Uno spray nasale potrebbe proteggere da COVID, influenza, polmonite e altro ancora

Ora, i ricercatori della Stanford Medicine e i loro collaboratori affermano di aver compiuto un passo importante verso questa visione. In uno studio condotto sui topi, il team ha sviluppato un vaccino sperimentale progettato per difendere da un’ampia varietà di minacce respiratorie, tra cui virus, batteri e persino allergeni. Il vaccino viene somministrato per via nasale, ad esempio con uno spray nasale, e ha prodotto un’ampia protezione immunitaria nei polmoni che è durata diversi mesi.

I risultati, pubblicati su Science, hanno dimostrato che i topi vaccinati erano protetti dal SARS-CoV-2 e da altri coronavirus, nonché da Staphylococcus aureus e Acinetobacter baumannii (comuni infezioni nosocomiali). Gli animali erano anche protetti dagli acari della polvere domestica (un allergene comune). Secondo Bali Pulendran, PhD, Professore II Violetta L. Horton e Professore di microbiologia e immunologia, autore senior dello studio, il vaccino ha dimostrato protezione contro una gamma insolitamente ampia di pericoli respiratori testati finora.

L’autore principale dello studio è Haibo Zhang, PhD, ricercatore post-dottorato presso il laboratorio di Pulendran.

Se la ricerca futura confermerà questi risultati sugli esseri umani, questo approccio potrebbe alla fine sostituire diversi vaccini annuali per le infezioni respiratorie stagionali e fungere anche da difesa rapida contro i virus pandemici emergenti.

Perché i vaccini tradizionali hanno dei limiti

Il vaccino sperimentale funziona in modo molto diverso dai vaccini attualmente in uso.

Dalla fine del 1700, quando il medico inglese Edward Jenner introdusse il concetto di vaccinazione (dal latino “vacca” per mucca) dopo aver utilizzato il vaiolo bovino per proteggere dal vaiolo, i vaccini si sono basati su un principio fondamentale chiamato specificità antigenica. In questo approccio, i vaccini presentano al sistema immunitario una componente riconoscibile di un agente patogeno, come le proteine ​​spike che ricoprono il SARS-CoV-2, consentendo all’organismo di identificare e attaccare rapidamente il vero agente patogeno in futuro.

“Questo è stato il paradigma della vaccinologia negli ultimi 230 anni“, ha affermato Pulendran.

Tuttavia, questa strategia presenta dei limiti. Quando i virus mutano o compaiono nuovi patogeni, i vaccini esistenti potrebbero perdere efficacia. Per questo motivo, ogni anno sono necessari richiami aggiornati per il COVID-19 e vaccini antinfluenzali stagionali.

“Sta diventando sempre più chiaro che molti agenti patogeni sono in grado di mutare rapidamente. Come il proverbiale leopardo che cambia le sue macchie, un virus può modificare gli antigeni sulla sua superficie“, ha affermato Pulendran.

La maggior parte dei tentativi di progettare vaccini più ampi si è concentrata sulla protezione da un’intera famiglia di virus, come tutti i coronavirus o tutti i virus influenzali. Queste strategie in genere prendono di mira parti dei virus che cambiano meno frequentemente durante l’evoluzione. Tuttavia, l’idea di un unico vaccino in grado di proteggere da molti patogeni non correlati è stata a lungo considerata irrealistica.

“Eravamo interessati a questa idea perché ci sembrava un po’ assurda“, ha detto Pulendran. “Credo che nessuno prendesse seriamente in considerazione l’idea che una cosa del genere potesse mai essere possibile“.

Attivazione del sistema immunitario integrato del corpo

Invece di copiare un frammento di virus o batterio, il nuovo vaccino imita i segnali che le cellule immunitarie si inviano reciprocamente durante l’infezione. Questa strategia collega le due principali difese immunitarie dell’organismo – l’immunità innata e l’immunità adattativa – e le mantiene unite in una risposta continuativa.

La maggior parte dei vaccini stimola principalmente il sistema immunitario adattativo. Questo sistema produce difese mirate, come anticorpi e linfociti T, che riconoscono specifici agenti patogeni e possono ricordarli per anni.

Il sistema immunitario innato funziona in modo diverso. Risponde rapidamente alle infezioni e include cellule come cellule dendritiche, neutrofili e macrofagi che attaccano i microbi invasori in modo più generale. Poiché la sua attività di solito svanisce nel giro di pochi giorni, ha tradizionalmente ricevuto meno attenzione nella ricerca sui vaccini.

Il team di Pulendran si interessò a questo sistema per le sue ampie capacità protettive.

“Ciò che è straordinario del sistema innato è che può proteggere da un’ampia gamma di microbi diversi”, ha affermato Pulendran.

Sebbene l’immunità innata normalmente svanisca rapidamente, gli scienziati sospettano da tempo che a volte possa durare più a lungo. Un indizio viene dal vaccino contro la tubercolosi Bacillus Calmette-Guerin, somministrato a circa 100 milioni di neonati ogni anno. Studi hanno suggerito che il vaccino può ridurre la mortalità infantile dovuta a infezioni non correlate alla tubercolosi, suggerendo che i suoi effetti protettivi potrebbero estendersi oltre il suo bersaglio originale. Tuttavia, il meccanismo alla base di questa protezione incrociata è rimasto poco chiaro.

Scoprire come funziona la protezione incrociata

Nel 2023, il gruppo di ricerca di Pulendran ha pubblicato uno studio sui topi che ha chiarito come potrebbe verificarsi questa protezione più ampia. Come la maggior parte dei vaccini, il vaccino contro la tubercolosi ha attivato negli animali sia la risposta immunitaria innata che quella adattativa. Tuttavia, la risposta innata è durata molto più a lungo del previsto.

I ricercatori hanno scoperto che le cellule T che si erano spostate nei polmoni durante la risposta adattativa inviavano segnali che mantenevano attive le cellule immunitarie innate.

“Quelle cellule T fornivano un segnale fondamentale per mantenere l’attivazione del sistema innato, che in genere dura pochi giorni o una settimana, ma in questo caso potrebbe durare tre mesi”, ha affermato Pulendran.

Finché questa risposta innata intensificata rimaneva attiva, i topi erano protetti dalle infezioni da SARS-CoV-2 e da altri coronavirus. Gli scienziati hanno identificato i segnali dei linfociti T come citochine che attivano i recettori sensibili ai patogeni, noti come recettori Toll-like, presenti sulle cellule immunitarie innate.

“In quell’articolo, abbiamo ipotizzato che, poiché ora sappiamo come il vaccino contro la tubercolosi media i suoi effetti di protezione incrociata, sarebbe possibile realizzare un vaccino sintetico, magari uno spray nasale, che abbia la giusta combinazione di stimoli del recettore Toll-like e di un antigene per far arrivare le cellule T nei polmoni“, ha affermato Pulendran. “Facciamo un salto in avanti di due anni e mezzo e abbiamo dimostrato che esattamente ciò che avevamo ipotizzato è fattibile nei topi”.

Come funziona il vaccino nasale sperimentale

Il nuovo vaccino, attualmente denominato GLA-3M-052-LS+OVA, è progettato per imitare i segnali dei linfociti T che attivano le cellule immunitarie innate nei polmoni. Contiene inoltre un antigene innocuo noto come ovoalbumina o OVA, una proteina dell’uovo che attira i linfociti T nei polmoni e contribuisce a sostenere la risposta immunitaria per settimane o mesi.

Durante gli esperimenti, ai topi sono state iniettate gocce di vaccino nel naso. Ad alcuni animali sono state somministrate diverse dosi a distanza di una settimana l’una dall’altra. Dopo la vaccinazione, ogni topo è stato esposto a un virus respiratorio. Con tre dosi, il vaccino ha protetto i topi dal SARS-CoV-2 e da altri coronavirus per almeno tre mesi.

I topi non vaccinati hanno subito una grave perdita di peso – segno di malattia – e molti sono morti. I loro polmoni si sono infiammati e hanno accumulato alti livelli di virus. I topi vaccinati hanno mostrato una perdita di peso molto inferiore, sono tutti sopravvissuti e i loro polmoni contenevano pochissimi virus.

Pulendran ha descritto l’effetto del vaccino come un “doppio colpo”. La risposta innata prolungata ha ridotto la quantità di virus nei polmoni di 700 volte. Qualsiasi virus che riuscisse a bypassare questa prima linea di difesa veniva rapidamente contrastato da una rapida risposta immunitaria adattativa.

“Il sistema immunitario polmonare è così pronto e vigile che può lanciare le tipiche risposte adattative – cellule T e anticorpi specifici per il virus – in appena tre giorni, un lasso di tempo straordinariamente breve”, ha affermato Pulendran. “Normalmente, in un topo non vaccinato, ci vogliono due settimane”.

Protezione da virus, batteri e allergeni

Dopo aver verificato l’efficacia del vaccino contro i virus, i ricercatori hanno ampliato i test includendo le infezioni batteriche delle vie respiratorie. I topi vaccinati sono stati protetti anche da Staphylococcus aureus e Acinetobacter baumannii per circa tre mesi.

“Poi abbiamo pensato: ‘Cos’altro potrebbe entrare nei polmoni?'”, ha detto Pulendran. “Gli allergeni”.

Per testare questa idea, i ricercatori hanno esposto i topi a una proteina degli acari della polvere domestica, che comunemente scatena l‘asma allergico. Le reazioni allergiche coinvolgono un tipo di risposta immunitaria chiamata risposta Th2. I topi non vaccinati hanno mostrato una forte risposta Th2 insieme ad accumulo di muco nelle vie aeree. Nei topi vaccinati, la risposta Th2 è stata soppressa e le vie aeree sono rimaste libere.

“Penso che abbiamo a disposizione un vaccino universale contro diverse minacce respiratorie”, ha affermato Pulendran.

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Prossimi passi verso la sperimentazione umana

I ricercatori ora intendono testare il vaccino sugli esseri umani. La fase successiva inizierà con uno studio di sicurezza di Fase I. Se i risultati saranno positivi, seguiranno studi più ampi, inclusi studi in cui volontari vaccinati vengono esposti a infezioni.

Pulendran ritiene che due dosi somministrate tramite spray nasale potrebbero essere sufficienti a garantire protezione alle persone. Con finanziamenti sufficienti, stima che un vaccino respiratorio universale potrebbe essere disponibile entro cinque-sette anni. Un vaccino di questo tipo potrebbe rafforzare le difese contro future pandemie e semplificare la vaccinazione stagionale.

“Immaginate di poter utilizzare uno spray nasale nei mesi autunnali che vi protegga da tutti i virus respiratori, tra cui COVID-19, influenza, virus respiratorio sinciziale e raffreddore comune, oltre alla polmonite batterica e agli allergeni di inizio primavera“, ha affermato Pulendran. “Questo trasformerebbe la pratica medica”.

Riferimento: Science