Таблеточная вакцина предотвращает инфекции мочевыводящих путей у мышей
Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали вакцину против инфекций мочевыводящих путей (ИМП) в форме таблетки, которая быстро растворяется при помещении под язык. Новое лечение может стать простой и практичной альтернативой высоким дозам пероральных антибиотиков, которые в настоящее время являются стандартом лечения ИМП.
Результаты опубликованы онлайн 23 ноября в журнале Science Advances.
ИМП возникают, когда бактерии инфицируют уретру, мочевой пузырь, мочеточники или почки. Более половины всех женщин сталкиваются с ИМП, и они представляют значительный риск для пациентов, которым требуется катетер. Хотя ИМП часто вызывают боль и дискомфорт, при попадании инфекции в почки может произойти повреждение органов и даже сепсис.
Эти инфекции можно устранить с помощью пероральных антибиотиков, но некоторые пациенты сталкиваются с рецидивирующими ИМП, что требует длительного, повторного и иногда дорогостоящего применения антибиотиков. Такое длительное применение негативно влияет на микробиом пациента, поскольку антибиотики также убивают полезные бактерии, создавая среду для размножения устойчивых к антибиотикам бактерий. Сегодня многие штаммы бактерий, вызывающих ИМП, стали все более устойчивыми к нескольким антибиотикам, обычно используемым для лечения этих инфекций.
Чтобы решить эту проблему, группа исследователей, включая Джоэла Коллиера, профессора биомедицинской инженерии им. Теодора Кенни, и Шона Келли, выполнившего эту работу в качестве аспиранта в лаборатории Коллиера, разработала вакцину, которая может всасываться под языком и активирует ключевые иммунные клетки для точной атаки бактерий, вызывающих ИМП.
«Предыдущие исследования показывали, что лекарства, всасывающиеся через слизистую оболочку под языком, могут вызывать иммунный ответ, особенно в аналогичных слизистых оболочках по всему телу», — сказал Келли, ныне постдокторант Университета Джонса Хопкинса. «Это было важно, потому что одна из проблем при разработке вакцины от ИМП заключается в том, что необходимо вызвать иммунный ответ как в крови, так и в урогенитальном тракте, а внутримышечные инъекции обычно не вызывают сильных ответов в этих слизистых областях».
«Кроме того, существует множество препятствий для простой доставки вакцины. Часто требуется охлаждение, нужен обученный персонал для введения инъекции и такие материалы, как иглы», — сказал Келли. «Но метод доставки в виде таблетки предлагает решение многих из этих проблем. Её можно хранить при комнатной температуре без каких-либо проблем. Мы надеемся, что пациент сможет достать её из упаковки, положить под язык, и через несколько секунд она исчезнет, а пациент сможет продолжить свой день».
Преодоление слизистого слоя под языком — сложная задача, поскольку слизь предназначена для предотвращения проникновения крупных молекул, вирусов и других материалов в организм. Но лаборатория Коллиера специализируется на разработке биоматериалов, которые самоорганизуются в полезные структуры, такие как наночастицы, нановолокна и гели, которые можно настроить для активации ключевых клеток иммунной системы. Команда обнаружила, что они могут добавить к этим структурам модификации, устойчивые к слизи, что позволяет им легко проскальзывать через слизистый слой.
После определения необходимых сахаров и других структурных компонентов для быстрорастворимой таблетки, доставляющей вакцину, команда начала изучать, как конкретно нацелиться на бактерии, вызывающие ИМП.
«Шон определил определенные белки, которые часто встречаются в типе бактерий, называемом уропатогенной E. coli, которая вызывает большинство ИМП», — сказал Коллиер. «Это дало нам четкую мишень для атаки иммунных клеток».
Команда вплела белки E. coli в свои проникающие через слизь нановолокна. После всасывания этой структуры включенные бактериальные белки активируют иммунные клетки, давая им конкретные инструкции по уничтожению бактерий как в крови, так и в урогенитальном тракте.
«Эффективность вакцины, доставляемой в таблетках, была сопоставима с антибиотиками, и мы обнаружили, что ответ антител, вызываемый нановолоконными материалами, может быть очень долговечным, сохраняясь в течение всей жизни мыши, поэтому мы надеемся, что защита от ИМП будет столь же длительной», — сказал Коллиер. «Шон и команда также провели анализ микробиома и обнаружили, что нарушение микробиома кишечника у моделей мышей было значительно меньше, чем то, что мы наблюдаем при применении антибиотиков».
Команда продолжит совершенствовать свою модель, поскольку Коллиер и его коллеги хотят выяснить, можно ли использовать вакцину для минимизации или даже предотвращения рецидивов ИМП. Они также планируют изучить дополнительные модели заболеваний, где механизм доставки сублингвальной вакцины может быть особенно полезен. Многие из этих заболеваний, включая гонорею и хламидиоз, также затрагивают урогенитальный тракт и сталкиваются с проблемами устойчивости к антибиотикам.
Хотя команда была в восторге от результатов долгосрочной защиты от ИМП, они также оптимистично смотрят на новые возможности, открывающиеся с появлением сублингвальной вакцины в таблетках.
«Особенно после COVID становится ясно, что вакцины все больше будут частью нашей жизни, поэтому нам нужны более доступные вакцины, которые можно легко повторять», — сказал Коллиер.
«Современные вакцины, зависящие от постоянного охлаждения, требуют значительной инфраструктуры, которой нет в огромных частях мира. Технология таблеток может быть доставлена гораздо более равноправно, поскольку она позволяет избежать этой зависимости от охлаждения», — сказал Коллиер. «Если мы добьемся успеха, любой сможет получить вакцину, независимо от того, находится ли он рядом с крупной больничной системой или нет. До этой реальности еще далеко, но мы продолжаем работать в этом направлении».