Команда ученых из России и Испании создала математическую модель, которая поможет разрабатывать более эффективные вакцины. Результаты работы опубликованы в журнале Trends in Immunology.
«Ученые, используя математическую модель, предложили способ усилить вызываемый вакцинами защитный иммунный ответ. Это станет возможным благодаря одновременной активации двух компонентов иммунитета: антител, помогающих "обезвредить" попавшие в организм вирусы, и Т-лимфоцитов, убивающих уже зараженные клетки. Исследование поможет разработать более эффективные и надежные вакцины, в том числе и от новой коронавирусной инфекции (COVID-19)», — указано в сообщении пресс-службы Российского научного фонда.
Вакцина создает в организме иммунитет против определенного возбудителя благодаря тому, что вводимые с прививкой ослабленные вирусные частицы вызывают активную выработку антител — белков, которые обезвреживают инфекционных агентов. Некоторые вакцины способны активировать цитотоксические Т-лимфоциты, убивающие уже зараженные вирусами клетки.
Чтобы вакцина была эффективной, выработанные в результате ее введения антитела и Т-лимфоциты должны убивать вирусы и зараженные клетки быстрее, чем распространяется инфекция. Поэтому важно определить, какое минимальное количество антител и Т-лимфоцитов должна активировать вакцина, чтобы защитить от заболевания.
Для этого научная группа разработала математическую модель, включающую систему дифференциальных уравнений, которая помогает оценить вклад антител и Т-лимфоцитов в противодействие вирусным инфекциям гриппа А и гепатита В. Оказалось, что два основных элемента защиты — антитела и Т-лимфоциты — взаимодействуют мультипликативно, то есть их эффекты умножаются друг на друга. Например, если вакцина увеличивает титр одних только антител в 100 раз, то соответствующий защитный эффект будет равноценным только десятикратному одновременному увеличению и антител, и Т-лимфоцитов.
«Такой эффект взаимодействия двух элементов иммунного ответа очень важен, поскольку для надежной защиты от вируса необходим определенный уровень антител, специфичный для каждой инфекции. Иногда полноценного, в нашем примере стократного, увеличения титра антител не удается достичь из-за физиологических ограничений организма, связанных с работой клеток иммунной системы, или из-за особенностей вакцины. В этом случае «недобор» уровня антител можно скомпенсировать Т-клетками, с учетом эффекта мультипликативности. Такими вакцинами, работающими «на два фронта», могут стать вакцины на основе ослабленных штаммов вируса или полностью инактивированных (убитых) возбудителей», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Геннадий Бочаров, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН.
Предложенная концепция пока основана только на теории и нуждается в экспериментальном подтверждении, однако ученые рассчитывают, что она поможет создавать улучшенные вакцины, эффективно защищающие от вирусных инфекций. Дальнейшие исследования в этом направлении связаны с определением количества нейтрализующих антител и антиген-специфических цитотоксических Т-клеток, которые необходимы для защиты организма человека от ВИЧ-1 и SARS-CoV-2, для последующего использования этих контрольных порогов при разработке вакцин.
