ابتكر باحثون بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في الولايات المتحدة، جزيئات توصيل مبتكرة يمكن أن تجعل لقاحات الحمض النووي الريبوزي المرسال أكثر فاعلية، وتخفض بشكل كبير من جرعة اللقاح المطلوبة وتكلفتها.
وأظهرت التجارب التي أجريت على الفئران أن استخدام الجزيئات النانوية الدهنية الجديدة في توصيل لقاح مضاد للإنفلونزا أدى إلى استجابة مناعية مماثلة لتلك الناتجة عن الجزيئات المستخدمة حاليا والمعتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأميركية ولكن بجرعة تقل 100 مرة عن الجرعة المعتادة.
وأوضح الباحث الرئيسي في الدراسة، دانيال أندرسون، أستاذ الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس وعضو معهد كوخ لأبحاث السرطان ومعهد الهندسة والعلوم الطبية، أن أحد التحديات الكبرى التي تواجه ذلك النوع من اللقاحات هو التكلفة العالية لإنتاجها.
وأشار إلى أن الهدف من الدراسة هو ابتكار جزيئات نانوية آمنة وفعالة يمكنها تحفيز استجابة مناعية قوية باستخدام جرعة منخفضة جداً، ما قد يجعل توزيع اللقاحات على نطاق واسع أكثر سهولة وأقل تكلفة.
أكد الباحثون أن الجزيئات الجديدة، رغم اختبارها في لقاح للإنفلونزا، يمكن تكييفها لتوصيل لقاحات لأمراض معدية أخرى مثل كورونا، أو غيره من الفيروسات.
وسعى الباحثون في الدراسة التي نشرتها دورية Nature Nanotechnology إلى تطوير جزيئات نانوية قادرة على تحفيز استجابة مناعية فعالة بجرعات أقل بكثير من المستخدمة في اللقاحات الحالية.
ويرى فريق الدراسة أن هذه الخطوة لا تقلل فقط من تكلفة اللقاح، بل قد تسهم أيضاً في الحد من الآثار الجانبية المحتملة التي ربما تظهر عند استخدام جرعات أعلى.
وتعتمد جزيئات التوصيل النانوية عادة على 5 مكونات أساسية هي الدهون القابلة للتأين، والكوليسترول، وفوسفوليبيد مساعد، وجزيء بولي إيثيلين جلايكول مرتبط بالدهون، وأخيرا جزيء الحمض النووي الريبوزي نفسه.
وركزت الدراسة الجديدة على المكون الأول تحديداً، وهو “الدهون القابلة للتأين”، باعتباره العنصر الحاسم في تحديد كفاءة وفاعلية اللقاح.
والدهون القابلة للتأين جزيئات دهنية صناعية تستخدم في تركيب الجسيمات النانوية الدهنية التي تعد وسيلة التوصيل الأساسية في لقاحات الحمض النووي الريبوزي المرسال، مثل لقاحي فايزر وموديرنا.
وتتميز هذه الدهون بقدرتها على تغيير شحنتها الكهربائية حسب درجة الحموضة، إذ تكون متعادلة الشحنة في الدم لتقليل السمية، لكنها تكتسب شحنة موجبة داخل الخلايا؛ ما يساعدها على الاندماج بالغشاء الخلوي وإطلاق محتوى اللقاح داخل الخلية.
وتعمل هذه الدهون على حماية الحمض النووي الريبوزي المرسال من التحلل، وتمكينه من دخول الخلايا وتحفيز الجهاز المناعي لإنتاج البروتين المستهدف، وتعد عنصراً محورياً في نجاح تقنية تلك اللقاحات الحديثة بفضل قدرتها على الجمع بين الكفاءة الحيوية والأمان.
أفضل أداء
ابتكر الباحثون مكتبة من الجزيئات الدهنية الجديدة، صممت لتضم تراكيب كيميائية حلقية تساعد على تعزيز توصيل الحمض النووي الريبوزي المرسال داخل الخلايا، إضافة إلى مجموعات كيميائية تعرف باسم “الإسترات”، التي تسهم في تحسين قابلية الجزيئات للتحلل الحيوي بعد أداء وظيفتها.
ونفذ الفريق سلسلة من التجارب الأولية على الفئران لاختبار مئات التراكيب المختلفة لهذه الجزيئات، مستخدمين جين “اللوسيفيراز”، وهو بروتين باعث للضوء، كمؤشر لقياس مدى فاعلية الجزيئات في إيصال المادة الوراثية إلى الخلايا، ومن خلال هذه التجارب، تمكن الباحثون من تحديد الصيغ الأكثر كفاءة، ثم عملوا على تحسينها وإنشاء مكتبة جديدة من الجزيئات المشتقة منها لإجراء جولة ثانية من الفحص الدقيق.
أفرزت التجارب عن جزيء نانوي جديد أطلق عليه الباحثون اسم AMG1541، أظهر أفضل أداء بين جميع التركيبات، وتميز بقدرته العالية على تجاوز واحدة من أهم العقبات في توصيل اللقاحات إلى الخلايا، والمعروفة باسم “الهروب من الجسيمات الداخلية”، فبعد دخول الجزيئات النانوية إلى الخلايا، عادة ما تحتجز داخل حويصلات تعرف بالجسيمات الداخلية، ويجب عليها الإفلات منها لتوصيل اللقاحات إلى المكان الصحيح داخل الخلية، وأظهرت الجزيئات الجديدة قدرة أعلى بكثير على تجاوز هذه العقبة مقارنة بالأنواع التقليدية.
أوضح فريق البحث أن ميزة أخرى مهمة في هذه الجزيئات تكمن في وجود مجموعات الإسترات في أطراف سلاسلها الدهنية، ما يجعلها قابلة للتحلل والتفكك سريعاً بعد إتمام مهمتها في توصيل الحمض النووي.
ويرى الباحثون أن هذه الخاصية تتيح للجسم التخلص من الجزيئات بسرعة، ما قد يقلل من أي آثار جانبية محتملة بعد التطعيم.
اختبر الباحثون فعالية الجزيئات الجديدة باستخدام لقاح ضد الإنفلونزا، وقارنوا نتائجها مع لقاح يعتمد على جزيء دهني يعرف باسم SM-102، وهو مركب معتمد من إدارة الغذاء والدواء الأميركية وتستخدمه شركة موديرنا في لقاحها ضد كورونا.
وأظهرت النتائج أن الفئران التي تلقت اللقاح المعتمد على الجزيئات الجديدة أنتجت نفس مستوى الأجسام المضادة مثل تلك التي تلقت اللقاح التقليدي، رغم أن الجرعة المستخدمة كانت أقل بنحو 100 مرة.
وأكد الباحث المشارك في الدراسة، أرناب رودرا، أن هذا الاكتشاف يحمل إمكانات هائلة لتقليل تكلفة اللقاحات عالمياً، موضحاً أن تحقيق نفس الاستجابة المناعية بجرعة تقل 100 مرة يعني خفضاً كبيراً في تكاليف الإنتاج إذا تم تطبيق التقنية على البشر مستقبلاً.
العقد اللمفاوية
كشفت التجارب الإضافية أن الجزيئات الجديدة أكثر كفاءة في توصيل محتواها من اللقاحات إلى نوع رئيسي من الخلايا المناعية يعرف باسم “الخلايا العارضة للمستضدات” والتي تلعب دوراً محورياً في تشغيل الجهاز المناعي، إذ تقطع المستضدات الغريبة وعرضها على سطحها، ما يطلق سلسلة من الاستجابات تشمل تنشيط الخلايا البائية والخلايا التائية لمهاجمة المسببات المرضية.
أظهرت الدراسة أن الجزيئات الجديدة تتجمع بشكل أكبر في العقد اللمفاوية، وهي المراكز التي تنشط فيها الخلايا المناعية عادة. ويعد هذا التوجه نحو العقد اللمفاوية ميزة حاسمة؛ لأنها تتيح للجزيئات أن تلتقي بعدد أكبر من الخلايا المناعية، ما يزيد من فاعلية اللقاح في تحفيز استجابة قوية ومستدامة.
أوضح الباحثون أن استخدام هذه الجزيئات في توصيل لقاحات الإنفلونزا يمكن أن يغير طريقة تطوير اللقاحات الموسمية جذريا، إذ يتيح إنتاجها في وقت أقرب إلى موسم انتشار الفيروس، وبالتالي تحسين توافق اللقاح مع السلالات المنتشرة فعليا في كل عام. ويقول الباحثون إن اللقاحات التقليدية تصنع عادة قبل نحو عام من موسم الإنفلونزا، وهو ما يجعل التنبؤ بالسلالات المنتشرة أقل دقة، بينما يمكن لتقنية اللقاحات الجديدة أن تختصر هذه المدة، وتسمح بتحديث اللقاح في الوقت المناسب.
ويقول الباحثون إن هذه الميزة يمكن أن ترفع من فاعلية لقاحات الإنفلونزا، وتقلل من عدد الحالات المرضية كل عام، كما يمكن أن تساهم التكنولوجيا نفسها في تطوير لقاحات لأمراض أخرى مثل فيروس نقص المناعة البشرية أو أي أمراض معدية أخرى.
ويرى الباحثون أن منصة الجزيئات النانوية الجديدة يمكن أن تصبح أساساً لتطوير لقاحات فعالة تحقن عضلياً ضد مجموعة واسعة من الأمراض، كما يؤكدون أن الجزيئات الجديدة تظهر أداء يفوق أي جزيئات توصيل معروفة حتى الآن، خصوصاً مع كفاءة التوصيل العالية التي تعني أن جرعات أقل من اللقاحات ستكون مطلوبة، ما يقلل من العبء الإنتاجي، ويزيد من سرعة تصنيع اللقاحات في أوقات الأزمات الصحية العالمية.
معرفة عميقة
ويرى الباحثون أن هذا التقدم يمثل خطوة كبيرة نحو جعل اللقاحات أكثر سهولة من حيث التكلفة والجرعة، خاصة في الدول ذات الدخل المنخفض والمتوسط التي لا تزال تواجه تحديات في توزيع اللقاحات المكلفة والمعقدة، إذ أن إمكانات هذه التقنية تتجاوز الإنفلونزا، إذ يمكن توظيفها لتسريع تطوير لقاحات تستهدف أمراضاً ناشئة بسرعة، بما في ذلك الفيروسات المستقبلية التي قد تهدد الصحة العامة.
وشدد الباحثون على أن تطوير الجزيئات الجديدة جاء بعد سنوات من التجريب والتصميم الكيميائي الدقيق.
وذكر أندرسون أن الفريق استند إلى معرفة عميقة بتفاعلات الجزيئات داخل الجسم وكيفية استجابة الخلايا المناعية للمواد الجديدة، موضحاً أن هذا الفهم المتقدم هو ما مكنهم من تحقيق القفزة في كفاءة التوصيل والتحلل الحيوي في الوقت نفسه.
وأوضح أندرسون أن أحد الجوانب المهمة في نجاح الجزيئات الجديدة هو قدرتها على الإفلات من المصائد الخلوية التي تعيق عادة وصول اللقاح إلى هدفه داخل الخلايا، لافتاً إلى أن نسبة “الهروب الداخلي” العالية هي ما سمحت بإطلاق كمية أكبر من المادة الوراثية في الخلية، وبالتالي تحقيق استجابة مناعية قوية بجرعة صغيرة جداً، كما أوضح أن النتائج التي توصل إليها الفريق في الفئران مشجعة للغاية، لكن الخطوة التالية ستكون إجراء دراسات ما قبل السريرية على نطاق أوسع لتقييم سلامة الجزيئات الجديدة في أنواع مختلفة من الحيوانات، تمهيداً لاختبارها لاحقا على البشر.
وأكد أن الهدف النهائي هو الوصول إلى جزيئات يمكن استخدامها في لقاحات الحمض النووي الريبوزي المرسال آمنة وفعالة منخفضة التكلفة، ما يفتح الباب أمام استخدام هذه التكنولوجيا في برامج التحصين العالمية.
واعتبر فريق البحث أن هذه الجزيئات ربما تمثل جيلاً جديداً من أنظمة التوصيل الحيوية، لا يقتصر دورها على اللقاحات، بل يمكن أن تمتد لاستخدامات أخرى مثل علاج السرطان أو الأمراض الوراثية عبر توصيل الجينات أو البروتينات العلاجية مباشرة إلى الخلايا المستهدفة.
وأشار الباحثون إلى أن النتائج تمثل خطوة رائدة نحو تطوير أدوات أكثر ذكاء وكفاءة في علم توصيل الأدوية، وتفتح آفاقاً واسعة أمام تطوير لقاحات أكثر سرعة وفاعلية وتكلفة أقل، ما قد يغير مستقبل الطب الوقائي في العالم.
