วัคซีนป้องกันมาลาเรียที่ฝึกระบบภูมิคุ้มกัน “เหมือนในธรรมชาติ”

นักวิทยาศาสตร์ได้แยกส่วนการตอบสนองของแอนติบอดีต่อวัคซีน R21/Matrix-M ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ (ตามตัวอักษร) ซึ่งเป็นวัคซีนชนิดเดียวกับที่องค์การอนามัยโลกแนะนำให้ใช้ป้องกันโรคมาลาเรียในเด็ก พบว่าวัคซีนนี้ก่อให้เกิดแอนติบอดีที่เกือบจะเหมือนกับหลังการติดเชื้อตามธรรมชาติ และแอนติบอดีเหล่านี้มุ่งเป้าไปที่บริเวณสำคัญของโปรตีนหลักของปรสิต ( โปรตีนเซอร์คัมสปอโรซอยต์ หรือ CSP ) และสามารถยับยั้งการแทรกซึมของสปอโรซอยต์เข้าสู่เซลล์ได้ การวิเคราะห์แสดงให้เห็น "ลายเซ็นที่จดจำได้" ของชุดแอนติบอดี ได้แก่ ความเอนเอียงอย่างมากที่สนับสนุนยีน IGHV3-30/3-33 การกลายพันธุ์ที่น้อยที่สุด (กล่าวคือ การตอบสนองที่รวดเร็ว) และ — ข้อดีอีกอย่าง — คือการสามารถจำแนกไขว้ของเอพิโทปป้องกันเพิ่มเติมที่... ไม่มีอยู่ในวัคซีนเอง ซึ่งช่วยอธิบายประสิทธิภาพสูงของ R21 ในระยะเริ่มต้นของการติดเชื้อ การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Experimental Medicine

ความเป็นมาของการศึกษา

• ทำไมเราถึงต้องการวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ "มาลาเรีย" อีกล่ะ? มาลาเรียยังคงคร่าชีวิตผู้คนหลายแสนคนต่อปี ส่วนใหญ่เป็นเด็กๆ ในแอฟริกา ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2566 องค์การอนามัยโลกได้แนะนำวัคซีนสองชนิดสำหรับเด็ก ได้แก่ RTS, S/AS01 และ R21/Matrix-M แต่เพื่อให้วัคซีนมีความน่าเชื่อถือและใช้งานได้ยาวนานยิ่งขึ้น สิ่งสำคัญคือต้องรู้ไม่เพียงแต่ "จำนวนแอนติบอดี" เท่านั้น แต่ต้องรู้ด้วยว่าร่างกายสร้างแอนติบอดีชนิดใด และแอนติบอดีเหล่านั้นทำงานอย่างไรในการต่อต้านปรสิต
• RTS, S และ R21 มุ่งเป้าไปที่อะไรทั้งสองเป้าหมายนี้มุ่งเป้าไปที่เป้าหมายเดียวกันในระยะ "เริ่มต้น" ของปรสิต นั่นคือโปรตีน CSP บนพื้นผิวของสปอโรซอยต์ เป้าหมายคือการสกัดกั้นปรสิตก่อนที่มันจะเข้าสู่เซลล์ตับและเจริญเติบโต R21 ได้รับการออกแบบให้เป็น "เวอร์ชันปรับปรุง" ของ RTS, S: อนุภาคของ RTS, S ประกอบด้วยแอนติเจน CSP มากขึ้นและสารเสริมฤทธิ์ชนิดอื่น (Matrix-M)
• CSP มีบริเวณ "การทำซ้ำ" และบริเวณ "การเชื่อมต่อ " จุด "เหนียว" หลักของแอนติบอดีคือลำดับ NANP ที่ทำซ้ำ นอกจากนี้ยังมีจุดเชื่อมต่อของเอพิโทปที่บริเวณจุดเชื่อมต่อของบริเวณ CSP ต่างๆ ซึ่งสามารถถูกกระตุ้นได้อย่างรุนแรงเช่นกัน โมโนโคลนอลแอนติบอดีที่เป็นที่รู้จัก (เช่น CIS43) จะจดจำและทำลายสปอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• สิ่งที่ยังไม่ชัดเจนเรารู้ว่าระดับไทเตอร์ IgG เพิ่มขึ้นหลังจาก R21 และการป้องกันในการทดลองอยู่ในระดับสูง แต่แอนติบอดี “ภาพเหมือน” เบื้องหลังระดับไทเตอร์นั้นคืออะไร? มันคล้ายกับการตอบสนองหลังจากการติดเชื้อตามธรรมชาติหรือไม่? ยีนแอนติบอดีใดที่แพร่หลาย (เช่น ตระกูล IGHV3-30/3-33 ซึ่งพบได้บ่อยในแอนติบอดีต่อต้าน CSP)? และแอนติบอดีเหล่านี้สามารถกำหนดเป้าหมายข้ามกับเอพิโทปที่จุดเชื่อมต่อซึ่งไม่มีอยู่ในวัคซีนได้หรือไม่? คำถามเหล่านี้คือการปรับแต่งอย่างละเอียดที่จะกำหนดระยะเวลาและขอบเขตของการป้องกัน
• เหตุใด "การประลองทางเซรุ่มวิทยา" จึงมีความสำคัญในปัจจุบัน?วัคซีนได้ถูกรวมอยู่ในโครงการขนาดใหญ่แล้ว (เช่น การซื้อวัคซีนของ UNICEF และการส่งมอบวัคซีนไปยังประเทศต่างๆ ในแอฟริกา) ขั้นตอนต่อไปคือการออกแบบวัคซีน 2.0: มุ่งเน้นไม่เพียงแต่ระดับไทเทอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงแอนติบอดีชนิดป้องกันและเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจงด้วย การศึกษานี้จำเป็นต้องมีการศึกษาที่อธิบายองค์ประกอบ โครงสร้าง และหน้าที่ของโคลน ซึ่งบางครั้งอาจอยู่ภายใต้สภาวะการสัมผัสเชื้อมาลาเรียแบบควบคุม (CHMI) ซึ่งช่วยให้เข้าใจถึงสิ่งที่ทำให้ R21 มีประสิทธิภาพ และวิธีพัฒนาวัคซีนในอนาคต
• แรงจูงใจสุดท้ายของงานวิจัยนี้คือการวิเคราะห์การตอบสนองของแอนติบอดีต่อ R21/Matrix-M แบบ “ทีละขั้นตอน” ว่าเซลล์บีชนิดใดที่รวมอยู่ในเซลล์เหล่านี้ แอนติบอดีของพวกมัน “เจริญเติบโต” มากน้อยเพียงใด และครอบคลุมเอพิโทปใดจริง ๆ และเปรียบเทียบกับสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการติดเชื้อตามธรรมชาติ “พิมพ์เขียว” ดังกล่าวเป็นแผนงานสำหรับการปรับปรุงโครงการปัจจุบันและการสร้างวัคซีนมาลาเรียรุ่นต่อไป

สรุปสั้นๆ คือ วัคซีนมีอยู่แล้วและได้ผลจริง แต่เพื่อให้วัคซีนมีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีก เราจำเป็นต้องรู้ลักษณะเฉพาะของแอนติบอดีที่ยับยั้งปรสิตตั้งแต่ทางเข้า นี่คือช่องว่างที่การศึกษาใหม่นี้กำลังปิดลง

พวกเขาทำอะไรกันแน่?

• นักวิจัยนำผู้ใหญ่ที่ไม่เคยได้รับเชื้อมาลาเรีย 10 คน มาฉีดวัคซีน R21/Matrix-M และใช้เทคนิคขั้นสูง (เช่น การหาลำดับเบสของ BCR และการตรวจสเปกโตรมิเตอร์มวลแอนติบอดี Ig-seq) เพื่อตั้งชื่อ "ค็อกเทล" IgG ทั้งหมดให้กับบริเวณซ้ำของ NANP บน CSP ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของวัคซีน จากนั้นพวกเขาให้ผู้เข้าร่วมการทดลองได้รับการทดสอบมาลาเรียแบบควบคุม (CHMI) เพื่อทดสอบความคงทนของการตอบสนอง
• เราได้เปรียบเทียบ “คลังข้อมูล” ทางเซรุ่มวิทยาหลังการฉีดวัคซีนกับโปรไฟล์ที่ทราบหลังจากการติดเชื้อตามธรรมชาติ – ว่ามีความคล้ายคลึงกันมากน้อยเพียงใด? และได้นำโมโนโคลนอลแอนติบอดีที่แยกได้ (จากสายพันธุ์ IGHV3-30/3-33 ที่โดดเด่น) มาทดสอบทั้งในหลอดทดลองและในสัตว์ทดลอง

ผลการค้นพบที่สำคัญ

• เกือบจะ "เหมือนในธรรมชาติ" วัคซีนกระตุ้นแอนติบอดีชุดหนึ่งที่มีลักษณะสำคัญจนแทบแยกไม่ออกจากการตอบสนองหลังเกิดโรคมาลาเรียจริง นี่คือสิ่งที่เราต้องการจากวัคซีนที่ดี นั่นคือเป้าหมายที่ถูกต้องโดยไม่เสี่ยงต่อการเกิดโรค
• “เอกลักษณ์” ของชุดข้อมูล การตอบสนองของแอนติบอดีมีขั้วตรงข้าม: สายพันธุ์ IGHV3-30/3-33 โดดเด่น และระดับ “การเจริญเติบโตเต็มที่” ผ่านการกลายพันธุ์แบบโซมาติกมีน้อยมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ร่างกายสร้างแอนติบอดีที่ “ถูกต้อง” ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องปรับแต่งอย่างละเอียดเป็นเวลานาน ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการสกัดกั้นปรสิตในระยะเริ่มต้น ยิ่งไปกว่านั้น หลังจาก CHMI องค์ประกอบแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งบ่งชี้ถึงความเหมาะสมของการตอบสนองนี้ “ตามที่เป็นอยู่”
• ความประหลาดใจของจุดเชื่อมต่อ: แม้ว่า R21 จะกำหนดเป้าหมายการทำซ้ำของ NANP แต่แอนติบอดีบางตัวที่ผลิตได้นั้นสามารถจำแนกจุดเชื่อมต่อของ CSP ซึ่งเป็นบริเวณป้องกันอีกแห่งหนึ่งที่ขาดหายไปจากการออกแบบวัคซีน การทำเช่นนี้จะขยาย "โซนที่ถูกโจมตี" โดยไม่ต้องเพิ่มแอนติเจนใหม่
• พวกเขาไม่ได้ทำงานแค่บนกระดาษ พวกเขา "ขุด" ตัวแทนทั่วไป (mAb) จากคลังข้อมูล และแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถยับยั้งการบุกรุกของสปอโรซอยต์ในหลอดทดลอง และป้องกันการติดเชื้อปรสิตในสิ่งมีชีวิต ซึ่งหมายความว่า สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่แค่สเปกตรัมและกราฟที่สวยงามเท่านั้น แต่ยังมีฟังก์ชันอีกด้วย

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?

• คำอธิบายเชิงกลไกสำหรับประสิทธิผล R21/Matrix-M เป็นหนึ่งในวัคซีนป้องกันมาลาเรียสองชนิดที่องค์การอนามัยโลกแนะนำ ปัจจุบันมีความชัดเจนมากขึ้นว่าทำไมวัคซีนนี้จึงป้องกันได้ดีในระยะเริ่มแรก (เมื่อปรสิตเพิ่งเข้ามาทางยุงกัด) โดยแอนติบอดีจะโจมตีจุดที่อ่อนแอของ CSP ได้อย่างแม่นยำและเป็นกลุ่ม
• การนำทางสู่วัคซีนรุ่นต่อไป เราจะเห็นว่ายีนสายใดมีแนวโน้มที่จะ "เริ่มออกฤทธิ์" มากที่สุด ยีนเหล่านี้รู้จักเอพิโทปได้อย่างไร และจำเป็นต้องมีการกลายพันธุ์ในระดับใด ความรู้นี้สามารถนำไปใช้ในการออกแบบอิมมูโนเจน (รวมถึงในระยะอื่นๆ ของวงจรชีวิตของปรสิต)
• "ไม้บรรทัด" ทางเซรุ่มวิทยาในฐานะเครื่องมือ แนวทาง "เซรุ่มวิทยาเชิงโครงสร้าง" ซึ่งไม่เพียงแต่วัดระดับไทเทอร์ แต่ยังวิเคราะห์โคลนเฉพาะและโครงสร้างการจับยึดของโคลนเหล่านั้น กำลังกลายเป็นมาตรฐานใหม่ในการประเมินวัคซีน (และไม่เพียงแต่ป้องกันมาลาเรียเท่านั้น)

บริบทบางส่วนเกี่ยวกับ R21/Matrix-M

• เป็นอิมมูโนเจนชนิดรีคอมบิแนนท์ CSP ที่มีสารเสริมฤทธิ์ Matrix-M การทดลองพบว่าอัตราประสิทธิผลอยู่ที่ประมาณ 77% ในระยะเริ่มแรก ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์เป้าหมายของ WHO เป็นครั้งแรก WHO ได้แนะนำโปรแกรมสำหรับใช้ในเด็กในพื้นที่ที่มีการระบาดของโรคในช่วงปี พ.ศ. 2566-2567
• การศึกษาแบบคู่ขนานแสดงให้เห็นว่า R21 พัฒนาการป้องกันหลายระดับ ได้แก่ ไทเตอร์ IgG สูง (ส่วนใหญ่เป็น IgG1/IgG3) ความสามารถในการซ่อมแซมคอมพลีเมนต์ และการมีส่วนร่วมของตัวช่วย Tfh นั่นก็คือ ไม่ใช่ "ตัวเลขไทเตอร์เดียว" แต่เป็นเกมของทีม

ข้อจำกัดและสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป

• การวิเคราะห์หลักอยู่ในกลุ่มผู้ใหญ่ที่ไม่เคยเป็นโรคมาเลเรียมาก่อน จำเป็นต้องได้รับการยืนยันในเด็กและในสภาวะที่มีการระบาดจริง (การสัมผัสโรคพื้นหลังสามารถเปลี่ยนแปลงขอบเขตของโรคได้)
• จนถึงขณะนี้ ได้รับ "ภาพ" ที่มีรายละเอียดสูงมากสำหรับการทำซ้ำของ NANP และ "จุดเชื่อมต่อ" แล้ว "แผนที่ความเสี่ยง" ขั้นสุดท้ายของ CSP จะต้องมีข้อมูลเชิงโครงสร้างเพิ่มเติมและการเปรียบเทียบกับการตอบสนองต่อแพลตฟอร์มวัคซีนอื่นๆ
• ขั้นตอนเชิงตรรกะถัดไปคือการเปรียบเทียบ "คลังข้อมูลลายเซ็น" ดังกล่าวกับการป้องกันจริงในการศึกษาภาคสนาม: วงศ์ตระกูลและเอพิโทปใดมีความสัมพันธ์กับความเสี่ยงต่อโรคที่ลดลง

บทสรุป

21/Matrix-M ก่อให้เกิดการตอบสนองของแอนติบอดีที่ถูกต้องทั้งในรูปแบบและวัตถุประสงค์: โคลนจะถูกคัดเลือกอย่างรวดเร็วเพื่อ "มองเห็น" บริเวณ CSP สำคัญได้เกือบจะดีเท่ากับการติดเชื้อตามธรรมชาติ และยังสามารถป้องกันไม่ให้ปรสิตเริ่มก่อโรคได้ นี่ไม่ใช่แค่ข่าวดีสำหรับวัคซีนเพียงชนิดเดียวเท่านั้น แต่ยังเป็นต้นแบบในการสร้างวัคซีนมาลาเรีย (และวัคซีนอื่นๆ) รุ่นต่อไปได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น