Редакция: Изследвания, разработки и клинични изпитвания за ваксини на базата на пептиди

От изкореняването на едрата шарка до глобалния отговор на пандемията от COVID-19, ваксините са крайъгълен камък в борбата срещу инфекциозните заболявания при хората и добитъка от 18-ти век (1). Въпреки че е малко вероятно ваксините срещу COVID-19 да изкоренят болестта по начина, по който го направи ваксината срещу едра шарка, те се оказаха много ефективни за предотвратяване на смърт и хоспитализация, с огромни социални и икономически ползи (2). Сега има значителни изследователски усилия, инвестирани в изграждането на успеха на профилактичните ваксини при контролиране на инфекциозни заболявания чрез разработването на терапевтични ваксини за хронични заболявания като възпаление и рак. Тези подходи се основават на регулиране надолу или нагоре на имунни отговори за лечение на възпалително заболяване и съответно рак чрез разумен избор на епитопи, адюванти и начин на показване на имунната система. Въпреки че такива терапевтични ваксини са показали някои ранни обещания, все още не са налични търговски продукти.

Кликнете върху ползите за здравето от цистанче

Има шест категории ваксини, които се използват или са в процес на разработка: живи атенюирани ваксини, инактивирани ваксини, субединични ваксини, токсоидни ваксини, ваксини на базата на вирусни вектори и ваксини с нуклеинова киселина (ДНК или РНК) (3). Във всеки случай има множество примери за ваксини, одобрени за употреба от хора. Въпреки различните начини на доставяне на антигенния полезен товар в тези шест класа, общата им цел е да стимулират един или всички от следните типове имунни отговори: 1) вроден имунитет, 2) антитяло (хуморален) имунитет и 3) Т-клетъчен имунитет.

Базираните на пептиди ваксини са особен тип субединична ваксина, която обикновено се характеризира с фокус върху къси последователности, обхващащи единични епитопи, обикновено произведени чрез химичен синтез. Пептидните ваксини имат няколко предимства, включително по-добре дефинирани и по-специфични имунни отговори; добър профил на безопасност; просто производство и сравнително бързо разработване на лекарства (4). Освен това, последователностите на пептидните ваксини могат да бъдат превърнати в нуклеинови киселини, така че те лесно се превръщат в нуклеинови ваксини или ваксини, базирани на вектор. За да направят пептидните ваксини по-ефективни и подходящи за промишлено производство, се предлагат нови форми на ваксини на базата на пептиди извън единичния епитоп и химичния синтез, например синтетични дълги пептидни ваксини и рекомбинантни припокриващи се пептидни ваксини (5-7).

В тази колекция от единадесет статии за Frontiers in Immunology, озаглавена „Изследване, разработване и клинични изпитвания за ваксини на базата на пептиди“, ние покриваме ключови аспекти на разработването на пептидна ваксина, включително избор на епитоп и дизайн на ваксина, методи за конюгиране и адюванти, баланса между антитяло и Т-клетъчен имунитет и дизайн на клинични изпитвания.

ПРОЕКТИРАНЕ НА ПЕПТИДНИ ВАКСИНИ И ИЗПОЛЗВАНЕ НА ЕПИТОПИ

Ключовата отправна точка за дизайна на пептидни ваксини е изборът на епитопи, които стимулират хуморален и/или Т-клетъчен имунитет. Има няколко начина за идентифициране на епитопите.

Припокриващи се синтетични пептиди

Jiang и др. използва припокриващи се синтетични пептиди, покриващи целевата последователност като библиотека за скрининг. В този случай те са получили антисеруми от SARS-CoV-2 рецепторен свързващ домен (RBD) прасета или мишки. Антисерумите се инкубират с припокриващи се пептиди, покриващи RBD, за да се идентифицират тези, носещи В клетъчни епитопи. След това авторите показаха, че тези пептиди са имуногенни сами по себе си и способни да стимулират неутрализиращи антитела. Въпреки това, очевидно предупреждение при използването на този припокриващ се пептиден подход е, че той ще пропусне непоследователни конформационни епитопи, които могат да играят важна роля в неутрализиране на мишени (8).

Компютърен алгоритъм/база данни

Епитопите могат да бъдат предвидени от компютърен софтуер. Гонг и др. избраха техните потенциални HLA-DR1 ограничени, ТБ-насочени Т клетъчни епитопи от базата данни за имунни епитопи (IEDB, https://www.iedb.org/), които след това потвърдиха с помощта на анализ ELISPOT. Вместо да използват обединените пептиди като ваксина, те произведоха рекомбинантен поли-епитоп, в който съответните пептиди бяха свързани чрез гъвкав линкер (GGGGS). При хуманизирани мишки полиепитопната ваксина генерира силен клетъчен имунитет, който предпазва мишките от туберкулозна инфекция. Очевидното предимство на свързването на епитопи по този начин (пред използването на обединени пептиди) е, че има само един продукт, което значително опростява контрола на качеството по време на производството и съответствието с нормативните изисквания.

Неоантигени: Секвениране плюс компютърен алгоритъм

Терапевтичните ваксини срещу рак зависят от идентифицирането на тумор-специфични неоантигени, които могат да бъдат насочени с ваксини на базата на пептиди. Чен и др. комбинирано секвениране от следващо поколение (NGS) с биоинформатика и алгоритми за прогнозиране на епитопи за проектиране на персонализирани пептидни ваксини. Ваксини, проектирани по този начин, са тествани при седем пациенти с рак на панкреаса с обещаващи резултати (вижте раздела за клинични проучвания по-долу).

Обработени патогени

Нов подход за картографиране на епитоп е описан от D'haeseleer et al. Авторите са получили антисеруми от мишки, които са били имунизирани с патоген. Антисерумите се конюгират в перли, които се инкубират с трипсинизирания патоген като пептидна библиотека. Пептидите, задържани от перлите, впоследствие се елуират и идентифицират чрез масспектроскопия. Те потвърдиха епитопи, идентифицирани по този начин за два бактериални патогена (Francisella tularensis и Burkholderia pseudomallei) и показаха, че те са имуногенни. Интересното е, че те сравняват своя подход с този на компютърно базирано епитопно картографиране и откриват, че е по-ефективен при идентифицирането на експериментално валидирани епитопи, въпреки че някои компютърно избрани епитопи дават по-високи in-silico резултати. Въпреки това, необходимо ограничение на подхода е, че той ще пропусне епитопи, които носят триптично място на разцепване.

Рекомбинантни припокриващи се пептиди

Джан и др. използва рекомбинантни припокриващи се пептиди (ROPs) от човешки папиломен вирус (HPV) тип 16 E7 (ROP-HPV16-E7) като Т-клетъчно стимулиращо средство. Припокриващите се пептиди избягват граничния проблем и следователно трябва да съдържат всички възможни Т-клетъчни епитопи за различни MHC фенотипове. В резултат на това те стимулират широк Т-клетъчен имунитет безразборно. Тъй като ROPs се правят като един протеинов продукт в E.coli, те се възползват от лесен производствен процес и предлагат сравнително лесен път от предклинично развитие до регулаторно одобрение.

КОНЮГАЦИЯ И АДЮВАНТ НА ​​ПЕПТИДНИ ВАКСИНИ

В допълнение към епитопи, способни да стимулират В клетки, CD4 плюс и CD8 плюс Т клетки, пептидните ваксини се нуждаят от силни адюванти за стимулиране на вродения имунитет. Роси и др. описват резултатите с ваксини, базирани на клетъчно проникващ пептид, носещ HPV или овалбумин (OVA) Т клетъчни епитопи, комбинирани със стимулатор на интерферон-гама ген агонист (STINGa) като адювант за предизвикване на мощен вроден възпалителен отговор. Тази стратегия стимулира както CD8 плюс, така и Th1 CD4 плюс Т клетъчните отговори, като същевременно инхибира Treg отговора. Ваксината е ефективна при удължаване на преживяемостта при TC-1 инокулирани с тумор мишки.

Калзас и др. описват формулировка на ваксина, съдържаща слаби, но запазени антигени от грипния вирус, комбинирани с нанокръстен, съдържащ елементи от респираторния синцитиален вирус. Това „нанорпръстен“ стимулира вродения имунитет – вероятно чрез TLR5. Ваксината се прилага през мукозния път и предизвиква силни хуморални и клетъчни имунни отговори. Ваксината предпазва мишки (но не и пилета) от вирусни предизвикателства.

КЛИНИЧНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ НА ПЕПТИДНИ ВАКСИНИ

Три от горните статии включват клинични проучвания. Две от тях са насочени към HPV инфекция и двете показват значението на Т-клетъчния имунитет при възстановяването и изчистването на вируса. Шибата и др. описват подробно един случай, произтичащ от фаза I клинично изпитване на тяхната пептидна ваксина (PepCan). Пациентът, който е имал високостепенна плоскоклетъчна интраепителна лезия на шийката на матката, е получил четири дози от пептидната ваксина на интервали от 4- седмици. Докато нивата на Treg и Th2 цитокини остават непроменени, нивата на Th1 цитокини се повишават значително. На дванадесет седмици (края на проследяването) интраепителната лезия е изчезнала напълно, потенциално поради този засилен Т-клетъчен отговор. Освен това, използвайки едноклетъчно секвениране, авторите показват специфична CD3 плюс Т клетъчна клонова експанзия системно и на мястото на лезията.

Във второто клинично кохортно проучване, свързано с HPV, Zhang et al. проследява 131 HPV16-инфектирани пациенти в продължение на 12 месеца и установява, че HPV-специфичният Т-клетъчен имунитет е важен за вирусния клирънс.

В окончателния доклад от клиничното изпитване Chen et al. изследва безопасността и имуногенността на ваксина, базирана на неоантиген, при седем пациенти с рак на панкреаса. Авторите показват, че ваксината е безопасна и индуцира както CD4 плюс, така и CD8 плюс Т клетъчни отговори. Един пациент, проявяващ значителна експанзия на реактивен Т клетъчен клонинг, оцелява 21 месеца, значително повече от очакваната 6-средна месечна стойност за пациенти с този стадий на заболяването.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Досега ваксините срещу инфекциозни заболявания се оказаха много по-успешни от ваксините срещу рак, основно защото патогените не са самостоятелни и представляват много по-голяма имунологична цел, която стимулира силен вроден, хуморален и клетъчен имунитет. Независимо от това, значителен напредък е постигнат в идентифицирането на антигени, различни от чужди патогени, например неоантигени и тумор-асоциирани антигени (TAA), които могат да бъдат използвани от технологията на ваксината, особено при използване на пептидни ваксини. Тези постижения, заедно с последните разработки в клиничното приложение на IO агенти, предлагат перспективата за персонализирани комбинирани терапии, които биха могли да бъдат трансформативни при лечението на много видове рак.

Имайте предвид, че научните статии, събрани по тази изследователска тема, са силно фокусирани върху дизайна на пептидни ваксини. За гранична гледна точка на пептидните ваксини, особено на пептидните ваксини срещу рак, вижте обзорната статия от Stephens et al.

АВТОРСКИ ПРИНОС

SJ, MG и XNX изготвиха тази статия. Всички автори допринесоха за статията и одобриха изпратената версия.

ФИНАНСИРАНЕ

Innovate UK финансира SJ, безвъзмездни средства 104992 & 133783 и от безвъзмездни средства от CBI и Oxford Vacmedix UK, Ltd. MG се подкрепя от китайската национална програма за финансиране на природни науки (81771221, 81870967 и 82071384). Финансиращите не са участвали в дизайна на проучването, събирането, анализа, интерпретацията на данни, написването на тази статия или решението да бъде изпратена за публикуване.

Конфликт на интереси:

SJ и XNX са основатели или консултанти на Oxford Vacmedix UK Ltd, която разработва ваксини на базата на пептиди.

Останалият автор декларира, че изследването е проведено при липса на търговски или финансови взаимоотношения, които биха могли да се тълкуват като потенциален конфликт на интереси.

Бележка на издателя:

Всички твърдения, изразени в тази статия, са само тези на авторите и не представляват непременно тези на техните свързани организации или тези на издателя, редакторите и рецензентите. Всеки продукт, който може да бъде оценен в тази статия или твърдение, което може да бъде направено от неговия производител, не е гарантирано или одобрено от издателя.

For more information:1950477648nn@gmail.com