کشف راهکاری جدید برای تولید واکسن HIV

معرفی رویکرد جدیدی در تولید واکسن ویروس HIV توسط موسسه‌ی پژوهشی اسکریپس، موانع فنی پیش‌روی پژوهش‌های مرتبط با ساخت واکسن HIV را که در گذشته وجود داشته، برداشته و موجب تحریک یک پاسخ قدرتمند ضد HIV در آزمایش‌های حیوانی شده است. استراتژی جدید تولید واکسن که اخیرا در ژورنال Science Advances منتشر شده است، مبتنی بر پروتئین پاکت HIV است (Env).

ویروس HIV، ویروسی پوشش‌دار است و این امر موجب تفاوت این ویروس با بسیاری از دیگر رتروویروس‌ها می‌شود. این پوشش تنها یک پوشش پروتئینی ساده نیست. وقتی ویروس HIV سلول میزبان را ترک می‌کند، بخشی از غشای پلاسمایی آن را نیز با خود می‌برد. این غشا تبدیل به پوشش HIV می‌شود. البته این پوشش صرفا از عناصر میزبان تشکیل نمی‌شود. این پوشش از پروتئین‌های پوششی HIV نیز ساخته می‌شود. پروتئين‌های پاکت HIV شامل gp41، gp120 و gp160 می‌شوند. gp علامت اختصاری گلیکوپروتئین است. گلیوکوپروتئین‌ها دارای اجزای قندی و پروتئینی هستند. عددی که بعد از gp ذکر می‌شود، طول پروتئین را نشان می‌دهد. تاکنون تولید و استفاده از این ملکول Env که دارای قابلیت تغییر شکل است، در واکسن‌ها به‌صورتی که بتواند موجب ایجاد ایمنی مفیدی در برابر HIV شود، دشوار بوده است.

اما اخیرا دانشمندان موسسه‌ی اسکریپس راهی ساده و ظریف برای پایدار کردن پروتئین‌های پاکت به شکل قبل از مرحله‌ی ایجاد عفونت (وضعیت بسته: شکل بالا) پیدا کرده‌اند که روی سویه‌های مختلف ویروس جواب می‌دهد. این پروتئین‌های تثبیت‌شده برای اینکه حالت یک ویروس کامل را تقلید کنند، روی ذرات ویروس‌مانندی قرار می‌گیرند که موجب بروز پاسخ ضد HIV قدرتمندی در موش و خرگوش می‌شود. واکسن‌های مبتنی بر این استراتژی اکنون در حال آزمایش روی میمون‌ها هستند.

ژیانگ زو پژوهشگر این مطالعه می‌گوید:

ما به این روش به‌عنوان یک راه‌حل جامع برای برطرف کردن مشکلات قدیمی طراحی واکسن HIV نگاه می‌کنیم.

از آنجایی که Env دارای نقش حیاتی در عفونت است و این ساختار ویروسی بیشترین مواجهه را با سیستم ایمنی میزبان دارد، این بخش، هدف اصلی تلاش‌های تولید واکسن HIV بوده است. ایده‌ی کار این بوده که کل پروتئین پاکت یا زیرواحدهایی از آن را به افراد تزریق کنند تا سبب تحریک تولید آنتی‌بادی‌های متصل‌شونده به پروتئین پاکت شوند با امید اینکه این آنتی‌بادی‌ها از عفونی شدن میزبان در مواجهه‌های بعدی با ویروس HIV پیشگیری کنند. البته تاکنون نتایج هیچ واکسنی برای عفونت HIV در آزمایش‌های بالینی بزرگ رضایت‌‌بخش نبوده است. بسیاری از پژوهشگران عقیده دارند که یک واکسن HIV در صورتی کارآمد خواهد بود که بتواند پروتئین‌های پاکت را به شکلی به سیستم ایمنی ارائه دهد که شبیه پروتئین پاکت روی یک ویروس واقعی قبل از عفونی کردن سلول باشد. اما عرضه‌ی درست پروتئین پاکت چالش بزرگی بوده است.HIV

روی یک ویروس HIV، پروتئین‌های پاکت به‌شکل خوشه‌های سه‌تایی (تریمر) متصل به غشای ویروس قرار دارند و این ساختارهای پیچیده قبل و بعد از عفونی کردن سلول‌ها تغییر شکل می‌دهند. پژوهشگران حوزه‌ی طراحی واکسن HIV، با وجود صرف زمان و هزینه‌ی زیاد، نتوانسته‌اند یک روش عملی در مقیاس وسیع برای پایدار کردن خوشه‌های سه‌تایی پروتئین پاکت به شکل مورد نظر یعنی شکل قبل از عفونت، پیدا کنند. زو می‌گوید:

روش های تثبیت ساختارهای تریمر که تاکنون ارائه شده‌اند، فقط برای برخی سویه‌ها قابل استفاده بوده و عمومیت نداشته‌اند.

زو به‌عنوان یک متخصص بیوفیزیک، به جستجوی راه‌حل جامع‌تری برای حل مشکل پایدار کردن ملکول Env پرداخت و در مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۶ به همراه همکارانش منتشر کرد، گزارش کرد که اصلاح قسمت کوچک و فنرمانند ملکول Env که HR1 نامیده می‌شود‌، می‌تواند حقه‌ی موثری در این مورد باشد و به ملکول Env امکان می‌دهد که در حالت وضعیت شکل بسته‌ی قبل از عفونت باقی بماند. در مطالعه‌ی جدید او و دیگر همکارنش نشان دادند که این استراتژی واقعا روی تریمرهای Env سویه‌های مختلف HIV که در مناطق مختلف جهان پراکنده هستند، نتیجه می‌دهد. در این روش که روش UFO نامیده شده است، تریمرهای Env تولید می‌شوند که در شکل بسته‌ی خود تثبیت شده و می‌توانند به‌طور موثری با حداقل نیاز به خالص‌سازی در انواعی از سلول‌ها که به‌طور معمول در عملیات بیوتکنولوژی به‌کار می‌روند، تولید شوند. زو می‌گوید:

تاکنون ما این تغییر را روی ملکول‌های Env حدود ۳۰ تا ۴۰ سویه‌ی مختلف HIV انجام داده‌ایم و در بیشتر موارد به‌خوبی نتیجه گرفته‌ایم.

این شکل نشان‌دهنده یک تریمر اصلاح‌شده ملکول Env است (به رنگ زرد) که توسط آنتی‌بادی‌های خنثی‌کننده (سمت چپ) احاطه شده است. چندین تریمر Env روی یک نانو ذره (به رنگ آبی) قرار داده می‌شوند تا این ساختار شبیه ویروس HIV شود (سمت راست)

پژوهشگران این استراتژی، تولید واکسن را با ایجاد پیوند بین تریمرهای تثبیت‌شده‌ی Env و نانوذرات بهبود بخشیدند. ساختار حاصل چیزی شبیه ویروس HIV بود. به این ترتیب، ملکول واکسن اگرچه مصنوعی و فاقد مواد ژنتیکی برای تکثیر ویروس است، به‌نظر می‌رسد که برای سیستم ایمنی بسیار شبیه به یک ویروس مهاجم حقیقی باشد و موجب تحریک واکنش‌های شدیدتری می‌شود. زو و همکاران متوجه شدند که در موش، یک نمونه از واکسن Env روی نانوذرات، طی فقط ۸ هفته موجب تحریک تولید آنتی‌بادی‌هایی می‌شود که به‌خوبی قادر به خنثی کردن سویه‌ای از HIV هستند که واکسن‌های قبلی نتوانسته بودند با آن مبارزه کنند. زو می‌گوید:

این نخستین بار است که یک واکسن کاندیدای HIV موجب ایجاد چنین نوع پاسخ مطلوبی در موش شده است.

همچنین نتایج بی‌سابقه‌ای در مورد خرگوش‌ها نیز حاصل شد که نشان می‌دهد روش مبتنی بر نانوذرات به‌طور آشکار بر روش استفاده از پروتئین‌های جداشده‌ی Env برتری دارد و موجب ایجاد پاسخی قوی‌تر و سریع‌تر می‌شود. آزمایش‌های دیگری روی ۲۴ میمون در موسسه‌ی ملی بهداشت در تگزاس در حال انجام است. جی‌لی مدیر شرکت Ufovax که قرار است در صورت موفقیت، این تکنولوژی را به بهره‌برداری برساند؛ می‌گوید:

ما اکنون در حال آزمایش دو واکسن کاندیدای مبتنی بر تریمرهای Env از سویه‌های مختلف HIV و به‌علاوه یک واکسن کاندیدای سوم هستیم که ترکیبی از سه واکسن مبتنی بر Env است. ما بر این باوریم که این رویکرد جدید، موفقیتی حقیقی بعد از ۳۰ سال تلاش در جهت طراحی واکسن HIV باشد.