По оценкам Американской ассоциации урологов, ежегодно во всем мире происходит 150 миллионов инфекций мочевыводящих путей (ИМП). Большинство из них лечатся антибиотиками, однако бактерии становятся все более устойчивыми к существующим препаратам. Особенно сложно дело обстоит с лечением рецидивирующих ИМП, которые чаще всего встречаются у пожилых женщин в постменопаузе. Каждая последующая инфекция все труднее поддается лечению из-за того, что бактерии приобретают устойчивость к антибактериальным препаратам. А без должного лечения ИМП могут привести к сепсису, который часто является фатальным.
Именно поэтому ученые задумались о вакцинации от рецидивирующих ИМП, как альтернативе антибиотикам. Однако создание вакцин против патогенных бактерий – непростая задача, поскольку бактерии значительно крупнее и сложнее вирусов.
Вакцины работают, вводя в организм небольшое количество убитых или ослабленных болезнетворных микробов или некоторых их компонентов. Эти антигены побуждают иммунную систему вырабатывать антитела, которые в последствии защищают организм при вторжении патогенов, вызывающих заболевание.
Выбор биологических компонентов для создания антигенов является одной из самых серьезных проблем при разработке вакцин. С одной стороны, взять часть бактерии или вируса безопаснее, но с другой использование всего возбудителя надежнее и предпочтительнее, ведь именно с целым патогеном организм встречается при заражении.
Вакцины с использованием цельноклеточных мертвых бактерий ранее не имели успеха, потому что их клетки, как правило, не сохранялись в организме достаточно долго, чтобы вызывать долгосрочные, устойчивые иммунные реакции. Однако исследователем из Техасского университета в Далласе недавно удалось решить эту проблему. Они продемонстрировали, что использование металлоорганических каркасов (MOF) для инкапсуляции и инактивации целых бактериальных клеток с целью создания «депо» позволяет вакцинам дольше оставаться в организме, чтобы вызвать полномасштабный ответ иммунной системы.
Металлоорганический каркас, разработанный учеными, инкапсулирует и иммобилизует отдельные бактериальные клетки в кристаллической полимерной матрице, которая не только убивает бактерии, но также сохраняет и стабилизирует мертвые клетки от воздействия высокой температуры, влаги и органических растворителей.
В экспериментах на мышах использование MOF привело к значительному увеличению выработки антител и значительно более высокой выживаемости по сравнению со стандартными методами приготовления цельноклеточной вакцины. Исследователи использовали уропатогенную кишечную палочку, которая вызывает около 80% всех внебольничных рецидивирующих ИМП.
Новая технология производства цельноклеточных вакцин, инкапсулированных в металлорганическую структуру, которая позволяет им оставаться в организме достаточно долго для того, чтобы вызвать устойчивый иммунный ответ, может использоваться не только для профилактики ИМП, но и других бактериальных инфекций, включая эндокардит и туберкулез. Сегодня ученые уже работают над тем, чтобы разработать вакцину от туберкулеза, который вызывают палочки Коха или Mycobacterium tuberculosis.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
Michael A. Luzuriaga, Fabian C. Herbert, Olivia R. Brohlin, Jashkaran Gadhvi, Thomas Howlett, Arezoo Shahrivarkevishahi, Yalini H. Wijesundara, Sundharamani Venkitapathi, Kavya Veera, Ryanne Ehrman, Candace E. Benjamin, Sarah Popal, Michael D. Burton, Molly A. Ingersoll, Nicole J. De Nisco, Jeremiah J. Gassensmith. Metal–Organic Framework Encapsulated Whole-Cell Vaccines Enhance Humoral Immunity against Bacterial Infection. ACS Nano, 2021; DOI: 1021/acsnano.1c03092
