Вакцины способны влиять на иммунитет двумя путями: стимулируя выработку антител, которые помогают “обезвредить” вирусы, и активируя Т-лимфоциты, способные убивать зараженные клетки. Российские исследователи создали математическую модель, которая помогает оценить вклад двух этих компонентов в эффективность действия вакцины. Она станет надежным инструментом в борьбе с инфекциями, в том числе и COVID-19. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Trends in Immunology.
Вакцины на протяжении многих лет остаются наилучшим способом эффективной и безопасной защиты от инфекционных заболеваний. Именно благодаря им в большинстве стран мира побеждены корь, столбняк и полиомиелит. Вакцины представляют собой биологический материал — убитый или ослабленный возбудитель болезни, фрагменты его белков или нуклеиновой кислоты. Когда содержащая их жидкость попадает в организм, иммунная система реагирует и “обучается” как при болезни, но при этом не возникает опасных для жизни и здоровья человека последствий. При следующей встрече с патогеном быстро активируются защитные механизмы, тем самым вовсе не допуская развитие болезни или, как минимум, облегчая ее течение.
Иммунизация вакцинами происходит либо за счет образования антител, обезвреживающих возбудителя, либо путем активации Т-лимфоцитов, которые убивают зараженные клетки — по сути “бомбы”, которые при “взрыве” выпустят новые порции патогена. Эффективность вакцины зависит от того, сможет ли ее эффект работать на опережение развивающейся в организме инфекции. Рассчитать, сколько минимально для этого нужно антител и Т-лимфоцитов, можно при помощи математических моделей. Одну из них предложили исследователи Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН (Москва), Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова (Москва) с коллегами из Института агропродовольственных исследований и технологий (Испания) и Университета Помпеу Фабра (Испания). При помощи системы дифференциальных уравнений они оценили, какое влияние имеют оба компонента иммунитета на действенность вакцин от гриппа А и гепатита В. Результаты анализа показали, что эффекты от антител и Т-лимфоцитов умножаются.
“Для надежной защиты от вируса необходим определенный уровень антител, специфичный для каждой инфекции. Иногда полноценного увеличения титра антител не удается достичь из-за физиологических ограничений организма, связанных с работой клеток иммунной системы, или из-за особенностей вакцины. Иммунный ответ против любых антигенов не должен значительно уменьшать возможности реагирования против других патогенов, что определяет максимальную величину отклика иммунной системы каждого человека на определенный антиген. В этом случае “недобор” уровня антител можно скомпенсировать Т-клетками, с учетом эффекта мультипликативности. Такими вакцинами, работающими «на два фронта», могут стать препараты 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.
Авторы планируют проверить свои расчеты на практике, а также определить точное количество антител и Т-лимфоцитов для защиты от ВИЧ-1 и SARS-CoV-2.