מטופלים עם מכשירים רפואיים מושתלים כמו החלפות מפרקים אורטופדיות, קוצבי לב ומסתמי לב מלאכותיים נמצאים בסיכון קטן אך משמעותי שמכשירים אלו יידבקו בפתוגנים חיידקיים. זה מתחיל אותם בנתיב מכביד הדורש ניתוחים "חידוש" (רוויזיה), טיפולים אנטיביוטיים ממושכים, או במקרים חמורים קטיעה. אם הזיהומים מתפשטים בגופם של החולים, הם עלולים אף להפוך לקטלניים.
"בארה"ב לבדה, כ-790,000 החלפות ברך הכוללות ויותר מ-450,000 החלפות מפרק ירך מבוצעות כיום על ידי מנתחים אורטופדים, ועד 2 עד 4% מהמכשירים המושתלים הללו יידבקו", אמר אלכסנדר טטרה, MD, Ph.D., עוזר פרופסור באוניברסיטת טקסס בדרום-מערב דאלאס, ימנע מחקר חדש לרפואה בדרום-מערב דאלאס. של זיהומים במכשירים כאלה. "המספרים הללו לבדם מדגישים את הדחיפות של מציאת אמצעי נגד יעילים והבאתם במהירות לחולים".
חוקרים רדפו זה מכבר את הרעיון שחיסונים יכולים להגן על חולים מפני הפתוגן Staphylococcus aureusהגורם המוביל לזיהום במכשיר אורטופדי. אך עד כה, חיסון יעיל לא הופק למרות מאמצים רבים ומספר ניסויים קליניים גדולים בהובלת הפארמה.
כעת, חוקרים קליניים וביו-מהנדסים במכון ויס להנדסה בהשראה ביולוגית באוניברסיטת הרווארד ובית הספר להנדסה ולמדעים יישומיים של ג'ון א. פולסון (SEAS) של הרווארד פיתחו אסטרטגיית חיסון חדשה עם פוטנציאל לפתור את האתגר של זיהום במכשיר בחולים. הגישה שלהם משתמשת בחיסוני פיגום ביו-חומר הניתנים להזרקה מתכלים לאט, המצוידים במולקולות מושכות ומעוררות של תאי חיסון ו S. aureusאנטיגנים ספציפיים. החיסונים יושמו על מודל עכבר של זיהום במכשיר אורטופדי, ויצרו תגובה חיסונית מועילה שהפחיתה את עומס החיידקים ביעילות פי 100 יותר מאשר חיסוני בקרה קונבנציונליים קצרים בהרבה. חיסונים ביולוגיים עשויים עם אנטיגנים מרגישים לאנטיביוטיקה S. aureus חיידקים (MSSA) הגנו גם על מכשירים מפני זיהום מעמידים לאנטיביוטיקה S. aureus זני (MRSA), מה שהופך את חיסוני המדף העתידיים לשימוש נרחב בניתוחים אורטופדיים לאפשרות אטרקטיבית. הממצאים מתפרסמים ב PNAS.
את המחקר הוביל חבר סגל הליבה של מכון Wyss, David Mooney, Ph.D. הקבוצה שלו ב-Wyss Institute וב-SEAS הייתה חלוצה בעבר בחיסונים מבוססי-חומרים ביולוגיים כטיפולים אימונותרפיים חדשניים במלחמה בסרטן, ולאחרונה גם כדי לסייע במניעת אלח דם והלם ספטי במודלים של בעלי חיים קטנים וגדולים. הצוות של מוני הראה שסוגים אלה של חיסונים יכולים להפעיל את מערכת החיסון ביעילות גבוהה נגד תאי גידול ופתוגנים.
במחקר זה, אנו רואים את סוג התגובות החיסוניות המערבות אוכלוסיות ספציפיות של תאי T שאולי היו חסרות בחולים שחוסנו עם חיסונים קונבנציונליים בניסויים קליניים, בנוסף S. aureusתגובות נוגדנים ספציפיות המיוצרות גם על ידי תכשירי חיסון מסיסים. בשילוב עם אוספי אנטיגנים אופטימליים שמקורם S. aureus מינים, הגישה שלנו יכולה להוביל לחיסונים חדשים המבוססים על חומרים ביולוגיים עם פוטנציאל להציל חיים ולשפר את התוצאות הבריאותיות של חולים ברחבי העולם".
דיוויד מוני, Ph.D., חבר סגל הליבה המייסד של מכון ויס
מוני הוא ראש הסגל של פלטפורמת Immuno-Materials של מכון Wyss וגם של פרופסור למשפחה רוברט פ. פנקס של ביו-הנדסה ב-SEAS.
הגנה מופעלת על ידי PAMPs
החיסונים הביו-חומריים, עם הזרקתם, מספקים מגרש אימונים מולקולרי לתאים דנדריטים (DCs), מתאמים מרכזיים של מערכת החיסון שמתזמרים תגובה מורכבת של תאי T נגד הפתוגן בבלוטות הלימפה הסמוכות. "לתכנת ספציפית DCs נגד זיהומים S. aureus חיידקים, שילבנו רכיבי אנטיגן אימונוגניים שמקורם בחיידקים מופרעים בחיסונים שלנו, אותם לכדנו באמצעות טכנולוגיית FcMBL של מכון Wyss," אמר מחבר שותף מייקל סופר, Ph.D., שפיתח את הטכנולוגיה עם המנהל המייסד של Wyss, דונלד אינבר, ד"ר, Ph.D. מולקולות חשופות פני השטח הידועות בכינויו "דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן", בקיצור PAMPs "בחיסון זה אנו משלבים רפרטואר מגוון של מאות FcMBL הקשורים S. aureus אנטיגנים PAMP, במקום רק אנטיגן אחד או מעטים הכלולים בחיסונים קונבנציונליים, ומאפשרים העברה יעילה של אנטיגן ל-DCs בעקבות הזרקת החיסונים שלנו לעכברים", אמר סופר, שהוא מנהל האימונו-חומרים של מכון ויס.
בעכברים שהחוקרים חיסנו בחיסון הביו-חומר שלהם ואתגרו אותם בפתוגני S. aureus בַּקטֶרִיָה, אסטרטגיה זו הפחיתה את הנטל הכולל של החיידקים בצורה הרבה יותר חזקה מאשר חיסוני בקרה מסיסים המכילים את אותם רכיבים מולקולריים. "ככל הנראה על ידי היכולת להפעיל את המערכת החיסונית בצורה מתמשכת ומתואמת מאוד, החיסונים הביו-חומריים שלנו מסוגלים להפעיל סוגים שונים של תאי עוזר T אשר מתחילים להפריש מספר מולקולות ציטוקינים מגן. חיסונים מסיסים קונבנציונליים, שמרכיביהם המולקולריים מתפזרים מהר ברקמה שהם מוזרקים בה", אמר כי טאטארה היה פחות יעיל בפרויקט הזה. עמית מחקר קליני בקבוצתו של מוני במכון. "נצטרך להבין הרבה יותר לעומק אילו חלקים של המערכת החיסונית בדיוק אחראים ולשתף פעולה כדי להביא להשפעות המגן", הוסיפה טטרה.
הוכחת חיסון
הצוות תרגם את התצפיות שלהם למודל עכבר של זיהום מכשיר אורתופדי ממשי שבו מכשיר קטן מושתל באחת מהרגליים האחוריות של החיות ונגוע במינון של פתוגני. S. aureusבַּקטֶרִיָה. חמישה שבועות לפני הניתוח, הם התחילו את החיות בפרוטוקול חיסון תוך שימוש בחומר ביולוגי וחיסוני בקרה מסיסים. כאשר החוקרים כימתו את החיידקים שהצליחו לגדול על המכשירים שהושתלו, הם גילו שהאסטרטגיה הביו-חומרית שלהם דיכאה את צמיחת החיידקים חזקה פי 100 מניסוח החיסון המסיס.
"חשוב, מצאנו שחיסון ביולוגי שיצרנו עם אנטיגנים מ'רגישים למתיצילין S. aureusזני (MSSA) יכולים גם להגן על מכשירים מושתלים מפני זיהום מאוחר יותר מזנים עמידים למתיצילין (MRSA), שהם בעיה גדולה במסגרות בית חולים", אמר טטרה. "גם הניסיון לברר אילו PAMPs ממריצים את המערכת החיסונית הכי חזק פותח שדרת מחקר חדשה שיכולה להוביל למינימום יותר, אך יעיל ביותר, במתן חיסונים ל-Mooni. PAMPs מאת א S. aureus זן, זיהוי חתימת PAMP, ולאחר מכן שימוש באחד מה-PAMPs כאנטיגן יחיד בחיסון ביולוגי, הם כבר יכולים לספק רמה מסוימת של הגנה על מכשירים בעכברים. "אפשר לדמיין עתיד שבו חוקרים קליניים מזהים במהירות PAMPs רלוונטיים במטופל ספציפי S. aureus זנים המתקבלים באמצעות פרוצדורות פשוטות לא פולשניות לפני ניתוחים לייצור חיסונים ביולוגיים יעילים מותאמים אישית המגנים על מכשירים אורטופדיים מושתלים מפני זיהומים", אמר טטרה.
"מחקר זה של דייב מוני והצוות שלו מציג פתרון אלגנטי ויעיל למניעת זיהומים בחולים המקבלים החלפות מפרקים. אבל מעבר לשתלים אורטופדיים, זה יכול להפוך גם לאמצעי הגנה רב תכליתי וקל ליישום עבור סוגים רבים אחרים של מכשירים השוכנים לאורך זמן בגוף האדם שיכולים ליצור בעיות דומות", אמר אינגבר, שהוא גם המטפל יהודה פולקמן פרופסור לביולוגיה של כלי דם בבית הספר לרפואה של הרווארד ובבית החולים לילדים בבוסטון, וה הפרופסור להנדסה בהשראה ביולוגית הנסורג וייס ב-SEAS.
המחקר נכתב גם על ידי שאנדה לייטבואן, שון קאנג, ווי-הונג יונג, חמזה איג'אז, ג'ין לי וסנדרה נלסון. הוא נתמך על ידי פרסים מהמכונים הלאומיים לבריאות (פרס # T32 AI007061 ו-NIH K08 AI180362), הרווארד Catalyst (פרס # UM1TR004408), כמו גם תרומות כספיות ממכון ויס, ואוניברסיטת הרווארד עם מרכזי הבריאות האקדמיים הקשורים אליה.
