«Мы ведем самолет вслепую». Говорим о вакцине от ВИЧ

По данным на 2018 год почти 38 миллионов человек во всем мире живут с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Ученые разработали противовирусные препараты, которые помогают людям с этой инфекцией жить долго и качественно, но чтобы остановить эпидемию, нужна вакцина.

О том, как разрабатывается вакцина против ВИЧ, мы поговорили с _{Егором Ворониным}, главным операционным директором Worcester HIV Vaccine. Чтобы лучше разобраться в том, о чем мы говорим с Егором, рекомендуем вам почитать наш разбор о создании вакцин или послушать подкаст с Ниной Вакциной об этом процессе. За знакомство с Егором Ворониным мы благодарим Мастерскую медицинской коммуникации АКСОН.

Чем отличается разработка вакцины против ВИЧ от других подобных?

Общая модель разработки вакцин применима и к разработке вакцины от ВИЧ. Возможно, с небольшими вариациями из-за специфики вируса.

Чтобы было понятнее, мы можем начать с небольшой истории разработки ВИЧ-вакцин. Над вакцинами начали работать практически сразу, как только вирус идентифицировали и поняли, что он вызывает СПИД. Исследования начались очень быстро, и также быстро ученые столкнулись с рядом проблем.

Первая проблема с ВИЧ-вакцинами в том, что у нас нет в природе примера, когда человек переболел ВИЧ и у него выработался иммунитет. Используя такие примеры, мы могли бы узнать, какой иммунный ответ защищает от последующей инфекции. В результате у нас нет возможности предположить, какие аспекты иммунного ответа защищают от ВИЧ.

Вторая проблема в том, что ВИЧ очень разнообразен по сравнению со многими другими вирусами. Все вирусы постоянно мутируют, но многие из этих мутаций ведут к тому, что вирус не может дальше размножаться. А у ВИЧ очень «гибкий» геном, у него мутации остаются, и вирус продолжает размножаться. Поэтому он гораздо разнообразнее, чем многие другие вирусы.

Нужно еще понимать, что в человека вирус попал примерно в начале 20 века и довольно долго распространялся в Африке практически незамеченный. За это время он эволюционировал в несколько подтипов, которые сильно отличаются друг от друга. В силу разных исторических причин эти подтипы по-разному распространились по миру. Например, подтип В распространен в основном в Америке и Европе. И мы не знаем никаких биологических причин, почему именно подтип В так распространился.

Возможно, так получилось, что носители этого подтипа быстрее попали в Европу и Америку и данный подтип успел там распространиться. Поэтому в разных частях мира существуют разные подтипы вируса, и они довольно сильно отличаются друг от друга. В Африке самое большое разнообразие, поскольку он там и появился. Особенно в центральной Африке. Там самое большое разнообразие ВИЧ в мире.

Может быть такое, что один человек заражен разными подтипами одновременно?

Да. В принципе, человек может быть заражен разными подтипами. Были сделаны исследования, в которых наблюдали за уже зараженными людьми, чтобы посмотреть, защищает ли эта инфекция от последующей. Было выявлено, что уже инфицированные люди заражаются ВИЧ с примерно такой же вероятностью, как и неинфицированные люди. Это добавляет сложности к тому, что у нас нет возможности попытаться измерить какой-то иммунный ответ, который бы защищал. Поэтому повторно человек может заразиться другим вирусом, того же самого подтипа или другого, этому ничего не мешает.

Это происходит — не очень часто, но происходит. И это важный момент, потому что, когда человек заражается двумя разными вирусами, они начинают рекомбинировать — обмениваться частями друг с другом. Так появляются новые формы. Мы знаем, что есть подтипы A, B, C и т. д., но эпидемия идет дальше, и мы видим, что появляются вирусы, которые не принадлежат ни к одному из этих подтипов, а являются их смесью. Когда люди заражаются двумя подтипами, подтипы «перемешиваются», и дальше распространяется уже «перемешанный» вирус.

Хорошо, давайте вернемся к проблемам ВИЧ-вакцин.

Итак:

• у нас большое разнообразие вирусов;

• у нас нет модели для того, чтобы посмотреть, какие иммунные ответы защищают от вируса;

• и у нас нет хорошей животной модели.

Эти три больших блока говорят о том, что мы ведем самолет вслепую. То есть мы пытаемся разработать вакцину от ВИЧ, не имея точного представления о том, что именно нам нужно разработать.

Все разрабатываемые вакцины проходят первую и вторую стадию испытаний. На этих стадиях мы еще не тестируем эффективность, но смотрим на иммунный ответ: какие механизмы иммунного ответа были активированы и насколько сильно. Другие вакцины мы можем оптимизировать на этих стадиях, если знаем, что искать. Для ВИЧ мы не знаем, что мы ищем. Мы оптимизируем иммунные ответы, но все это догадки, что может сработать, а что не сработает. В итоге основной тест происходит на третьей стадии, когда мы смотрим, предотвращает вакцина инфекции или нет.

Вначале, когда выбирается тип вакцины, получается, что ослабленные вирусы иммунодефицита не могут быть использованы для создания вакцины?

Такое ослабление называется аттенуацией: его делают, вводя в геном вируса мутации, которые нарушают функции его белков и делают вирус менее патогенным. Были ранние попытки сделать вакцину на основе ослабленного вируса, исследование проводилось на обезьянах. Им вводили аттенуированный вирус иммунодефицита обезьян (SIV). Через какое-то время у этих животных вирус мутировал, опять приобрел патогенные свойства и вызвал СПИД. Вакцина стала живым патогенным вирусом. После этих экспериментов сложилось ощущение, что вакцину на основе ослабленного вируса иммунодефицита лучше не делать.

Тогда какие технологии используют для создания ВИЧ-вакцины?

Практически все остальные. Например, инактивированный вирус: многие исследователи считают, что это тоже слишком опасно, но есть компания в Канаде, называется Sumagen. Они бодро двигаются с вакциной с инактивированным вирусом, но пока не ясно, чего можно ждать в итоге.

А как инактивируют вирус?

Нарабатывается живой вирус в культуре клеток, и потом его инактивируют химикатом, который просто убивает вирус, но не разрушает его полностью, поэтому белки вируса остаются в той форме, в которой они были. И на такой вирус может выработаться иммунный ответ.

Понятно. Какие еще технологии применяют?

На основе вирусоподобных частиц, но такие вакцины пока не так далеко продвинулись. Много вакцин на основе рекомбинантных бактерий, рекомбинантных вирусных векторов и рекомбинантных вирусных белков, ДНК- и РНК-вакцин тоже достаточно много. Пептидные вакцины тоже делают.

Сейчас в области ВИЧ-вакцин сложилось мнение, что использование одного варианта вакцины будет недостаточно успешным. Если вы подходите только с ДНК или РНК либо с рекомбинантным вирусным вектором, то вы выработаете только один тип иммунного ответа. Это называется «прайминг». Далее его нужно стимулировать чем-нибудь еще — это называется «буст». Сначала вы стимулируете иммунный ответ, а потом усиливаете его другим типом вакцины. Поэтому сейчас комбинируют разные типы вакцин в надежде получить более сильный ответ.

Исторически так сложилось, что первое крупное испытание ВИЧ-вакцин было с рекомбинантными белками. Ученые надеялись, что они вызовут у организма антитела к вирусу. То есть это была вакцина, основанная исключительно на антителах. Рекомбинантные белки вводили и показали, что антитела появляются, но не защищают. Все разочаровались в антителах.

К этому времени накопились данные о том, что организмы по-разному реагируют на ВИЧ. У некоторых людей очень быстро развивается СПИД, у некоторых довольно долго. Выяснилось, что у людей, у которых СПИД развивается медленнее, существуют особые клеточные ответы. И все внимание перешло на Т-клеточные вакцины. Начали делать вирусные векторы. Провели испытание одной такой вакцины — и она не сработала. И более того, результат указывал на то, что в небольшой группе людей такая вакцина, возможно, даже усиливала инфекцию.

Первый подход не работает, второй подход не работает — пришла идея их объединить. Сделали стимуляцию иммунного ответа вирусным вектором, а потом усиление белком. Получился и Т-клеточный ответ, и выработка антител. Объединить вместе две провалившихся вакцины — был очень спорный подход, который вызвал возмущение многих ученых. Но тем не менее он частично сработал.

В испытании в Таиланде впервые была показана какая-то эффективность от ВИЧ-вакцины. По прошествии 6–12 месяцев после вакцинации она защищала примерно на 60%. Но потом защитный эффект пропадал, и на общей длине испытания получилось примерно 30% эффективности.

Можно сказать, что основная «мода» исследований идет на комбинирование этих подходов?

Да, все наиболее продвинутые подходы основаны на этом принципе. Я бы сказал, что подавляющее большинство ученых считают это многообещающим подходом.

К примеру, мы создали такую комбинированную вакцину. С чего начинаются испытания?

Как и остальные вакцины: сначала идет первая стадия, затем вторая и потом уже третья.

На первой стадии проводят маленькое испытание: набирают здоровых волонтеров, смотрят на безопасность вакцины для человека и на иммунный ответ.

На второй стадии испытание побольше: увеличивается количество людей, тестируются вариации иммунизации (разные дозы, последовательность доз, методы введения вакцины), и мы снова смотрим иммунный ответ и безопасность.

На третьей стадии обычно уже пытаются получить лицензию для вакцины. Но поскольку с ВИЧ-вакциной мы до конца не знаем, что сработает, а что нет, то используют стадию 2b или 2+. Это уже не вторая стадия, но еще и не третья, а что-то посередине. То есть мы не пытаемся получить лицензию на эту вакцину, а только смотрим эффективность.

Каким образом тестируют эффективность? Специально же заразить нельзя?

Да. ВИЧ никто специально заражать не будет. Вакцинируют большие группы людей: дают кому-то плацебо, кому-то вакцину, и они возвращаются к обычной жизни. И каждые несколько недель или месяцев они возвращаются и их тестируют на инфекцию ВИЧ, и постепенно набирают данные, в какой группе больше инфекций.

Давайте поговорим про SIV (вирус иммунодефицита обезьян) и SHIV (искусственно созданный вирус).

SIV — это коллекция самых разных вирусов. Около 30 видов обезьян известно в Африке, у которых есть свои вирусы SIV. Они с ними живут довольно давно, миллионы лет, вирусы адаптировались каждый к своему виду обезьян и поэтому очень сильно отличаются друг от друга, и также сильно отличаются от ВИЧ. Но при этом по генетической структуре видно явное родство.

Поскольку среди обезьян этот вирус циркулирует уже миллионы лет, то они, видимо, друг к другу адаптировались — вирус к обезьянам, а обезьяны к вирусу. Поэтому у естественных хозяев он практически не вызывает СПИДа. То есть они являются носителями, вирус активно размножается, но болезни не вызывает.

Когда переносишь вирус в вид обезьян, которые до этого с ним не сталкивались, то часто очень быстро развивается СПИД. Быстрее чем у человека, буквально за пару месяцев или пару лет, в зависимости от вируса. Это часто используется как модель для исследований. Например, часто используют азиатскую резус-макаку (_{Macaca mulatta}), поскольку их много, существуют очень большие колонии, и ученые знают, как их размножать. Азиатских макак можно заражать вирусом SIV африканских обезьян, и у них развивается СПИД.

Это хорошая модель для изучения разных аспектов передачи ВИЧ и его патогенеза, но существует и ряд серьезных ограничений. Для начала — само заражение. Изначально макакам вводили большую дозу вируса интервенно — в кровь. Это отлично подходит для демонстрации того, что происходит, когда развивается СПИД. Но для предотвращения заражения эта модель подходит разве что для людей, которые заразились через переливание крови или при использовании общих шприцев, и даже они не получают такую большую дозу вируса. Но такой подход совершенно не отражает передачу сексуальным контактом, поскольку вирус попадает сразу в кровь в большой дозе.

Попытки сделать вакцину от такой инфекции в макаках провалились полностью. Через некоторое время сложилось мнение, что таким образом слишком высоко подняли планку, пытаясь разработать защиту от вируса, когда вводится огромная доза прямо в вену. Поэтому стали использовать подходы, которые лучше отражают биологию полового контакта. Одной из основных моделей стало введение большой дозы вируса ректально. Постепенно стали также вводить вирус вагинально. Ректально вводят, как правило, самцам, потому что в колониях самцы не настолько нужны, как самки, которые нужны для того, чтобы разводить новое потомство. Поэтому многие эксперименты в биологии до последнего времени делаются на самцах, хотя недавно NIH ввели правило, по которому следует либо балансировать пол используемых животных, либо представлять научные основания того, почему используется лишь один пол. Позже стали вводить вагинально, чтобы посмотреть реакцию у самок и вагинальную передачу вируса. Такие эксперименты более сложны, потому что половой тракт самок разделяется на несколько зон, отличающихся друг от друга биологическими свойствами, и к тому же претерпевает большие изменения в ходе менструального цикла.

И в случае ректального и вагинального заражения была показана возможность предотвратить инфекцию с помощью вакцинации. При этом если мы посмотрим на то, как распространяются инфекции среди людей, то риск заражения на один половой контакт довольно низкий — от 0,5 до 2%. Если мы будем вводить дозы, которые соответствуют такому заражению в обезьянах, это эксперименты растянутся на много лет. Поэтому вводят достаточно большие дозы, чтобы гарантировать заражение. Но даже на таких испытаниях защитные эффекты вакцин были видны.

Но сейчас я бы сказал, что в основном используют модель, когда вводят такую дозу, чтобы заразить 10–15% животных из группы. От 6 до 10 введений такой дозы дают практически полное заражение группы. Такая доза больше, чем доза ВИЧ при половом контакте у людей. Но в сравнении с остальными моделями такой подход лучше отражает биологию того, что происходит в реальной жизни.

А сами вакцины от SIV и ВИЧ тоже кардинально различаются?

Да. Разработанную вакцину для SIV при переходе к тестированию на людях приходится делать заново, вирус обезьян хоть и похож, но все-таки это другой вирус. Например, если мы используем технологию рекомбинантных белков, то рекомбинантный белок оболочки SIV бесполезно использовать, потому что он недостаточно похож на белок оболочки вируса человека.

Может ли понимание принципов создания вакцины от SIV как-то помочь созданию вакцины для человека?

Это зависит от того, кого вы спросите. Мнения на этот счет очень сильно расходятся. Есть масса людей, которые занимаются такими моделями. Они, естественно, считают, что основные принципы вакцинации от ВИЧ необходимо сначала исследовать на обезьянах, а потом идти на людей. Есть люди, которые считают, что пользы от обезьяньих испытаний нет в принципе, потому что различия с обезьянами слишком велики, чтобы дать полезную информацию о том, что будет или нет работать в людях.

Наша компания находится где-то посередине. Когда-то давно было сделано испытание нашей вакцины на обезьянах. Это были небольшие группы животных, примерно по 6-7 в каждой. В группе плацебо заразились все семь животных, в вакцинированной группе заразилось всего две из шести. В общем, цифры были довольно маленькими, но принцип был показан, а дальше мы решили, что пытаться оптимизировать это все на обезьянах бесполезно.

SHIV, искусственно созданный вирус, как и зачем его сделали?

Идея в том, чтобы взять SIV и встроить в него белок оболочки от ВИЧ. Получается гибридный вирус, который приспособлен все еще к обезьянам, но его белок оболочки от ВИЧ. Тогда этот вирус с точки зрения вакцин, которые нацелены на выработку антител, выглядит как ВИЧ. И таким образом этот вирус позволяет тестировать человеческие вакцины на макаках.

После встройки белка оболочки ВИЧ в SIV вирус получается не очень патогенный, что-то в нем при этом ломается. Раньше приходилась очень долго размножать такой химерный вирус в макаках, чтобы он мог к ним опять адаптироваться и приобрести патогенность. Недавно появились работы, которые указывают, в чем именно были проблемы у таких вирусов, и поэтому адаптация уже не требуется и можно «починить» дефект с помощью точечных мутаций, это занимает меньше времени и получающийся вирус гораздо больше похож на ВИЧ. Такой вирус используется для тестирования антительных вакцин. Это довольно новая технология, которая появилась несколько лет назад. Массива данных еще не наработано, но выглядит многообещающе.

Какие типы вакцины разрабатываются в вашей компании?

Лет 15–20 назад обнаружилось, что если просто ввести ДНК вируса в мышцу, то она каким-то образом попадает в клетки и там транскрибируется в РНК, которая транслируется в белок и т. д., выходят белки, которые были закодированы в этой ДНК, и на них возникает иммунный ответ. Сначала был огромный энтузиазм по этому поводу, до сих пор существуют компании, которые были основаны для разработки ДНК-вакцин. Но быстро стало понятно, что ДНК сама по себе не очень иммуногенна, то есть иммунный ответ есть, но он не очень сильный.

Однако мы обнаружили что иммунный ответ на ДНК хоть и слабый, но что-то происходит при этой вакцинации, что готовит иммунную систему к последующему ответу на рекомбинантный белок. Поэтому мы сначала вводим ДНК, а потом даем рекомбинантный белок, и в ответ на рекомбинантный белок титры антител получаются сразу очень высокие, гораздо выше чем если сразу давать рекомбинантный белок.

А помимо антител есть клеточный ответ?

Клеточный ответ появляется. Есть два основных типа Т-клеток. Есть Т-клетки, которые убивают зараженные клетки, а есть Т-клетки, которые помогают и Т-клеткам, которые убивают, и В-клеткам, которые вырабатывают антитела. Наша вакцина вызывает сильный ответ помогающих Т-клеток. Возможно, поэтому мы наблюдаем настолько высокий ответ антител. Получается, это вакцина, в основном основанная на антителах.

Хотелось бы узнать про будущее ВИЧ-вакцины. Какие испытания проходят сейчас или планируются?

Недавно пытались повторить подход исследования в Тайланде, о котором говорили ранее. На этот раз пробовали в Южной Африке. Хоть испытание и называлось повторением, в вакцине многое поменяли: пришлось изменить подтипы вируса, изменили популяцию, в которой проводилось тестирование, и т. д. Вакцина не сработала, почему — пока что не понятно. Сейчас будут активно исследовать иммунный ответ и сравнивать с тем, что был получен в Тайланде, чтобы понять, в чем была принципиальная разница.

Сейчас впереди всех компания Johnson & Johnson, у них есть вакцина, разработанная в Гарварде. Вакцина основана на рекомбинантном вирусе (на аденовирусе) и рекомбинантных белках. Сейчас у компании идет испытание 2b в Африке. И должны были начаться, но, возможно из-за коронавируса немного были отложены, испытания третьей стадии в Северной и Южной Америке и в Европе. Это наиболее продвинутая в разработке вакцина.

Из-за того, что ранние попытки разработать ВИЧ-вакцину были не очень успешны, фармкомпании ушли из разработки вакцин. Работа Johnson & Johnson — это масштабное возвращение фармы в разработку ВИЧ-вакцин. У них хорошо прошли первые две стадии, и было наработано много материала, чтобы тестировать ВИЧ-вакцины. Посмотрим, что будет.

А сколько примерно времени может занимать прохождение вакциной всех стадий испытаний?

Это зависит от очень многих факторов. Верхнего предела нет, а нижний может быть примерно лет 8.

А если Johnson & Johnson вернулись к разработке вакцины, значит, в этом есть экономический смысл? Зачем вообще кому-то разрабатывать вакцину от ВИЧ?

Экономический смысл для фармкомпаний — это, конечно, важно. Но это далеко не единственный фактор. Люди, которые работают в фармкомпаниях, идут туда, потому что они хотят разрабатывать вакцины и лекарства для того, чтобы помогать людям. Экономический смысл важен, потому что, если у тебя нет денег, то ничего нового ты разработать не сможешь, а разработка лекарств и вакцин это очень дорогой процесс. Johnson & Johnson нашли кандидатную вакцину, которая, по их мнению, может сработать, и руководство приняло решение инвестировать в ее разработку. Это дорого и рискованно, но для большой компании вроде Johnson & Johnson, возможно, эти деньги не такие большие в процентном отношении. Однако в случае успеха это будет огромным вкладом в здравоохранение во всем мире, а также прекрасный PR для компании.

То есть это работа на репутацию?

Да, с одной стороны, это работа на репутацию и на общие стремления разработать нечто, что поможет огромному количеству людей во всем мире. С другой стороны, как я сказал, у них есть два подхода: один они делают для Африки, другой для Америк и Европы. В принципе, это подход многих фармкомпаний: они продают лекарства или вакцины за большие деньги в развитых странах, чтобы субсидировать продажи в развивающихся. В итоге это нужно сбалансировать, чтобы компания получала прибыль. Такая модель работает практически везде, у всех компаний цены на вакцины плавающие, гораздо выше для развитых стран, и гораздо ниже для развивающихся.

А данные, которые получаются при испытаниях, вами и вашими коллегами открыто публикуются? То есть делитесь ли вы данными друг с другом?

Подавляющее большинство работ по разработке ВИЧ-вакцин делаются в академических центрах и лабораториях, и они активно публикуют свои результаты. В случае коммерческой компании всегда решается, какие данные публиковать, какие не публиковать и в каких масштабах, по разным причинам. Но в целом да, большинство данных известны.

И последний вопрос. Что разработка ВИЧ-вакцины может дать миру? Не в смысле того, что мы будем защищены от ВИЧ, а что еще это может дать науке и академическому сообществу?

Сами исследования, которые велись в разработке ВИЧ-вакцин, уже дали огромное количество технологий, которые сейчас используются для других вакцин, в том числе и для коронавируса. Многие люди, которые занимались разработкой вакцины против ВИЧ, сейчас занимаются разработкой вакцины против коронавируса.

Например, технологии по разработке рекомбинантных вирусных белков лучше всего разработаны именно для ВИЧ. И эти технологии могут помочь в разработке других вакцин на основе рекомбинантных белков. И люди, которые этим занимались, сейчас помогают делать рекомбинантные белки для коронавируса. Все технологии, наработанные для ВИЧ, распространяются и на другие исследования.

Беседовала Александра Курчатова