Malarija, treći dio – cjepiva
Malarija, treći dio – cjepiva
Oprez: članak je velik, uzmite si vremena. Ako ste propustili prethodne priče, pročitajte prvi i drugi dio.
Što ćemo naučiti?
Razvoj cjepiva protiv malarije bio je dugotrajan i naporan zbog složene biologije uzročnika malarije. Postoji više motiva razvoja cjepiva. Prvi je rezistencija, a drugi je potreba neprestanog ponavljanja liječenja prilikom svake nove zaraze. Za razliku od nekih drugih zaraznih bolesti, čak i ako više puta prebolite malariju, nećete razviti zaštitni imunitet. Za djelotvorno cjepivo trebalo je ne samo odabrati dobar cilj na uzročnicima roda Plasmodium, već i dati više ključnih strategija pojačanja imunološkog odgovora.
Charles Louis Alphonse Laveran bio je francuski liječnik, rođeni Parižanin. Godine 1878. dobiva službu u Alžiru i započinje proučavanje krvi pacijenata oboljelih od malarije. 1880. godine potvrđuje prisustvo parazita u eritrocitima (crvenim krvnim stanicama) kao uzročnika bolesti. Njegova dijagnostika se u određenoj mjeri koristi i danas, a za svoje otkriće dobio je Nobelovu nagradu. Godine 1884. u svom djelu Traité des fièvres palustres tvrdio je kako se drugi životni oblik skriva u komarcu.
Genijalni mikrobiolog i entomolog Ronald Ross 1897. godine dokazuje prijenos malarije ptica ubodom komaraca i time potvrđuje Laveranove pretpostavke. Ronald Ross radio je u Indiji i dobio je Nobelovu nagradu za zasluge otkrića zaraznosti malarije, nekoć samo bolesti „lošeg zraka“. Talijanski znanstvenici G.B. Grassi, A. Bignami, G. Bastianelli, A. Celli, C. Golgi i E. Marchiafava 1898. godine potvrđuju isti put prijenosa na čovjeka i otkrivaju i rod komaraca koji prenosi malariju, Anopheles. Otkriće uzročnika bio je prvi korak koji omogućuje razvoj lijekova i cjepiva.
Zašto je razvoj cjepiva protiv malarije kompliciran?
Prvo, tu je slaba djelotvornost prirodnog imuniteta. Dok neki uzročnici poput ospica (morbila) izazivaju nastanak vrlo dugotrajnog imuniteta i memorije (pamćenja), protiv malarije ne postoji trajna i djelotvorna prirodna imunološka imunost. Zašto? Uzročnik malarije skriva se u eritrocitima i tamo je dobro zaštićen od napada imunološkog sustava. Drugi problem je ogroman broj proteina koje Plasmodium stvara, gledajući u odnosu na neke bakterije i viruse. Stvara ih preko 5600.
Uz to, kao što smo vidjeli u prvom dijelu priče, uzročnik u čovjeku može postojati u više razvojnih faza:
- sporozoit
- hipnozoit
- trofozoiti
- shizont
- merozoit
U početku razvoja cjepiva nismo imali pojma protiv kojih od tih oblika i kojih proteina bismo mogli stvarati efikasnu imunološku reakciju, a priroda nam je bila od slabe pomoći. Čak i da smo imali sreće i odmah ih našli, posao je kompliciralo više uzročnika čiji se proteini razlikuju:
- P. falciparum
- P. vivax
- P. ovale
- P. malariae
- P. knowlesi
No ljudi su usprkos tome pokušavali. Eaton i Coggeshal imunizirali su Rhesus majmune 1939. godine s vrstom P. knowlesi koju su ubili formaldehidom (formalinom). Time su oponašali klasičan način inaktivacije u proizvodnji cjepiva protiv tetanusa i difterije.
Nažalost, nije bilo uspjeha, ali su njihovi kolege predvođeni Julesom Freundom shvatili izvorište problema. Naime, uzročnici su bili slabo imunogenični, odnosno tijelo nije bilo posebno motivirano stvoriti imunološku reakciju na njih. Trebalo je dodati adjuvans, tvar koja potiče imunološku reakciju.
Freund je po tome ostao zapamćen: kao adjuvans za cjepivo koristio je smjesu mineralnog ulja (parafina), toplinom ubijeni uzročnik tuberkuloze te emulgator izoliran iz lanolina (kolesterolni emulgator). Ovog puta, zahvaljujući adjuvansu, došlo je do nastanka imunološke reakcije koja je štitila Rhesus majmune od infekcije. Freund je rad objavio 1945. godine. To je bio veliki napredak, ali put je još bio vrlo dug.
Jedan od velikih problema u razvoju cjepiva bila je – sirovina, odnosno Plasmodium. Kako uzgojiti Plasmodium koji zahtijeva dva domaćina i postoji u različitim oblicima te zahtijeva žive stanice? Komarci se mogu uzgojiti i zaraziti i dosta sporozoita za istraživačke svrhe može se dobiti u laboratoriju.
Napredak u cjepivu zahvaljujemo austrijsko-brazilskoj znanstvenici Ruth Sonntag Nussenzweig. Godine 1967. uspjela je imunizirati miševe sporozoitima. Sporozoiti su faza u kojoj Plasmoidum tek ulazi u krvotok nakon uboda komarca. Glavna je prednost sporozoita u odnosu na eritrocitne faze (merozoit, trofozoit, shizont) u tome što su njegovi antigeni (dio proteina protiv kojih imunološki sustav stvara reakciju) daleko manje varijabilni. Velika varijabilnost (promjenjivost) eritrocitnih antigena bila je enormna prepreka, premda su mnogi htjeli blokirati Plasmodium baš na onom mjestu gdje i stvara kliničke probleme, a to je napad na eritrocit.
Nakon što Ruth pokazala put, započelo je, po mom mišljenju, najneobičnije ispitivanje cjepiva u povijesti. Umjesto injekcije koristili su se – komarci. 1972. godine dr. David F. Clyde i njegovi suradnici odlučili su ozračiti zaražene komarce. Kada kažemo „ozračiti“ ne mislimo na unošenje radioaktivnih tvari, već na zračenje kojim se inače normalno sterilizira materijal svakodnevne primjene, poput vate i gaze.
Ozračivanje je provedeno takvom dozom da su komarci ostali živi, ali su sporozoiti bili uništeni. Odabrana su trojica dobrovoljaca koji su sljedeća 84 dana podvrgnuti ubodima točno 379 komaraca. Tehnički gledano, komarci su se koristili kao injekcijsko sredstvo mrtvih sporozoita. Nakon tog vremena, sva trojica su 98. dan studije bili ubodeni sa zaraženim komarcima. Ovo je tzv. challenge studija, odnosno studija izazova i prema kriterijima Svjetske zdravstvene organizacije etički jest dozvoljena jer je već tada postojao povelik broj lijekova koji se koristio u liječenju.
Autori su pazili na svaki detalj pa i na to da se ispitivanje odvija u kraju gdje ne može doći do prijenosa malarije u prirodi, a sudionici su bili praćeni najmanje dva mjeseca nakon liječenja. Dvojica sudionika razvila su malariju, bili odmah izliječeni, praćeni i nikada nisu imali posljedice. No jedan se sudionik nije zarazio. Njega su imunizirali sljedećih 217 dana s 819 komaraca. Na 327. dan od početka studije dogodila se prva prava imunizacija u ljudi – čovjek je prvi put u povijesti razvio protutijela protiv sporozoita imunizacijom i bio otporan na ubode zaraženih komaraca u laboratorijskim uvjetima. Niti jedan od sudionika studije nikada nije imao posljedice i svi su kasnije normalno živjeli svoj život.
Svima je jasno da ova studija nije mogla dati praktično cjepivo, ali je znanstvenicima dala dokaz da je cjepivo moguće napraviti. Bilo je očito da će to cjepivo trebati biti jednostavnije od uzgoja u komarcima i da će za to trebati – rekombinantna tehnologija. Trebali smo malo čekati.
Već smo bili shvatili kako je valjalo odabrati protein Plasmodiuma koji će kroz cjepivo dati pouzdanu zaštitu od infekcije i razvoja bolesti. Sve do XXI. stoljeća u tome smo tapkali u mraku. Primjerice, prema podacima Svjetske zdravstvene organizacije 2014. postojalo je pet takvih proteina u sporozoitima, devet proteina u merozoitima i četiri u nezrelim spolnim oblicima Plasmodiuma. Niti jedan do tog vremena nije pokazao uspjeh premda su neki projekti čak i obećavali.
Jedan od najvećih problema u razvoju bila je slaba imunogeničnost – ljudski organizam nikako nije htio stvarati dobar, robustan odgovor protiv tih proteina. Kada bi i stvorio, to nije štitilo od malarije. Korišteni su različiti adjuvansi i vektori, ali bez nekog posebnog uspjeha.
Ovdje ću prizvati osobno sjećanje. Rad u farmaceutskom istraživanju zna u jednom aspektu biti nemilosrdniji od akademskog istraživanja, premda oba nose svoje prednosti, mane i terete. Jedan od problema je – vrijeme. U određenoj jedinici vremena, koja nije duga, tim ima mogućnost napraviti određeni napredak. Ako do toga ne dođe, program će se ugasiti i tim će raditi na nekom novom projektu.
Sjećam se samo jednog tipa istraživanja za koje je tadašnji glavni šef rekao da vremenski rok ne postoji. To je – malarija. Doista, projekt razvoja registriranog cjepiva protiv malarije započeo je još 1984. godine. To su bile godine nastanka prvih rekombinantnih cjepiva poput onog protiv virusa hepatitisa B.
Tim koji je razvijao cjepivo znao je kako će odabrati neki protein sporozoita jer je bilo dokazano da je moguće imunizirati čovjeka i zaštiti ga na taj način. Kao protein odabran je cirkumsporozoitni protein (CSP). Postojao je jedan problem koji se kasnije pokazao kao prednost. Naime, CSP je veliki protein i bilo ga je teško stvoriti u organizmima kao što su Escherichia coli i kvasac. Stoga su odlučili „pocijepati“ gen i uzeti najbitnije fragmente tog proteina protiv kojeg su nastajala protutijela.
Odabrali su ih četiri koji su ispitani kao i 1973. godine, no bez komaraca, u dobrovoljaca kontroliranom infekcijom („challenge“ studija). Jedan od četiri odabrana fragmenta bio je potencijalno djelotvoran, no ulaskom u veću studiju uslijedilo je razočaranje. Ovakav put nije bio dovoljno djelotvoran.
Potom su došli na odličnu ideju kako pojačati imunološki odgovor. Odlučili su spojiti taj fragment s već iskušanim dobrim i efikasnim antigenom – HBs antigenom cjepiva protiv virusa hepatitisa B. Nastalo je RTS,S cjepivo čije će ime ostati poznato do danas. Što znači svako slovo? „R“ je „repeat“, a ime je fragmenta CSP proteina. „T“ je skraćenica od T-stanica jer je to dio, epitop, protiv kojeg T-stanice stvaraju dobar imunološki odgovor. „S“ je skraćenica od „surface“ antigena virusa hepatitisa B iz već tada korištenog cjepiva i koji je vezan za „R“. Ovaj dodatni „S“ iza zareza znači da je HBs u suvišku i omogućuje stvaranje trodimenzionalne strukture u prostoru koja pojačava imunološku reakciju. Ipak, to nije bilo dovoljno. Trebala je pomoć adjuvansa, a tome nas je naučio još i Freund.
Tim koji je radio na ispitivanju odabrao je čak šest različitih adjuvansa. Uobičajene aluminijeve soli nisu bili djelotvorne, baš kao i neki drugi klasični pristupi uspješno korišteni u drugim cjepivima. Trebalo je udružiti i biljni i bakterijski adjuvans i presudnu ulogu imao je odabir QS21 saponina, adjuvansa iz biljke Quillaja saponaria uz bakterijski adjuvans MPL zajedno kombiniranu u liposomima. Više o ovim adjuvansima pročitajte na sljedećem linku.
Konačno je rođeno cjepivo i odobreno je 2015. godine. U ovom podužem članku možda ste barem shvatili zašto je to bilo teško. Odabrati točno određeni razvojni ciklus Plasmodiuma, od tisuće proteina samo jedan, odabrati samo jedan fragment tog proteina, spojiti ga s drugim proteinom zbog bolje imunološke reakcije i odabrati komplicirani sustav prirodnih adjuvansa nije bio lagan zadatak, a uz sve to – za bolest čija je prirodna imunost vrlo slabašna.
Cjepivo je za sada pedijatrijsko, jer najveći broj žrtava bolesti bude među djecom, a koristi se za djecu od 6 tjedana do 17 mjeseci starosti. Namijenjeno je samo krajevima gdje je bolest endemska, a ne putnicima niti (trenutno) odraslim osobama. Daje se u tri ili četiri doze. Prve tri doze daju se u mjesečnim intervalima, a četvrta, ako se daje, sugerira se 18 mjeseci nakon treće doze.
Cjepivo može povećati rizik febrilnih konvulzija pa se sugerira praćenje temperature i davanje lijekova protiv vrućice. Opažen je povećan broj meningitisa (27/11439 kod cijepljenih, 4/6096 kod placebo skupine). Meningitisi su raznih uzroka i ne treba zaboraviti da znatan dio ispitanika živi u području rizičnom za zarazni meningitis.
Kod djece koja su za vrijeme prve doze bila stara 6-12 tjedana, 3 doze štite 20% od svih klinički oblika malarije 30 mjeseci nakon cijepljenja, a 4 doze štite 28%.
Kod djece koja su za vrijeme prve doze bila stara 5-17 mjeseci, 3 doze štite 34% od svih klinički oblika malarije 30 mjeseci nakon cijepljenja, a 4 doze štite 46%.
Sa današnjeg aspekta raznoraznih brojki efikasnosti SARS-CoV-2 cjepiva, ovakvi brojevi izgledaju malo. No to je velik broj djece ako gledate broj oboljele i umrle djece.
Zasigurno će se nalaziti još djelotvornija cjepiva i zadatak nije lagan. Realnost na terenu također traži pitanje za odrasle osobe, pogotovo u svjetlu problema malarije u trudnoći. Vidjet ćemo što budućnost donosi.
Reference:
Parasites & Vectors volume 3, Article number: 5 (2010)
Jour. Exp. Med. 1939 70: 141-146.
Science. 1945 Aug 24;102(2643):202-4.
Am J Med Sci. 1973 Sep;266(3):169-77.
Am J Trop Med Hyg. 2018 Aug; 99(2): 253–254.
Nature. 1967 Oct 14;216(5111):160-2.
Hum Vaccin Immunother. 2020; 16(3): 480–489.
5/5