Спорозоиты малярийного плазмодия для производства вакцины можно выращивать in vitro

Глобальная техническая стратегия ВОЗ по борьбе с малярией на 2016–2030 гг. предполагает 90%-ную элиминацию болезни к 2030 году не менее чем в 35 странах и предупреждение повторного появления малярии во всех странах свободных от малярии. Несмотря на миллиардные инвестиции (3-4 млрд долларов ежегодно), прогресс в борьбе с малярией замедлился, в том числе из-за проблем, вызванных пандемией COVID-19. Населению эндемичных по малярии стран рекомендуются применение обработанных инсектицидом противомоскитных сеток, профилактическая химиотерапия младенцев и беременных, а также противомалярийная вакцина RTS,S/AS01 (Mosquirix) британской компании GlaxoSmithKline. RTS,S/AS01 содержит рекомбинантный белок плазмодия. Однако эффективность этой вакцины невысока, а профилактические препараты на основе моноклональных антител остаются дорогостоящими. Необходимы более действенные и безопасные вакцины.

Как подчеркивают авторы статьи в Nature, единственные иммуногены, защитная эффективность которых против малярии превышает 90%, — это спорозоиты Plasmodium falciparum (PfSPZ) Спорозоиты — клетки плазмодия, которые образуются в организме комара и попадают в кровь человека при укусе. Эти клетки вводили участникам испытаний одновременно с противомалярийными препаратами, которые останавливали инфекцию, однако иммунный ответ успевал развиться. (Подробнее об этой разработке Sanaria на PCR.NEWS.) Другой вариант — как и в случае с вирусами и бактериями, использовать генетически измененные аттенуированные клетки плазмодия, не способные вызвать малярию (их развитие может быть остановлено в клетках печени, эритроциты они не будут инфицировать.) Но в любом варианте до сих пор приходилось выращивать спорозоиты в комарах, что не слишком удобно. В новой работе удалось провести весь цикл развития плазмодия без участия насекомых и подопытных приматов.

Напомним, что в цикле развития плазмодия есть половая и бесполая стадия, причем бесполая протекает по большей части в организме человека, а половая — в организме комара (подробнее в словаре). Чтобы воспроизвести все эти стадии in vitro, авторы сначала основывались на существующих экспериментальных методах. Они высевали половые клетки плазмодия на стекла, покрытые Матригелем, вместе с клетками дрозофилы. В этой среде развивалась зигота, из нее были получены in vitro спорозоиты Plasmodium falciparum (iPfSPZ).

Однако эта технология все же оставалась слишком сложной для промышленного производства. Кроме того, Матригель не удовлетворяет стандартам надлежащей медицинской практики (GMP), так как его получают из клеток саркомы крысы. Авторы пытались заменить клетки дрозофилы клетками кукурузной совки, Матригель — коллагеном (но когда частично очищенные iPfSPZ, выращенные на коллагене, ввели мышам, все мыши умерли в течение двух дней, возможно, из-за частиц коллагена, присутствующих в препаратах). Пробовали также безматричный подход — выращивание спорозоитов только в питающих клетках.

Дальнейшее развитие паразита происходило в культуре клеток печени (гепатоцитов) или в организме мышей с гуманизированной печенью; животным вводили внутривенно спорозоиты и через 6–7 суток — эритроциты человека, в которых паразит мог продолжить развитие. В культуре гепатоцитов инфекционность iPfSPZ была такой же, как у спорозоитов, выращенных в комарах (mPfSPZ). Однако плотность паразитов в печени животных при инфекции iPfSPZ оказалась ниже, чем при инфекции mPfSPZ. Тем не менее в крови инфицированной мыши появились гаметоциты, способные образовывать зиготу; цикл развития, проведенный без участия комаров, замкнулся. По мнению авторов, сниженная инфекционная способность iPfSPZ при изготовлении вакцин может быть расценена как преимущество: они фактически являются аттенуированными.

Авторы сравнили экспрессию мРНК в iPfSPZ и mPfSPZ с помощью РНК-секвенирования, также использовали количественную ОТ-ПЦР и иммуноблоттинг для оценки экспрессии важных антигенных белков. Паттерны экспрессии несколько изменились при выращивании in vitro (хотя на результаты могло повлиять присутствие клеток дрозофилы), экспрессия антигенов снизилась. Этому соответствовала и несколько пониженная иммуногенность iPfSPZ по сравнению с mPfSPZ: у иммунизированных мышей был слабее Т-клеточный ответ на антиген плазмодия в печени. Однако снижение было незначительным. Предварительные данные также говорят о том, что у животных, иммунизированных iPfSPZ, было меньше антител, менее разнообразен их репертуар.

Согласно предположению авторов, измененная экспрессия генов и менее успешное превращение зигот в спорозоиты in vitro может быть следствием нехватки веществ, необходимых для биогенеза мембран (в организме комара эти вещества образуются при переваривании эритроцитов), а также отсутствием внеклеточных белков комара, регулирующих развитие паразита. Исследователи надеются оптимизировать процесс и наладить недорогое крупномасштабное производство спорозоитов малярийного плазмодия как сырья для эффективной вакцины.