم ایمنی را علیه بخش پروتئینی آنفولانزا تحریک می‌کند. این بخش به ندرت دچار جهش می‌شود؛ اما معمولا هدف سیستم ایمنی قرار نمی‌گیرد.

واکسن یادشده از نانوذراتی با پوشش پروتئین‌های آنفولانزا تشکیل شده است که تولید پادتن‌های مناسب را به سیستم ایمنی آموزش می‌دهند. پژوهشگرها با آزمایش روی موش‌ها ثابت کردند این واکسن می‌تواند پادتنی تولید کند که بخش پروتئینی ویروس را هدف قرار می‌دهد. به‌گفته‌ی آروپ کی چاکرابورتی، استاد مهندشی شیمی MIT:

این پروژه گامی رو به جلو در جهت تولید واکسن آنفولانزا است و پادتن حاصل از آن می‌تواند افراد را در برابر ویروس آنفولانزای فصلی ایمن کند.

اغلب واکسن‌های آنفولانزا ترکیبی از ویروس‌های غیرفعال این بیماری هستند. این ویروس‌ها با پوششی پروتئینی به‌نام هموگلوتین (HA) همراه هستند که به سلول‌های میزبان می‌چسبند. پس از واکسیناسیون، سیستم ایمنی، گروهی از پادتن‌ها را تولید می‌کند که پروتئین HA را هدف قرار می‌دهند. این پادتن‌ها همیشه به سر پروتئین HA می‌چسبند. این بخش از پروتئین به سرعت دچار جهش می‌شود. از طرفی بخش‌هایی از بدنه‌ی HA به ندرت جهش می‌کنند. به گفته‌ی لینگوود:

هنوز چشم‌انداز کاملی نداریم. به دلایلی، سیستم ایمنی ذاتا در تشخیص بخش‌های مختلف پروتئین‌ها عملکرد خوبی ندارد؛ اما در صورت هدفگیری مناسب، پادتن می‌تواند انواع مختلف آنفولانزا را بی‌اثر کند.

پژوهشگرها تلاش کردند به این پرسش پاسخ دهند که چرا سیستم ایمنی سر HA را هدف قرار می‌دهد نه بدنه‌ی آن و به جستجوی روش‌هایی برای تغییر تمرکز سیستم ایمنی روی بدنه‌ی پروتئینی ویروس پرداختند. چنین واکسنی می‌تواند پادتن‌های موسوم به «پادتن‌های خنثی‌کننده» را حذف کند. این پادتن‌ها معمولا به انواع ویروس‌های آنفولانزا واکنش نشان می‌دهند. این نوع واکسن می‌تواند به رقابت طراحان واکسن و ویروس‌های در حال جهش پایان دهد.

یکی از معیارهای شناخته‌شده برای هدفگیری سر HA، قرار گرفتن پروتئین‌های HA به‌صورت دسته‌های بسیار متراکم روی سطح ویروس است؛ بنابراین پادتن‌ها به‌سختی می‌توانند به بدنه‌ی آن‌ها دسترسی پیدا کنند و دسترسی به سر پروتئین آسان‌تر است. حالا پژوهشگرها مدلی محاسباتی توسعه دادند که به بررسی بیشتر «غلبه‌ی ایمنی» سر پروتئین‌ها کمک می‌کند. به گفته‌ی امیتایی:

ما فرض کردیم هندسه‌ی سطح ویروس، قابلیت کلیدی آن برای بقای است که از بخش‌های آسیب‌پذیر ویروس در برابر پادتن‌ها محافظت می‌کند.

پژوهشگرها با استفاده از روشی به‌نام شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به بررسی آثار هندسه بر غلبه‌ی ایمنی پرداختند. سپس فرآیندی به‌نام بلوغ آفینیتی پادتن را بررسی کردند. این فرایند زمانی رخ می‌دهد که سلول‌های B با ویروس (واکسن) روبه‌رو می‌شوند: در این شرایط مشخص می‌شود کدام پادتن‌ها در فرایند ایمنی پیروز خواهند شد.

روی سطح سلول B، پروتئین‌هایی به‌نام گیرنده‌های سلول B قرار دارند که با پروتئین‌های خارجی ترکیب می‌شوند. وقتی گیرنده‌ی سلول B پیوندی قوی با پروتئین HA برقرار می‌کند، سلول B فعال و به‌سرعت تکثیر می‌شود. این فرایند منجر به جهش‌‌های جدید گیرنده‌های سلول B می‌شود که برخی از آن‌ها دارای پیوندهایی قوی هستند. جهش‌های دارای پیوند قوی دوام می‌آورند؛ درحالی‌که جهش‌های ضعیف‌تر از بین می‌روند. در پایان این فرایند که یک الی دو هفته به طول می‌انجامد، مجموعه‌ای از سلول‌های B به وجود می‌آیند که پیوند عمیقی با پروتئین HA دارند. به گفته‌ی چاکروبورتی:

پس از ابتلا به مرور زمان، عملکرد پادتن‌ها در هدف قرار دادن آنتی‌ژنی مشخص بهبود خواهد یافت.

بر اساس شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، پس از واکسیناسیون، گیرنده‌های سلول B که دارای پیوندی قوی با بدنه‌ی HA هستند در طول فرایند بلوغ از رقابت عقب می‌مانند؛ زیرا نمی‌توانند مانند گیرنده‌های متصل به سر HA به‌راحتی به هدف خود برسند. پژوهشگرها از مدل کامپیوتری خود برای شبیه‌سازی فرایند بلوغ با واکسن نانوذره استفاده کردند؛ این واکسن در مؤسسه‌ی ملی سلامت توسعه یافت و حالا اولین فاز تست را پشت سر می‌گذراند. این ذره حامل پروتئین بدنه‌ی HM با تراکم پائین است. طبق مدل‌ها این ترکیب باعث سهولت دسترسی پادتن به پروتئین‌های بدنه می‌شود. این پروتئین‌ها Y-شکل هستند؛ به همین دلیل پادتن‌ها با هر دو بازو می‌توانند به آن‌ها متصل شوند. طبق شبیه‌سازی‌ها، پادتن‌هایی که بدنه‌ی پروتئین را هدف می‌گیرند در انتهای فرایند بلوغ بر دیگر پادتن‌ها پیروز می‌شوند.

پژوهشگرها از مدل محاسباتی خود برای پیش‌بینی نتیجه‌ی چند استراتژی مختلف واکسیناسیون استفاده کردند. یکی از استراتژی‌های نویدبخش، ایمنی‌سازی با بدنه‌ی HA ویروسی مشابه ویروس‌های قبلی است. در سال ۲۰۰۹ بسیاری از افراد سراسر جهان به ویروس جدید H1N1 مبتلا شدند.

می‌توان از نانوذره برای جلب توجه سیستم ایمنی به هدف‌های جهانی واکسن استفاده کرد. با تغییر تمرکز واکسن، پادتن مناسب تولید می‌شود که تحت شرایط دیگر به‌راحتی امکان‌پذیر نیست. همچنین در پژوهش‌های گذشته ثابت کردیم رسیدن به چنین واکنشی برای تمام انواع ویروس آنفولانزا مؤثر است.