Ученые предложили способ усилить вызываемый вакцинами защитный иммунный ответ

Математическая модель поможет создавать эффективные вакцины, работающие «на два фронта». Это станет возможным благодаря одновременной активации двух компонентов иммунитета: антител, помогающих «обезвредить» попавшие в организм вирусы, и Т-лимфоцитов, убивающих уже зараженные клетки. Исследование поможет разработать более эффективные и надежные вакцины, в том числе и от COVID-19. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Trends in Immunology.

Пандемия COVID-19 напомнила всему миру об опасности вирусных инфекций и сложности борьбы с ними. Вирусы, попадая в организм человека, проникают в клетки самых разных органов и тканей — легких, крови, печени или других — и перестраивают их работу так, чтобы они производили как можно больше новых вирусов, которые будут заражать другие клетки. Лучший способ воспрепятствовать развитию вирусной инфекции — вакцинация. Вакцина создает в организме иммунитет против определенного возбудителя. Это происходит благодаря тому, что вводимые с прививкой ослабленные вирусные частицы, кусочки генов или отдельные белки вируса вызывают активную выработку антител — белков, которые обезвреживают «блуждающих» по организму инфекционных агентов. Кроме того, некоторые вакцины способны активировать цитотоксические Т-лимфоциты, убивающие уже зараженные вирусами клетки. Оба эти элемента иммунного ответа борются с попавшим в организм возбудителем, благодаря чему защищают человека от заболевания или облегчают его течение.

Чтобы вакцина была эффективной, выработанные в результате ее введения антитела и Т-лимфоциты должны убивать вирусы и зараженные клетки быстрее, чем распространяется инфекция. Поэтому важно определить, какое минимальное количество антител и Т-лимфоцитов должна активировать вакцина, чтобы защитить от заболевания.

Научная группа из Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН (Москва), Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова (Москва) с коллегами из Института агропродовольственных исследований и технологий (Испания) и Университета Помпеу Фабра (Испания) с помощью математической модели, включающей систему дифференциальных уравнений, оценили вклад антител и Т-лимфоцитов в противодействие вирусным инфекциям гриппа А и гепатита В. Оказалось, что два основных элемента защиты — антитела и Т-лимфоциты — взаимодействуют мультипликативно, то есть их эффекты умножаются друг на друга. Например, если вакцина увеличивает титр одних только антител в 100 раз, то соответствующий защитный эффект будет равноценным только десятикратному одновременному увеличению и антител, и Т-лимфоцитов.

Рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Геннадий Бочаров, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН:

"Такой эффект взаимодействия двух элементов иммунного ответа очень важен, поскольку для надежной защиты от вируса необходим определенный уровень антител, специфичный для каждой инфекции. Иногда полноценного, в нашем примере стократного, увеличения титра антител не удается достичь из-за физиологических ограничений организма, связанных с работой клеток иммунной системы, или из-за особенностей вакцины. Иммунный ответ против любых антигенов не должен значительно уменьшать возможности реагирования против других патогенов, что определяет максимальную величину отклика иммунной системы каждого человека на определенный антиген. В этом случае «недобор» уровня антител можно скомпенсировать Т-клетками, с учетом эффекта мультипликативности. Такими вакцинами, работающими «на два фронта» могут стать вакцины на основе ослабленных штаммов вируса или полностью инактивированных (убитых) возбудителей."

Хотя предложенная концепция пока основана только на теоретической модели и нуждается в экспериментальном подтверждении, она поможет при создании улучшенных вакцин, эффективно защищающих от вирусных инфекций. Дальнейшие исследования в этом направлении связаны с определением количества нейтрализующих антител и антиген-специфических цитотоксических Т-клеток, которые необходимы для защиты организма человека от ВИЧ-1 и SARS-CoV-2, для последующего использования этих контрольных порогов при разработке вакцин.