Revolucionarno cijepljenje kremom umjesto iglom

Zamislite svijet u kojem je cjepivo krema koju utrljate na kožu umjesto igle koju vam u kožu ili mišić zabija zdravstveni djelatnik. Kamo sreće ako je to cjepivo potpuno bezbolno i ne prate ga temperatura, oteklina, crvenilo ili bol u ruci.

Zahvaljujući pripitomljavanju bakterijske vrste koja se nalazi na koži svih ljudi na Zemlji od strane istraživača Sveučilišta Stanford, ta bi vizija mogla postati stvarnost.

"Svi mi mrzimo igle", rekao je dr. Michael Fischbach, profesor  bioinženjeringa. "Nisam našao niti jednu osobu kojoj se ne sviđa ideja da je moguće injekciju zamijeniti kremom."

Koža je užasno mjesto za život, smatra Fischbach. "Nevjerojatno je suho, preslano za većinu jednostaničnih stvorenja i nema puno toga za jelo. Ne mogu zamisliti da bi itko želio živjeti tamo."

Ali nekoliko izdržljivih mikroba to naziva domom. Među njima je Staphylococcus epidermidis, općenito bezopasna bakterijska vrsta koja kolonizira kožu.

"Ove bube nalaze se na svakom folikulu dlake gotovo svake osobe na planetu", rekao je Fischbach.

Imunolozi su možda zanemarili naše bakterije koje koloniziraju kožu, jer se čini da one ne pridonose puno našem blagostanju, što se pokazalo pogrešnim. Posljednjih su godina Fischbach i njegovi kolege otkrili da imunološki sustav reagira mnogo agresivnije na S. epidermidis nego što je itko očekivao.

U studiji objavljenoj u časopisu Nature, Fischbach i njegovi kolege usredotočili su se na ključni aspekt imunološkog odgovora, proizvodnju antitijela. Ovi specijalizirani proteini mogu se držati specifičnih biokemijskih značajki napadačkih mikroba, često ih sprječavajući da uđu u stanice ili da nesmetano putuju kroz krvotok do mjesta na koja ne bi smjeli ići. Svaka molekula protutijela tipično cilja na određenu biokemijsku značajku koja pripada jednoj mikrobnoj vrsti ili soju.

Fischbach i postdoktorska znanstvenica  Djenet Bousbaine, glavna autorica studije, i njihovi kolege željeli su znati bi li imunološki sustav miša, čiju kožu inače ne kolonizira S. epidermidis, pokrenuo odgovor protutijela ako bi se tamo pojavio?

Početni pokusi, koje je izvela Bousbaine, bili su jednostavni: umočite štapić od vate u bočicu koja sadrži  S. epidermidis. Nježno utrljajte štapić na glavu normalnog miša bez potrebe za brijanjem, ispiranjem ili pranjem krzna, i vratite miša natrag u kavez. Uzmite krv u određenim vremenskim razdobljima tijekom sljedećih šest tjedana, kako biste otkrili je li imunološki sustav ovog miša proizveo protutijela koja se vežu na  S. epidermidis.

Odgovor antitijela miševa na S. epidermidis bio je šokantan, rekao je Fischbach. "Razine tih antitijela polako su se povećavale, zatim još malo i onda još više. Nakon šest tjedana dosegli su višu koncentraciju nego što bi se očekivalo od običnog cijepljenja i ostali su na tim razinama.

"Kao da su miševi bili cijepljeni", rekao je Fischbach. Njihov odgovor antitijela bio je jednako jak i specifičan kao da je reagirao na patogen.

"Čini se da se ista stvar prirodno događa kod ljudi", rekao je Fischbach. "Dobili smo krv od ljudskih darivatelja i otkrili da su njihove cirkulirajuće razine antitijela usmjerenih na S. epidermidis bile visoke kao bilo što protiv čega se rutinski cijepimo. Čini se da naš žestoki imunološki odgovor na te komenzalne bakterije koje se motaju s druge strane te izuzetno važne antimikrobne barijere koju nazivamo našom kožom nema svrhe."

Korak po korak, Fischbachov tim pretvorio je S. epidermidis u živo, plug-and-play cjepivo koje se može primijeniti lokalno. Saznali su da je dio S. epidermidisa koji je najodgovorniji za pokretanje snažnog imunološkog odgovora protein koji se zove Aap.

Ova velika struktura, pet puta veća od prosječnog proteina, strši iz stanične stijenke bakterije. Aap izaziva skok ne samo u antitijelima koja se prenose krvlju, a koja su imunolozima poznata kao IgG, već i drugim antitijelima, zvanim IgA, koja se nalaze na sluznicama naših nosnica i pluća.

"Respiratorni patogeni odgovorni za običnu prehladu, gripu i COVID-19 žele ući u naša tijela kroz naše nosnice. Normalna cjepiva to ne mogu spriječiti. Na posao kreću tek kada uzročnik uđe u krv. Bilo bi puno bolje spriječiti ga da uopće uđe."

Nakon što su identificirali Aap kao glavnu metu antitijela, znanstvenici su tražili način da ga pokrenu. Stoga su zamijenili gen koji kodira dio toksina tetanusa za fragment gena koji kodira komponentu koja se inače prikazuje u "lišću" ovog divovskog proteina nalik stablu.

Primijenili su nekoliko aplikacija tijekom šest tjedana. Miševi s bioinženjerskim S. epidermidisom, ali ne i ostali, razvili su iznimno visoke razine protutijela koja ciljaju na toksin tetanusa. Kad su istraživači miševima ubrizgali smrtonosne doze toksina tetanusa, svi su miševi kojima je davana prirodna S. epidermidis podlegli bolesti, dok su miševi koji su primili modificiranu verziju ostali bez simptoma.

Sličan eksperiment, u kojem su istraživači ubacili gen za toksin difterije umjesto onog za toksin tetanusa, također je izazvao masivne koncentracije antitijela usmjerenih na toksin difterije.

Znanstvenici su na kraju otkrili da još uvijek mogu dobiti odgovore antitijela koja spašavaju život kod miševa nakon samo dvije ili tri primjene.

Također su pokazali da prethodna prisutnost bakterije na koži tih miševa (kao što je tipično za ljude, ali ne i miševe) nije ometala sposobnost eksperimentalnog tretmana da potakne snažan odgovor antitijela. To implicira, rekao je Fischbach, da gotovo 100 postotna kolonizacija kože S. epidermidisom ne bi trebala predstavljati problem za upotrebu konstrukta kod ljudi.

"Sada znamo da djeluje kod miševa", rekao je Fischbach. "Sljedeće, moramo pokazati da djeluje na majmunima. To je ono što ćemo učiniti, a ako stvari budu išle dobro, očekujem da će ovaj pristup cijepljenju ući u klinička ispitivanja na ljudima u roku od dvije ili tri godine.

"Mislimo da će ovo raditi za viruse, bakterije, gljivice i jednostanične parazite", rekao je. "Većina cjepiva ima sastojke koji potiču upalni odgovor i čine da se osjećate pomalo bolesno. Ove 'bube' to ne rade. Očekujemo da nećete doživjeti nikakvu upalu".