Escherichia coli. Credito:Laboratori delle montagne rocciose, NIAID, NIH
I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas stanno studiando l'uso di vaccini a cellule intere per combattere le infezioni del tratto urinario (UTI), parte di uno sforzo per affrontare il problema sempre più serio dei batteri resistenti agli antibiotici.
La dottoressa Nicole De Nisco, assistente professore di scienze biologiche, e il dottor Jeremiah Gassensmith, professore associato di chimica e biochimica, hanno recentemente dimostrato l'uso di strutture metallo-organiche (MOF) per incapsulare e inattivare intere cellule batteriche per creare un "deposito" che permette ai vaccini di durare più a lungo nel corpo.
Lo studio risultante, pubblicato online il 21 settembre sulla rivista ACS Nano dell'American Chemical Society , ha mostrato che nei topi questo metodo ha prodotto una produzione di anticorpi notevolmente migliorata e tassi di sopravvivenza significativamente più elevati rispetto ai metodi standard di preparazione del vaccino a cellule intere.
"La vaccinazione come via terapeutica per le infezioni delle vie urinarie ricorrenti è in fase di studio perché gli antibiotici non funzionano più", ha detto De Nisco. "I pazienti stanno perdendo la vescica per salvarsi la vita perché i batteri non possono essere uccisi dagli antibiotici oa causa di un'allergia estrema agli antibiotici, che è più comune nella popolazione anziana di quanto la gente possa immaginare."
L'American Urological Association stima che 150 milioni di UTI si verificano ogni anno in tutto il mondo, pari a $ 6 miliardi di spese mediche. Se non trattata con successo, un'infezione delle vie urinarie può portare a sepsi, che può essere fatale.
Le infezioni delle vie urinarie ricorrenti, ha detto De Nisco, sono principalmente considerate un problema di salute delle donne e, sebbene sia comune, specialmente nelle donne in postmenopausa, è qualcosa di cui molte donne non parlano molto.
"Ogni infezione successiva diventa più difficile da trattare", ha detto De Nisco. "Anche se elimini i batteri dalla vescica, le popolazioni persistono altrove e di solito diventano resistenti all'antibiotico utilizzato. Quando i pazienti accumulano resistenze agli antibiotici, alla fine esauriranno le opzioni."
La continua esplorazione di De Nisco su come le infezioni delle vie urinarie progrediscono e si ripresentano nelle donne anziane è finanziata da una recente sovvenzione quinquennale di 1,3 milioni di dollari del National Institutes of Health.
La collaborazione di De Nisco con Gassensmith è iniziata alla fine del 2018 dopo aver tenuto una presentazione sulla microbiologia delle UTI a un comitato del protocollo di sicurezza del campus.
"In seguito, abbiamo parlato dell'idea del mio gruppo di ricerca di creare vaccini a cellule intere migliori preservando gli antigeni in questo deposito a lento rilascio", ha detto Gassensmith. "All'epoca non avevamo modelli reali con cui testarlo e ho pensato che UTI rappresentasse un'ottima opportunità."
I vaccini funzionano introducendo nel corpo una piccola quantità di germi patogeni uccisi o indeboliti, o alcuni dei loro componenti. Questi antigeni inducono il sistema immunitario a produrre anticorpi contro una particolare malattia. Costruire vaccini contro i batteri patogeni è intrinsecamente difficile perché i batteri sono significativamente più grandi e più complessi dei virus. La selezione dei componenti biologici da utilizzare per creare antigeni è stata una sfida importante.
Di conseguenza, è preferibile utilizzare l'intera cellula piuttosto che scegliere solo un pezzo di un batterio, ha affermato Gassensmith.
"Gli gettiamo addosso l'intero lavello della cucina perché è ciò che il tuo corpo vede normalmente quando viene infettato", ha detto.
L'approccio dell'intera cellula ha i suoi problemi, tuttavia.
"I vaccini che utilizzano batteri morti a cellule intere non hanno avuto successo perché le cellule in genere non durano abbastanza a lungo nel corpo per produrre risposte immunitarie a lungo termine e durature", ha detto Gassensmith. "Questo è il motivo del nostro deposito di antigeni MOF:consente a un agente patogeno intatto e morto di esistere più a lungo nei tessuti, come se fosse un'infezione, al fine di innescare una risposta del sistema immunitario su vasta scala".
La struttura metallo-organica sviluppata dal team di Gassensmith incapsula e immobilizza una singola cellula batterica in una matrice polimerica cristallina che non solo uccide il batterio, ma preserva e stabilizza anche la cellula morta contro le alte temperature, l'umidità e i solventi organici.
Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato un ceppo di Escherichia coli . Non ci sono vaccini contro alcun ceppo patogeno di questo batterio. Uropatogeno E. coli causa circa l'80% di tutte le UTI acquisite in comunità.
"Quando abbiamo sfidato questi topi con un'iniezione letale di batteri, dopo che sono stati vaccinati, quasi tutti i nostri animali sono sopravvissuti, il che è una prestazione molto migliore rispetto agli approcci vaccinali tradizionali", ha detto Gassensmith. "Questo risultato è stato ripetuto più volte e siamo rimasti piuttosto colpiti dall'affidabilità."
Sebbene il metodo non sia stato ancora testato sull'uomo, De Nisco ha affermato che ha il potenziale per aiutare milioni di pazienti.
"Questo studio sulle UTI è stato una prova del concetto che i vaccini a cellule intere sono più efficaci in questo modello estremo di sepsi letale", ha detto De Nisco. "Dimostrare che questo funziona contro le ricorrenti UTI sarebbe una svolta significativa."
Oltre alle ricorrenti infezioni delle vie urinarie o urosepsi, i ricercatori ritengono che il metodo del deposito di antigeni possa essere ampiamente applicato alle infezioni batteriche, tra cui endocardite e tubercolosi.
"Stiamo lavorando per tradurre questo approccio in TB, che è un organismo molto diverso, ma come E. coli uropatogeno , quando entra nel tessuto, rimane e si ripresenta", ha affermato Gassensmith. "Richiede un nuovo modo di pensare a come dovrebbero funzionare i vaccini.
"La tecnologia dei vaccini ha circa due secoli e si è evoluta incredibilmente poco. Speriamo che la nostra piattaforma possa aprirsi utilizzando agenti patogeni esistenti e ben studiati per creare risposte immunitarie più dirette e progettate". + Esplora ulteriormente
