Microbiologie in hapklare porties
No needle, no cry: intranasaal SARS-CoV-2 vaccin
De wereldwijde COVID-19 pandemie, veroorzaakt door het SARS-CoV-2 virus, heeft een dramatische impact gehad op de lichamelijke en geestelijke gezondheid van mensen en op de economie. Op dit moment vereist een volledige vaccinatie tegen SARS-CoV-2 meerdere invasieve injecties en biedt immuniteit voor een duur van hooguit 6 maanden. Bovendien treffen de verwoestende effecten van de pandemie niet iedereen in gelijke mate. Factoren zoals rijkdom, geslacht, opleiding en ras spelen een grote rol in hoe mensen over de hele wereld de gevolgen van de pandemie ervaren.
Ondanks bewezen voordelen is vaccinatie nog steeds een groot wereldwijd probleem. Wetenschappers ontwikkelen nieuwe immunisatiemethoden om een aantal van de hierboven beschreven problemen te overwinnen. Om te begrijpen hoe, is het belangrijk om de basisprincipes te kennen van hoe virussen ons lichaam binnendringen en hoe vaccinaties er immuniteit tegen bieden.
Virussen, het immuunsysteem en vaccins
Wanneer ziekteverwekkers, zoals virussen, ons infecteren, is het aangeboren immuunsysteem onze eerste verdedigingslinie (zie hier voor meer informatie over het aangeboren immuunsysteem). Als het virus echter niet kan worden aangepakt door het aangeboren immuunsysteem, wordt het adaptieve immuunsysteem geactiveerd. Het lichaam heeft tijd nodig om het adaptieve immuunsysteem te activeren en in te zetten. Maar als het eenmaal actief is, produceert het specifieke antilichamen (immunoglobulinen) die zich richten op de virale indringer en deze elimineren.
Vaccins bevatten meestal een inactieve vorm of slechts een deel van het virus (een antigeen genoemd) dat een virusinfectie simuleert, maar zonder echt gevaar. Het adaptieve immuunsysteem wordt gestimuleerd om specifieke antilichamen tegen het antigeen aan te maken. Als de gevaccineerde persoon vervolgens in contact komt met het echte virus, heeft zijn immuunsysteem al antilichamen tegen dat virus en kan de immuunrespons de bedreiging snel elimineren.
Virussen dringen ons lichaam meestal binnen via onze epitheelmembranen. Voorbeelden hiervan zijn de slijmvliezen van de luchtwegen of het maagdarmkanaal. Als het virus het epitheelmembraan kan passeren, kan het andere weefsels binnendringen en via de bloedsomloop door het lichaam circuleren.
Geen naald, geen pijn
In het huidige onderzoek gebruiken de wetenschappers een sterk geconserveerd deel van het spike-eiwit van het virus als antigeen. Normaal gesproken zorgt het spike-eiwit ervoor dat het virus zich hecht aan en binnendringt door epitheliale (buitenste) membranen. Het antigeen wordt in het lichaam van de patiënt gebracht met behulp van een stam van Lactococcus lactis die is ontworpen om het antigeen tot expressie te brengen. L. lactis is veilig en wordt al gebruikt voor immuuntherapieën vanwege zijn status als een algemeen als veilig beschouwd organisme (GRAS) en zijn vermogen om de zware omstandigheden van het menselijk lichaam te overleven, die nodig zijn om de vaccinbehandeling toe te dienen.
De antigeen-expressie cellen van L. lactis worden oraal (via de mond) of nasaal (via de neus) toegediend aan muizen. Deze twee methoden vertegenwoordigen verschillende manieren waarop virussen meestal het menselijk lichaam binnendringen. Deze methode is volledig niet-invasief en maakt invasieve injecties met naalden overbodig.
In het onderzoek worden drie doses van het vaccin toegediend aan de muizen over een periode van 56 dagen, waarna de muizen worden opgeofferd voor het verzamelen en analyseren van monsters. De behandeling en de toedieningsmethode worden vervolgens geanalyseerd om te zien welke behandeling de meest effectieve immuunrespons oplevert. Voor elke conditie krijgt een aparte groep muizen L. lactis-cellen toegediend die niet in staat zijn om het antigeen tot expressie te brengen: deze groep fungeert als negatieve controle (belangrijk om te onthouden voor later).
Intranasale/ orale vaccins stimuleren een immuunrespons
De efficiëntie van de immuunrespons wordt gemeten aan de hand van de veranderende concentraties van twee belangrijke immuuncomponenten:
- Antilichamen (immunoglobulinen) types IgG en IgA, die worden geproduceerd en uitgescheiden door B-cellen en,
- B-cellen die CD138 tot expressie brengen (CD138+) – B-cellen worden geactiveerd om antilichamen te produceren en uit te scheiden.
IgG is het meest voorkomende type antilichaam en vormt de meerderheid van de antilichamen in de bloedsomloop, terwijl IgA voornamelijk wordt geproduceerd door epitheelcellen en wordt aangetroffen in de mucosale vloeistof.
56 dagen na de eerste vaccinatie stelden de onderzoekers vast dat de concentraties van zowel IgG als IgA significant toenemen als reactie op de behandeling, ongeacht of deze oraal of nasaal werd toegediend. Dit wijst op een succesvolle stimulatie van de antilichaamproductie in zowel de bloedsomloop als in de epitheliale membranen, ongeacht de toedieningsmethode.
Interessant is dat de CD138+ celpopulaties van de darmen significant toenemen bij nasale toediening, maar niet bij orale toediening. Aangezien expressie van CD138+ op het oppervlak van B-cellen duidt op B-celrijping en antilichaamproductie, impliceert dit dat nasale toediening effectiever is.
Naast het meten van de concentraties IgG, IgA en CD138+ B-cellen, keken de onderzoekers ook naar de populaties CD4+ en CD8+ T-cellen in de darmen en lymfeklieren, die significant waren toegenomen. Dit is een andere belangrijke indicator dat immunisatie de effectieve productie van antilichamen bevordert.
Deze resultaten zijn veelbelovend, hoewel de auteurs opmerken dat hun negatieve controle ook een laag niveau van IgG/IgA-productie liet zien. Desondanks geeft de proof-of-concept-studie een positief vooruitzicht voor een nieuw type vaccinatie.
De toekomst van intranasale vaccins
Het intranasale vaccin is veelbelovend als immuuntherapie. Het vaccin stimuleert met succes de productie van antilichamen (de markers van een actieve adaptieve immuunrespons) in een muismodel van infectie.
Het gebied van het virale spike-eiwit dat in dit onderzoek is gebruikt, is zeer goed geconserveerd, wat betekent dat het vaccin effectief kan zijn tegen andere stammen van hetzelfde virus en mogelijk ook tegen andere virussen – hoewel dit nog moet worden getest.
De intranasale toediening van het vaccin (via een veilige L. lactis-stam die het virale antigeen tot expressie brengt) omzeilt de noodzaak van invasieve injecties. Intranasale toediening zorgt ook voor een snellere en effectievere barrière, omdat het vaccin direct wordt toegediend op de plaats waar het virus het lichaam binnendringt, zoals blijkt uit de specifieke stimulatie van slijmvlies-IgA.
Toekomstige pandemieën kunnen mogelijk worden voorkomen door gebruik te maken van een veilige, niet-invasieve neusspray, zoals werd aangetoond in deze proof-of-concept studie.
Featured image: Original image by author using Adobe Illustrator.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 