Des scientifiques mettent au point une plateforme vaccinale universelle contre de multiples agents respiratoires

Des scientifiques ont mis au point un vaccin nasal qui a protégé des souris contre plusieurs agents pathogènes respiratoires, dont la grippe, la COVID-19, le SARS et des bactéries, marquant une approche fondamentalement différente de la prévention des maladies. Administré en quatre doses de spray nasal sur quatre semaines, le vaccin a conféré une protection durant jusqu’à 6 mois après l’immunisation.

Le vaccin contient un cocktail de substances destinées à stimuler plusieurs composantes du système immunitaire. Lorsque les chercheurs ont administré le traitement à des souris puis les ont exposées à des agents pathogènes — 1 mois après l’immunisation, 3 mois après l’immunisation et, dans certains cas, jusqu’à 6 mois après l’immunisation — les souris ont été protégées contre le SARS-CoV-2, l’agent du SARS d’origine et un autre coronavirus, ainsi que contre d’autres agents pathogènes. Le vaccin a induit la formation de minuscules structures immunitaires dans les poumons, des forteresses à partir desquelles l’organisme de la souris pouvait combattre l’infection de façon continue.

La plateforme vaccinale contient des molécules capables de se lier à des récepteurs de l’organisme et de les activer, récepteurs qui font partie du réseau interne de communication du système immunitaire. Elle contient aussi un antigène inoffensif appelé ovalbumine, une protéine présente dans les œufs. L’effet combiné de ces deux éléments est d’activer à la fois l’immunité innée et l’immunité adaptative.

Les vaccins traditionnels fonctionnent en préparant (priming) le système immunitaire à répondre rapidement à des agents pathogènes spécifiques et s’appuient sur la réponse immunitaire adaptative. Le système immunitaire inné se met en action très rapidement après l’exposition à un agent infectieux, produisant une réponse rapide mais moins spécifique. Celle-ci s’estompe après quelques jours, une fois que le système immunitaire adaptatif a eu la possibilité de déclencher une réponse plus adaptée à l’agent pathogène en cause.

Les lymphocytes T recrutés dans le cadre de la réponse immunitaire adaptative maintiennent la réponse innée « sous perfusion », bien après qu’elle se serait habituellement atténuée. En 2023, des chercheurs ont publié une étude montrant que le vaccin BCG est capable de conférer une protection contre des maladies autres que la tuberculose, car il peut induire à la fois des réponses immunitaires innées et adaptatives durables.

Pendant la pandémie, les chercheurs ont observé que les personnes ayant reçu le vaccin BCG contre la tuberculose bénéficiaient d’une protection supplémentaire contre la COVID-19. Cela s’inscrivait dans des décennies d’observations indiquant que l’injection prévient une série d’autres maladies. Bien que l’efficacité du vaccin soit variable, le BCG stimule fortement l’immunité innée, qui n’est pas spécifique d’un agent pathogène donné, et procure une protection large, quoique de faible niveau, contre de nombreuses infections différentes.

Par ailleurs, une équipe pluridisciplinaire du Wyss Institute de Harvard University, du Dana-Farber Cancer Institute et d’institutions partenaires a exploré une autre approche, fondée sur une plateforme de nanotechnologie d’origami d’ADN appelée DoriVac, qui agit à la fois comme vaccin et comme adjuvant. Dans leurs expériences, les vaccins DoriVac ciblaient une région peptidique (HR2) conservée au sein des protéines Spike de plusieurs virus, dont le SARS-CoV-2, le VIH et Ebola.

Chez la souris, la version SARS-CoV-2 HR2 du vaccin a déclenché une forte activité immunitaire, notamment des réponses en anticorps spécifiques de l’antigène (immunité humorale) et des réponses des lymphocytes T (immunité cellulaire). Les chercheurs ont également évalué le vaccin au moyen d’un système préclinique avancé qui modélise le système immunitaire humain. En utilisant la technologie microfluidique human Organ Chip du Wyss Institute, ils ont créé un modèle in vitro du ganglion lymphatique humain. Dans ce système, le vaccin SARS-CoV-2 HR2 a également produit de fortes réponses immunitaires spécifiques de l’antigène dans des cellules humaines.

Dans une comparaison directe avec des vaccins à ARNm du SARS-CoV-2 délivrés dans des nanoparticules lipidiques, un vaccin DoriVac portant le même variant de protéine Spike a produit une activation du système immunitaire humain d’intensité similaire. Toutefois, le vaccin d’origami d’ADN s’est révélé plus stable et plus facile à stocker et à fabriquer. Les résultats ont été publiés dans Nature Biomedical Engineering.

La conception du vaccin repose sur de petites nanostructures carrées auto-assemblées faites d’ADN. Une face de la structure présente des molécules adjuvantes disposées selon un espacement nanométrique soigneusement optimisé. La face opposée présente des antigènes sélectionnés, tels que des peptides ou des protéines dérivés de tumeurs ou d’agents pathogènes. Dans des travaux antérieurs chez des souris porteuses de tumeurs, les vaccins DoriVac ont induit des réponses immunitaires plus fortes que des versions dépourvues de la structure d’origami d’ADN.

Chez l’humain, il existe des structures différentes dans le nez et la gorge, ainsi que dans les zones plus profondes du poumon. Il faut vérifier par des essais si ce type de vaccination peut ou non induire des structures similaires chez l’être humain. La prochaine étape pour prolonger ces résultats sera de procéder à des tests supplémentaires. Les humains et les souris, malgré certaines similitudes, diffèrent à de nombreux égards, ce qui pourrait compromettre les efforts visant à rapprocher cette approche d’une application.

La pandémie de COVID-19 a propulsé les vaccins à ARN messager (ARNm) sur le devant de la scène de la santé mondiale. Après l’achèvement des essais cliniques (clinical trials), le premier vaccin à ARNm contre la COVID-19 a été administré le 8 décembre 2020. Des études de modélisation ont ensuite estimé que ces vaccins avaient évité au moins 14,4 millions de décès dus à la COVID-19 au cours de leur première année d’utilisation. Des essais cliniques sont désormais en cours pour des vaccins ciblant le virus de la grippe, le virus respiratoire syncytial (RSV), le VIH, Zika, le virus Epstein-Barr et la bactérie responsable de la tuberculose.

La protection immunitaire générée par les vaccins à ARNm contre la COVID-19 peut varier largement selon les individus, et cette protection tend à diminuer avec le temps. Le défi devient encore plus grand car le virus SARS-CoV-2 évolue continuellement, produisant de nouveaux variants capables d’échapper partiellement aux défenses immunitaires. En conséquence, les vaccins contre la COVID-19 nécessitent souvent des mises à jour périodiques. La fabrication de ces vaccins peut être complexe et coûteuse, et les scientifiques disposent d’un contrôle limité sur le nombre de molécules d’ARNm emballées à l’intérieur des nanoparticules lipidiques utilisées pour l’administration. Ces vaccins exigent également une conservation au froid et peuvent parfois provoquer des effets hors cible (off-target) non intentionnels.