Всемирная угроза вируса Зика впервые появилась в 2015 году, заразив миллионы людей по всей Америке. Это вызвало большой страх у беременных женщин, так как дети, рожденные с тяжелыми врожденными дефектами головного мозга, быстро перегружали больницы и системы общественного здравоохранения.
В ответ был предпринят целый ряд героических научных усилий, направленных на то, чтобы остановить вирус Зика. Целые правительства, академические лаборатории и фармацевтические компании стремились разработать вакцины против Зика с тех пор, как мировые эксперты в области здравоохранения впервые осознали опасность, которую несет вирус, переносимый комарами.
Теперь ASU сделал большой шаг вперед в активизации усилий по профилактике вируса Зика.
Ученый из Института биодизайна АГУ Цян «Шон» Чен возглавил свою исследовательскую группу для разработки первой в мире вакцины против вируса Зика на растительной основе, которая может быть более эффективной, безопасной и дешевой в производстве, чем любые другие попытки на сегодняшний день.
«Наша вакцина обеспечивает повышенную безопасность и потенциально снижает производственные затраты больше, чем любая другая текущая альтернатива, и с эквивалентной эффективностью», - сказал Чен, исследователь из Центра биодизайна для IVV и профессор Школы наук о жизни. «Мы очень рады этим результатам».
Сеть быстрого реагирования
Несколько потенциальных вакцин против вируса Зика дали многообещающие результаты в ходе ранних испытаний на животных и людях. В прошлом году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило первое испытание кандидата на вакцину против вируса Зика на людях, а этим летом под руководством правительства США проводятся клинические испытания стоимостью 100 миллионов долларов..
Но в настоящее время нет лицензированных вакцин или терапевтических средств для борьбы с вирусом Зика.
Несколько преданных своему делу ученых ASU также прислушались к призыву к действию, желая использовать свои особые ноу-хау, чтобы найти способ преодолеть пандемический кризис.
Во-первых, химик ASU Александр Грин вместе с сотрудниками из Гарварда разработал более быстрый и надежный тест на Зика, достижение, отмеченное журналом Popular Science в его «Лучшем из нового» за 2016 год.
Теперь Чен, возможно, придумал лучшую кандидатную вакцину на основе ключевого белка Зика. Чен - эксперт по вирусам, который в течение последнего десятилетия работал над растительными терапевтическими средствами и вакцинами против вируса Западного Нила и лихорадки Денге, происходящих из одного и того же семейства вирусов Зика, называемых флавивирусами..
Он сосредоточился на разработке вакцины против части вирусного белка Зика, называемой DIII, которая играет ключевую роль в заражении людей вирусом.
Все флавивирусы имеют белок оболочки на внешней части вируса. Имеет три домена. «Домен III имеет уникальный участок ДНК для вируса Зика, и мы использовали его для создания стойкого и защитного иммунного ответа, уникального для вируса Зика», - сказал Чен.
Сначала они вырастили белок оболочки бактерий, а затем переключились на получение белкового домена DIII в растениях табака.
После разработки достаточного количества материала для новой вакцины-кандидата команда Чена провела эксперименты по иммунизации мышей, которые индуцировали антитела и клеточный иммунный ответ, которые, как было показано, обеспечивают 100-процентную защиту от нескольких штаммов вируса Зика при заражении мышей.
Производство вакцин на растительной основе, особенно из растений табака, является старой шляпой для исследователей ASU, таких как Чен. Уже более десяти лет они производят недорогие вакцины на растениях для борьбы с разрушительными инфекционными заболеваниями в развивающихся странах.
Это тот же подход, который использовал пионер исследований растений ASU Чарльз Арнцен, когда он играл ключевую роль в разработке ZMapp, экспериментального лечения, использовавшегося во время вспышки лихорадки Эбола.
Коллеги Artntzen по биодизайну, в том числе Чен, Хью Мейсон и Цафрир Мор, продолжают разрабатывать растительные вакцины и терапевтические средства для борьбы с вирусом Западного Нила, лихорадкой денге, нервно-паралитическими агентами и даже раком.
Эффективно, но ненадежно
Хотя Чен подбадривает других исследователей прогрессом вакцины против Зика, в каждом случае могут быть побочные эффекты.
На сегодняшний день другие ученые протестировали несколько видов вакцин на мышах, в том числе одну, сделанную из ДНК, и другую из инактивированной формы вируса. С помощью всего лишь одной дозы обе вакцины вызвали создание антител, которые защищали животных от заражения, когда они подвергались воздействию вируса.
Любая убитая нагреванием вакцина рискует случайно ввести живую версию вируса, если в протоколе производства вакцины будет допущена ошибка. Этот трагический сценарий иногда случался с вакциной против полиомиелита.
Для второй исследовательской группы они использовали полный оболочечный белок вируса Зика для своей вакцины. Поскольку домены белков оболочки I и II аналогичны вирусам Западного Нила и денге, это может вызвать опасный перекрестный иммунный ответ.
«Когда вы делаете полный нативный белок оболочки в качестве основы для вакцины, он будет индуцировать антитела против доменов DI, DII и DIII белка», - объяснил Чен. «Те, кто ранее подвергался воздействию DI и DII других членов семейства вирусов Зика, могут быть склонны к развитию очень тяжелых симптомов или, в некоторых случаях, к летальному исходу от лихорадки денге».
На самом деле, эксперименты на животных показали, что предшествующий контакт с лихорадкой денге или вирусом Западного Нила значительно усугубляет инфекцию Зика и ее симптомы, что предполагает аналогичный риск для людей, которые ранее подвергались воздействию лихорадки денге (особенно в Южной Америке, где она встречается чаще).
"Если вы ранее заразились лихорадкой денге, а затем заразились вирусом Зика, инфекция Зика может протекать намного хуже, а у мужчин может увеличиться вероятность передачи половым путем", - сказал Чен.
В вакцине Чена на белковой основе используется самая маленькая и самая уникальная часть вируса Зика, которая все еще может вызывать мощный и сильный иммунный ответ.
"В нашем подходе мы создаем то, что мы называем псевдовирусом. Это фальшивый вирус. Псевдовирус отображает на поверхности только DIII-часть белка оболочки. Это, по крайней мере, так же эффективно, как и предыдущие версии вакцины".
И он очень уверен, что его белковая вакцина на основе DIII будет безопаснее.
«Мы провели тест, чтобы убедиться, что вакцина вызывает мощный защитный иммунный ответ, но также и то, что она не вырабатывает антитела, которые могут быть перекрестно реактивными против лихорадки денге, лихорадки Западного Нила, желтой лихорадки или других заболеваний», - сказал Чен.
Быстрый путь в клинику
В разгар пандемии вируса Зика женщинам целых стран запрещалось беременеть из-за рождения детей с тяжелым дефектом головного мозга, называемым микроцефалией, при котором голова и мозг не развиваются должным образом.
Были также дефекты зрения и слуха, а также нарушения обучаемости, связанные с менее тяжелыми инфекциями.
Что еще хуже, у взрослых также было показано, что вирус Зика вызывает изнурительное состояние нервной системы, называемое синдромом Гюллиана-Барре.
Хотя самая серьезная волна пандемии Зика пошла на убыль, она не исчезнет в ближайшее время, и вакцина по-прежнему дает наибольшую надежду.
В ближайшие годы в Северной и Южной Америке могут быть инфицированы еще десятки миллионов человек (см. информационный бюллетень ВОЗ).
Ученые ASU смогли быстро перейти от идеи к проверке концепции, потому что они могли использовать средства из гранта NIAID и начальные средства от Института биодизайна.
Все это стало возможным благодаря щедрой федеральной, государственной и общественной поддержке, включая налог с продаж, полученный от давнего стимулятора инноваций в Аризоне, одобренного избирателями Предложения 301.
«Это отличный пример того, как самые яркие умы быстро объединяются при поддержке общественности, чтобы взяться за одну из самых серьезных проблем общественного здравоохранения нашего времени», - сказал Джош ЛаБаер, исполнительный директор Института биодизайна.
"В этом суть биодизайна в лучшем виде, и мы надеемся, что это важное доказательство эффективности вакцины против Зика можно будет быстро применить в клинике".
Успешно проверив принцип, Чен надеется сотрудничать с медицинским сообществом, чтобы начать первую фазу клинических испытаний на людях в ближайшие два года.
Прежде всего, мы должны обеспечить максимальную безопасность любой вакцины против Зика, особенно потому, что люди, которые больше всего в ней нуждаются, беременные женщины, больше всего беспокоятся о своем здоровье и здоровье плода, - сказал Чен. «Это должно быть на 100% безопасно и эффективно».
Вместе с Ченом в исследовательскую группу входили Мин Ян, Хуафанг «Лили» Лай и Хайян Сунь.
Исследование опубликовано в онлайн-версии Scientific Reports.