Вместо укола: как учёные создают универсальную вакцину в виде назального спрея

— Каковы современные подходы к разработке комбинированных вакцин, и какие результаты уже достигнуты в исследовании?

 — В классическом понимании комбинированные вакцины — это одномоментное введение вакцин от разных инфекционных патогенов (как вирусной, так и бактериальной природы). Известный всем родителям пример — вакцина Пентаксим, которая содержит пять вакцин от дифтерии, столбняка, гемофильной инфекции, полиомиелита и коклюша. Или другой пример — комбинация корь-краснуха-паротит (MMR) — тоже смесь из трех отдельных вакцин. В этих случаях каждая вакцина готовится по своим технологическим регламентам, и в свое время прошла все необходимые клинические исследования, показавшие её высокую профилактическую эффективность. А ввиду того, что защитить детей в первые месяцы жизни необходимо сразу от большого числа инфекций, были разработаны комбинированные схемы вакцинации, при которых совместное введение вакцин не приводит к явлению интерференции, подразумевая, что комбинация вакцин работает также хорошо, как каждая вакцина по отдельности. Когда пришла пандемия COVID-19, и при этом стало понятным, что вирусы гриппа также никуда не делись, многие фармацевтические компании стали разрабатывать комбинированные вакцины от гриппа и COVID-19, используя различные вакцинные платформы. Чаще всего принцип такой же, как в приведенных выше примерах — когда отдельно производится вакцина от гриппа, а отдельно — вакцина от COVID-19, и потом они объединяются в одном флаконе для последующей вакцинации. Так были разработаны комбинированные вакцины на основе рекомбинантных вирусных белков, различных вирусных векторов, а также с использованием мРНК-технологии.

В нашем же проекте разрабатывался единый комбинированный препарат — когда в вакцинный штамм вируса гриппа встраиваются иммуногенные фрагменты коронавируса, и для производства комбинированной вакцины от двух инфекций задействуется только технология наработки вакцины от гриппа. В нашем проекте мы разработали такой вакцинный прототип, который обладает защитными свойствами против трех сезонных вирусов гриппа (А/H1N1, A/H3N2 и В) и от SARS-CoV-2, что было подтверждено в экспериментах на различных видах животных. Также с нашим индустриальным партнером — АО «БИОКАД» — была разработана технологическая платформа для производства вакцины на культуре клеток млекопитающих. Последующие клинические испытания такого комбинированного вакцинного препарата, произведенного по новым клеточным технологиям, позволят сделать вывод о его способности обеспечивать защиту у лиц различных возрастных групп от наиболее актуальных сезонных инфекций после однократной интраназальной иммунизации (вакцина вводится спреем в нос).

— Почему возникла необходимость в создании универсальной вакцины, такая вообще возможна? Это что-то типа универсальной «таблетки»?

Необходимость в создании универсальной вакцины возникает из-за постоянной эволюционной изменчивости РНК-содержащих вирусов, что приводит к возникновению новых вспышек заболеваний, и даже пандемий. Появление новых штаммов требует постоянной актуализации штаммового состава вакцин, и зачастую, пока новая вакцина готовится в лаборатории и проходит все стадии исследований, вирус успевает мутировать, и такая вакцина уже оказывается бессильной против следующего варианта вируса. В этом контексте универсальная вакцина, которая может защищать против широкого спектра вирусных штаммов, и которая не требует постоянного обновления, действительно, может стать аналогом универсальной «таблетки».

— Каковы основные достижения вашей команды в разработке универсальной вакцины, и как они могут повлиять на будущие пандемии?

В контексте нашей разработки бивалентной вакцины против гриппа и COVID-19 «универсальным» можно назвать «коронавирусный» компонент, поскольку в геном вакцинных штаммов вируса гриппа встраивались очень консервативные фрагменты генома SARS-CoV-2, и даже за пять лет после появления вируса в циркуляции в отобранных нами фрагментах практически не произошло изменений. Соответственно, иммунный ответ на эти участки будет оставаться эффективным и при смене геновариантов SARS-CoV-2 — в ситуации, когда стандартные вакцины, нацеленные на поверхностный Spike белок, уже утрачивают свою эффективность. Тут можно даже предположить, что в случае возникновения пандемии, вызванной появлением совсем нового варианта коронавируса, наша вакцина также сможет обеспечить определенный уровень защиты, поскольку в состав вакцинных штаммов включались участки, одинаковые у коронавирусов SARS-CoV-1, вызвавших вспышку атипичной пневмонии в Китае в 2003 году, и новых коронавирусов, появившихся в циркуляции только в 2019 году.

— Как вы оцениваете эффективность вакцины, которую разрабатываете?

Эпидемиологическую эффективность нашей вакцины можно будет оценить в масштабных клинических исследованиях, которые еще впереди. При этом из многочисленных экспериментов на животных (хомяки, хорьки, макаки резус) вакцина является эффективной, поскольку она формирует устойчивый иммунный ответ, который включает и гуморальное звено (то есть формируются антитела к трем штаммам вируса гриппа), так и клеточный иммунитет к эпитопам вируса гриппа и коронавирусу. Именно Т-клеточный иммунитет к эпитопам SARS-CoV-2 является основой для долгосрочного защитного действия вакцины в отношении COVID-19, поскольку Т-клетки памяти могут сохраняться в организме на протяжении десятков лет, как показали исследования вспышки SARS-CoV-1 в 2003 году.

— Как скоро такая вакцина появится для применения в мед практике?

Сроки появления вакцины в медицинской практике зависят от успешного завершения клинических испытаний и получения всех необходимых разрешений. Важно помнить, что качественная разработка может занять годы, но наша команда, совместно со специалистами нашего индустриального партнера АО «БИОКАД», активно работаем над ускорением этого процесса.

— Каковы основные вызовы, с которыми вы сталкиваетесь в своей исследовательской деятельности, и как их преодолеваете?

Пожалуй, основной вызов, с которым сталкиваются ученые-разработчики иммунобиологических препаратов сегодня — это недостаточное финансирование для оперативного внедрения разработок в медицинскую практику. Решить эти вопросы возможно только с привлечением к реализации проектов «квалифицированного заказчика» — т. е. индустриального партнера, производственные мощности которого позволят производить готовый продукт в необходимых объемах, чтобы обеспечить потребность в препарате для наиболее уязвимых групп населения РФ.

— Какие новые технологии или методы вы планируете использовать в своих исследованиях для улучшения иммунного ответа на вирусы?

В качестве будущих направлений в наших исследованиях можно упомянуть усовершенствование методов биоинформатического анализа для выбора целевых эпитопов различных вирусов человека, чтобы сформировать у привитого долгоживущий Т-клеточный иммунный ответ, способный защищать от широкого спектра геновариантов соответствующего вируса. Доставка эпитопов различных актуальных вирусов в респираторный тракт с помощью нашей векторной платформы может обеспечить комбинированную защиту от разных возбудителей ОРВИ уже после однократной интраназальной иммунизации. Кроме того, мы планируем усовершенствовать методы многопараметрического анализа для изучения иммунного ответа на новые вакцинные прототипы, что поможет обосновать создание более эффективных и безопасных вакцин.

— Какую роль играют Т-клетки в изучаемых вами вакцинах, и почему их активация важна для создания эффективного иммунного ответа?

Как уже указывалось выше, наша вакцина вызывает Т-клеточный иммунитет, он принципиально отличается от антител, на индукцию которых нацелено подавляющее число разрабатываемых вакцин от COVID-19. Т-клетки не нейтрализуют вирус, а убивают зараженную клетку. И активация именно Т-клеточного звена иммунитета является необходимой составляющей долгоживущего иммунного ответа на вакцины, т. к. формируется пул так называемых тканерезидентных Т-клеток памяти — это такие клетки, которые первыми встречают патоген во «входных воротах» инфекции и мгновенно активируются, вызывая каскад защитных иммунных реакций. А поскольку Т-клетки также являются долгоживущими, такое «патрулирование» входных ворот инфекции может продолжаться несколько лет, не требуя повторных иммунизаций.

— Как вы оцениваете тренды в разработке вакцин и иммунотерапий, которые появились за последние несколько лет?

Говоря о современных трендах в области разработки вакцин и других иммунотерапевтических препаратов, нельзя не упомянуть технологии мРНК-вакцин, которые продемонстрировали свою эффективность в борьбе с COVID-19, причем такие вакцины могут разрабатываться как средства профилактики инфекционных заболеваний, так и в качестве средства для подавления роста опухолей, поскольку технология мРНК позволяет целенаправленно доставлять в организм любой целевой антиген — будь то вирусный белок для индукции нейтрализующих антител, или опухолевый неоэпитоп для активации цитотоксических Т-клеточных реакций с целью уничтожения раковых клеток. Также актуальными остаются направления по созданию вакцин на основе рекомбинантных белков, которые нарабатываются в контролируемых системах экспрессии, и которые могут формировать вирусоподобные частицы (VLP). Такие вакцины стимулируют достаточно выраженный антительный и Т-клеточный ответ, и при этом не содержат вирусную РНК, т. е. не способны к самовоспроизведению — что повышает их безопасность. Наконец, не ослабевает интерес и к вакцинам на основе вирусных векторов, поскольку хорошо изученные лабораторные вирусы могут доставлять в организм человека любые целевые эпитопы, при этом обеспечивая их корректную презентацию иммунной системе для формирования максимально эффективного иммунного ответа.

— В каких направлениях вы видите наибольшие перспективы для научных открытий в области иммунологии в ближайшие годы?

Безусловно, будущие открытия в области иммунологии будут связаны с углубленным анализом профилей экспрессии генов в единичных клетках. Так, в настоящее время большинство исследований иммунного ответа связано с анализом клеточных субпопуляций — то есть анализируется огромное количество клеток в смеси. Среди которых обнаруживают те или иные фенотипические характеристики и определяют, какой процент клеток в лимфоидной ткани или барьерных органах реагирует экспрессией маркерных белков при стимуляции специфическим антигеном. Такие методы зачастую не позволяют выявить какие-то минорные клеточные популяции, и тут на помощь приходят современные технологии анализа единичных клеток — когда у каждой клетки в исследуемой смеси определяется профиль экспрессии огромного количества генов, и с помощью соответствующих методов анализа больших данных у ученых появляется максимально полная информация об этой клетке. Дальнейшие биоинформатические методики могут выявить такие закономерности в развитии иммунного ответа, которые невозможно определить никакими классическими рутинными методиками. Нет сомнений, что такие новые технологии в будущем откроют новые закономерности, например, при изучении влияния микробиома на иммунный ответ, при исследовании механизмов хронической инфекции и иммунного старения и т. п.

— Что вас вдохновляет на продолжение работы в области иммунологии и вирусологии, особенно с учетом трудностей, с которыми вы столкнулись за последние годы?

Действительно, несмотря на все трудности, с которыми сталкиваются ученые, наша научная группа отличается неуемным энтузиазмом, поскольку в мире иммунологии и вирусологии всегда было, есть и будет огромное количество белых пятен, связанных с пониманием тонких молекулярно-клеточных механизмов, лежащих в основе взаимодействия вируса с клеткой и развития иммунологических реакций на вторжение патогенов. И чем глубже мы начинаем понимать те или инфе процессы, тем больше открывается перспектив для направленного совершенствования противовирусных вакцин или химиопрепаратов, с целью расширения спектра их действия и одновременно — снижая вероятность развития нежелательных побочных явлений. И это осознание, что наши исследования могут непосредственно влиять на здоровье и безопасность миллионов людей, является мощным мотиватором для продолжения исследований, несмотря ни на какие трудности.

— Какие качества, по вашему мнению, наиболее важны для успешного ученого в вашей области, и как вы развивали эти качества в себе?

Наверное, можно выделить несколько ключевых качеств, которые позволяют ученым эффективно проводить исследования и достигать значительных результатов в нашей области медико-биологической науки. Во-первых, это страсть к научному познанию, стремление к пониманию природы тех процессов, которые лежат в основе выработки иммунного ответа на заражение вирусами и введение противовирусных вакцин. Без этого понимания сегодня невозможно создать новый эффективный и безопасный вакцинный препарат. Во-вторых, это критическое мышление, поскольку успешный ученый должен уметь объективно анализировать весь генерируемый объем информации, ставить под сомнение существующие теории и разрабатывать новые гипотезы. Развитие этого качества может происходить через участие в научных семинарах, чтение специализированной научной литературы и обсуждение данных с коллегами — как в России, так и за рубежом, поскольку вирусы не признают никаких границ. В-третьих, важную роль в жизни ученого играет настойчивость, поскольку далеко не каждый эксперимент может однозначно ответить на поставленный вопрос или привести к отрицательным разочаровывающим результатам, и вот успешный ученый умеет преодолевать все эти трудности и сохранять мотивацию, несмотря на неудачи. Наконец, настоящего успеха любой ученый может достичь, только работая в команде. Соответственно, очень важны эффективные коммуникационные навыки, особенно когда реализуются междисциплинарные научные исследования — в этом случае умение работать в команде, делиться идеями и принимать конструктивную критику — ключевые факторы успеха.

Все эти качества я также развивала в ходе становления своей карьеры ученого через участие в совместных научных проектах — как с российскими, так и с зарубежными коллегами, через обсуждение исследований с ведущими учеными и с теми, кто только начинает свой путь в науке, а также через публикацию научных статей и презентацию результатов на отечественных и международных конференциях и симпозиумах.

— Как вы находите баланс между научной работой и личной жизнью, особенно в период интенсивных исследований?

В данном случае очень важно правильно расставлять приоритеты и организовывать рабочее время таким образом, чтобы не забывать о домашних обязанностях, а также находить время для отдыха и увлечений. Безусловно, в жизни ученого случаются периоды интенсивных экспериментальных исследований, что требует определенных жертв в плане отдыха и общения с семьей. Тем не менее, правильная расстановка приоритетов помогает поддерживать здоровые отношения в семье, сохраняя при этом продуктивность в научной деятельности.

— Как современная наука использует данные большие объёмы информации и биоинформатику для создания эффективных вакцин?

Уже ни для кого не секрет, что в современных научных проектах для создания эффективных вакцин активно используются большие объемы данных и методы биоинформатики. Это стало особенно заметно в свете недавних эпидемий и пандемий, таких как COVID-19. Процесс создания таких вакцин включает в себя несколько ключевых этапов, на каждом из которых анализ данных и биоинформатические методы играют центральную роль. Так, в первую очередь необходимо собрать и проанализировать огромные массивы данных о геномах соответствующих патогенов, при этом современные технологии секвенирования ДНК и РНК позволяют быстро получать полные геномы вирусов и бактерий. Эти данные помогают ученым идентифицировать ключевые элементы патогенов, участвующие в его репликации или взаимодействии с иммунной системой хозяев, а разные биоинформатические подходы позволяют проводить сравнительный анализ геномов различных штаммов, что не только позволяет отслеживать мутации и оценивать возможные варианты вирусов, но и помогает разработчикам вакцин находить особо консервативные участки, которые могут выступать антигенами для создания вакцин широкого спектра действия.

Также для создания эффективных вакцин требуются знания о том, как иммунная система реагирует на инфекции. В этой связи также биоинформатические методы помогают моделировать иммунные ответы, предсказывая, какие антигены (вирусные белки) способны вызывать наиболее мощный иммунный ответ. На это указывают алгоритмы машинного обучения, которые анализируют существующие данные о взаимодействии антигенов и антител, предоставляя потенциальные цели для разработки вакцин.

Далее, когда идентифицированы потенциальные антигены-мишени для разработки вакцины, проводятся рутинные лабораторные манипуляции, пока еще не требующие обработки больших массивов данных, но уже на этапе доклинической и клинической оценки вакцинных кандидатов снова требуются биоинформатических инструментов для обработки и анализа результатов вакцинации в плане изучения взаимосвязи между введением вакцины и развитием поствакцинальных реакций, а также для углубленного изучения формирования всех звеньев адаптивного иммунного ответа.

— Как вы справляетесь с профессиональными вызовами и стрессом, связанным с высокой конкуренцией в научной сфере?

Действительно, в настоящее время практически каждый ученый испытывает определенный уровень стресса из-за высокой конкуренции в научной сфере, в первую очередь это касается написания грантовых заявок, где зачастую поддерживают не более 10% поданных заявок. Тут только один способ решения проблемы — не сдаваться ни при каких обстоятельствах и продолжать участвовать в конкурсах, принимая во внимание все высказанные экспертами замечания, постепенно доводя свою заявку до совершенства. Также немаловажным является поиск партнеров из других организаций с предложениями о проведении совместных научных исследований, при этом четко осознавая свои возможности, чтобы не блуждать бесцельно в большом количестве проектов и идей. Соответственно, справляться с профессиональными вызовами и стрессом, особенно в высококонкурентной научной среде, можно, устанавливая четкие цели и приоритеты, сосредотачиваясь на наиболее актуальных задачах — все это снизит чувство перегруженности и позволит лучше управлять своим временем.

— Какие советы вы бы дали молодым ученым, которые только начинают свою карьеру в научной среде?

В первую очередь, хорошо выполняйте свою работу — если взялись за что-то, доведите до конца. И при этом не отчаивайтесь при возможных неудачах, ведь зачастую процесс поиска причины того, что что-то не сработало, и приводит к более глубокому пониманию всего процесса в целом.

Также очень важно беречь свою научную репутацию, перепроверять свои результаты, не пытаться бездумно «подгонять» результаты экспериментов под определенную концепцию. Ведь вся цель научных исследований — это поиск истины, а не простое подтверждение или опровержение гипотез.

Никогда не упускайте возможностей — если есть даже небольшая вероятность получить поддержку вашего проекта, включиться в новую программу, обязательно надо пытаться и не опускать руки при первых же неудачах.

Болейте за свое дело — всегда будьте в курсе, над чем сейчас работают в мире, отслеживайте новые тренды в вашей дисциплине, не бойтесь начинать что-то совершенно новое!