科学者ら、複数の呼吸器病原体に対応する汎用ワクチンプラットフォームを開発

科学者らは、インフルエンザ、COVID-19、SARS、細菌を含む複数の呼吸器病原体からマウスを防御した経鼻ワクチンを開発し、疾病予防における根本的に異なるアプローチを示した。このワクチンは4週間にわたり点鼻スプレーを4回投与され、免疫付与後最大6カ月持続する防御効果を生み出した。

このワクチンには、免疫系の複数の側面を刺激することを目的とした物質のカクテルが含まれる。研究者らがマウスにこの治療を施し、その後に病原体へ曝露したところ、免疫付与1カ月後、免疫付与3カ月後、場合によっては免疫付与後最大6カ月まで、マウスはSARS-CoV-2、初発のSARS病原体、別のコロナウイルス、ならびに他の病原体に対して防御された。ワクチンは肺内に微小な免疫構造の形成を誘導し、マウスの体が感染と継続的に戦うための要塞となった。

このワクチンプラットフォームには、免疫系の内部コミュニケーションネットワークの一部である体内受容体に結合して活性化できる分子が含まれる。また、卵に含まれるタンパク質であるovalbuminという無害な抗原も含む。これら2要素が組み合わさることで、自然免疫と獲得免疫の双方が活性化される。

従来型ワクチンは、特定の病原体に迅速に反応できるよう免疫系をプライミングし、獲得免疫応答に依存している。自然免疫系は感染性因子への曝露後、非常に速やかに作動して迅速だが特異性の低い応答を生み出す。これは数日で弱まり、獲得免疫系が特定の病原体により適合した応答を立ち上げる機会を得た時点で収束する。

獲得免疫応答の一部として動員されるT細胞は、通常なら弱まるはずの自然免疫応答を、その後も長期にわたり生命維持装置のように支える。2023年、研究者らは、BCGワクチンがTB以外の疾患に対しても防御を付与できることを示す研究を発表した。これは、持続する自然免疫と獲得免疫の両方の応答を生み出せるためである。

研究者らはパンデミック期に、結核に対するBCGワクチンを接種した人々がCOVID-19に対して追加の防御を得ていることに気づいた。これは、その接種が他の疾患の寄せ集めを防ぐという数十年にわたる観察と整合した。ワクチン自体の成功率は一様ではないものの、BCGは自然免疫系を活性化し、特定の病原体に特異的ではないため、広範ではあるが低レベルの防御を多様な感染症に対して提供する。

別途、Harvard UniversityのWyss Institute、Dana-Farber Cancer Institute、および共同機関からなる学際的チームは、ワクチンとアジュバントの両方として機能するDoriVacと呼ばれるDNA origamiナノテクノロジープラットフォームを用いた別のアプローチを検討した。彼らの実験では、DoriVacワクチンは、SARS-CoV-2、HIV、Ebolaを含む複数ウイルスのスパイクタンパク質内で保存されているペプチド領域（HR2）を標的とした。

マウスでは、SARS-CoV-2のHR2版ワクチンが、抗原特異的抗体応答（体液性免疫）およびT細胞応答（細胞性免疫）を含む強い免疫活性を誘発した。研究者らはさらに、ヒト免疫系をモデル化する高度な前臨床システムを用いてワクチンを評価した。Wyss Instituteのマイクロ流体ヒトOrgan Chip技術を用い、ヒトリンパ節のin vitroモデルを作製した。このシステム内でも、SARS-CoV-2 HR2ワクチンはヒト細胞において強い抗原特異的免疫応答を生み出した。

脂質ナノ粒子で送達されるSARS-CoV-2 mRNAワクチンとの直接比較では、同じスパイクタンパク質変異体を搭載したDoriVacワクチンは、ヒト免疫系を同程度に強く活性化した。しかし、DNA origamiワクチンはより安定で、保管や製造が容易であることが示された。これらの知見はNature Biomedical Engineeringに掲載された。

ワクチン設計は、DNAからなる自己組織化する小型の正方形ナノ構造に依拠している。構造の片面には、慎重に最適化されたナノメートル間隔で配置されたアジュバント分子が提示される。反対側には、腫瘍や病原体に由来するペプチドやタンパク質など、選択された抗原が提示される。腫瘍保有マウスを用いたこれまでの研究では、DoriVacワクチンはDNA origami構造を欠くバージョンよりも強い免疫応答を生み出した。

ヒトでは、鼻と喉、そしてより深部の肺で構造が異なる。この種のワクチン接種がヒトにおいて同様の構造を誘導できるかどうかは、検証が必要である。これらの結果を発展させる次のステップは、さらなる試験となる。ヒトとマウスには共通点もあるが、多くの点で異なっており、このアプローチを応用に近づける取り組みを頓挫させうる。

COVID-19パンデミックはメッセンジャーRNA（mRNA）ワクチンを世界保健の注目の的へと押し上げた。臨床試験 (clinical trial) を完了した後、最初のCOVID-19 mRNAワクチンは2020年12月8日に投与された。後のモデリング研究では、これらのワクチンが使用初年度にCOVID-19による死亡を少なくとも14.4 million件防いだと推定された。現在、インフルエンザウイルス、Respiratory Syncytial Virus（RSV）、HIV、Zika、Epstein-Barr virus、および結核菌を標的とするワクチンの臨床試験が進行中である。

COVID-19 mRNAワクチンが生み出す免疫防御は個人間で大きく異なり、防御は時間とともに低下する傾向がある。SARS-CoV-2が継続的に進化し、免疫防御を部分的に回避できる新たな変異株を生み出すため、課題はさらに大きくなる。その結果、COVID-19ワクチンはしばしば定期的な更新が必要となる。これらのワクチンの製造は複雑で高コストになり得るうえ、科学者が送達に用いられる脂質ナノ粒子内に封入されるmRNA分子数を制御できる範囲は限られている。これらのワクチンは低温保管も必要で、ときに意図しないオフターゲット効果を引き起こす可能性もある。