Vaccini Covid-19: dove, come e quando si distribuisce nel corpo un vaccino a mRNA

Propongo alla vostra lettura questo bellissimo lavoro di Imaging che documenta la distribuzione precoce di un vaccino a mRNA nelle scimmie.

Immagini del destino precoce dei vaccini a mRNA

Di Sebastian Ols e Karin Loré Nature Biomedical Engineering volume 3, pagine 331–332 (2019)

La biodistribuzione dei componenti di un vaccino a RNA messaggero a seguito della sua somministrazione in primati non umani può essere monitorata in modo non invasivo marcando il vaccino con un radionuclide e studiato con doppia sonda-vicino all'infrarosso (tecnica NIR = Near Infra Red)/ v. nota personale in basso).

Ogni anno vengono somministrati molti milioni di dosi di vaccino. Tuttavia, la comprensione fondamentale della biodistribuzione dei componenti del vaccino e della qualità delle prime risposte immunitarie che determinano il grado di protezione suscitato dai vaccini rimane limitata.

È stato proposto che, dopo la somministrazione del vaccino, si formi un deposito di antigene vaccinale e adiuvante nel sito di iniezione e che il rilascio graduale dell'antigene inneschi quindi il sistema immunitario per attivare una risposta al vaccino.

Tuttavia, studi sui topi hanno dimostrato che l'antigene del vaccino viene rapidamente disseminato dal sito di iniezione ai linfonodi drenanti, poiché la rimozione del sito di iniezione (tipicamente, nell'orecchio di un topo) poche ore dopo l'immunizzazione non ha ridotto la risposta del vaccino (1). Questa osservazione è supportata da altri studi che hanno utilizzato la marcatura radioattiva degli antigeni del vaccino per dimostrare che la maggior parte di questi antigeni lascia il sito di iniezione entro un giorno dall'immunizzazione (2).

Sebbene lo sviluppo di vaccini sia stato storicamente empirico, la progettazione razionale di nuovi vaccini richiede una comprensione più profonda dell'interazione tra il vaccino e il sistema immunitario. Da un Report in Nature Biomedical Engineering, Philip Santangelo e colleghi descrivono ora un metodo di monitoraggio, tramite tomografia computerizzata a emissione di positroni (PET-TC) e imaging vicino all'infrarosso, la biodistribuzione di un vaccino mRNA marcato con un radionuclide e studiato con sonda vicino all'infrarosso (3) dopo l'immunizzazione.

Santangelo e coautori hanno marcato un modello di vaccino (mRNA prME per la febbre gialla) con una sonda composta dal radionuclide 64Cu, per l'imaging PET e DyLight 680, per l'imaging nel vicino infrarosso. A seguito della valutazione longitudinale della biodistribuzione del vaccino dopo la somministrazione a macachi cynomolgus, hanno scoperto che il vaccino era diretto esclusivamente al sito di iniezione e ai linfonodi che drenavano il tessuto del sito di iniezione (Fig. 1a).

Il vaccino è stato somministrato per iniezione intramuscolare nel muscolo quadricipite della gamba e di conseguenza è finito nei linfonodi inguinali, iliaci e paraaortici (Fig. 1b). Entro quattro ore dall'iniezione del vaccino, l'intensità del segnale radioisotopico nei linfonodi è diminuita in proporzione alla distanza dal sito di iniezione, suggerendo che il vaccino sarebbe stato distribuito dal sito di iniezione a vari linfonodi o che inizialmente migra verso il linfonodo più vicino e poi se ne va e si sposta al successivo.

In questo contesto, un precedente studio con esperimenti negli ovini ha mostrato che l'uscita del vaccino e delle cellule da un linfonodo avviene a un ritmo molto lento, nell'intervallo di 48 ore (4), indicando quindi che i vaccini probabilmente si diffondono direttamente a linfonodi diversi e preferenzialmente ai linfonodi con il drenaggio più efficiente o a quelli più vicini al sito di iniezione.

Gli autori hanno anche osservato che il vaccino mRNA ha continuato ad accumularsi nei linfonodi drenanti per almeno 28 ore dopo la vaccinazione e che nella maggior parte dei casi solo un singolo linfonodo nel contesto di ciascun cluster di linfonodi anatomici visualizzava un segnale. Tuttavia, a causa del numero limitato di animali analizzati in questi esperimenti, è difficile concludere se un cluster anatomico nella catena dei linfonodi fosse preferenzialmente colpito rispetto ad altri. In ogni caso, è chiaro che il vaccino ha una localizzazione molto limitata a questi gruppi di linfonodi, poiché non è stata osservata alcuna diffusione sistemica ad altri organi.

Queste osservazioni sono in linea con studi precedenti che utilizzavano il rilevamento basato sulla citometria a flusso di vaccini marcati in modo fluorescente dopo la somministrazione in primati non umani (5,6) e topi (7,8,9). Infatti, i processi essenziali nel contesto della vaccinazione, come la presentazione dell'antigene e la stimolazione delle risposte delle cellule T antigene-specifiche, sembrano aver luogo esclusivamente nei linfonodi che drenano il sito di iniezione del vaccino sia dopo l'immunizzazione primaria che dopo l'immunizzazione di richiamo (6).

Cos'è la tecnica NIR?

NIR è l’acronimo di Near Infra Red che significa infrarosso vicino al visibile. La spettroscopia NIR, scoperta da Herschel nel XIX secolo, si è sviluppata in modo importante tra gli anni ‘80 e ‘90 in diversi settori applicativi come il petrolchimico, il chimico, il farmaceutico e il settore alimentare mangimistico. Sostanzialmente si basa sul fenomeno fisico dell’assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche nella regione spettrale 12800-4000 cm-1 tra il visibile e l’infrarosso.

Il segnale analitico è funzione dell’interazione tra il campione e la radiazione incidente. L’interazione provoca transizioni (movimenti) vibrazionali multipli (bande di combinazione e overtone) degli stretching (allungamento di legame) e dei bending (deformazione dell’angolo di legame) presenti nell’infrarosso.

I gruppi funzionali polari come OH, CH, NH ecc. danno luogo a questa tipologia di interazione ed è per questa ragione che la spettroscopia NIR è la tecnica di elezione per la caratterizzazione di acqua, lipidi, grassi, proteine e carboidrati. Da un punto di vista fisico un raggio NIR, fatto incidere su un campione, può dare luogo a diversi comportamenti:

• trasmissione, campioni trasparenti
• riflessione, campioni non trasparenti

entrambi utilizzabili da un punto di vista analitico.

Il risultato finale è lo spettro NIR rappresentato dall’assorbimento a ogni lunghezza d’onda (differenza tra l’intensità della radiazione NIR incidente e quella in arrivo al detector). Le applicazione della spettroscopia NIR sono innumerevoli e in continua evoluzione e crescita.

Bibliografia

1. Hutchison, S. et al. FASEB J. 26, 1272–1279 (2012).
2. Gupta, R. K., Chang, A. C., Griffin, P., Rivera, R. & Siber, G. R. Vaccine 14, 1412–1416 (1996).
3. Lindsay, K. E. et al. Biomed. Eng. (2019).
4. Neeland, M. R. et al. Immunol. 197, 2704–2714 (2016).
5. Liang, F. et al. Ther. 25, 2635–2647 (2017).
6. Liang, F. et al. Transl. Med. 9, eaal2094 (2017).
7. Dupuis, M., McDonald, D. M. & Ott, G. Vaccine 18, 434–439 (1999).
8. Calabro, S. et al. Vaccine 29, 1812–1823 (2011).
9. Didierlaurent, A. M. et al. Immunol. 193, 1920–1930 (2014).
10. Santangelo, P. J. et al. Methods 12, 427–32 (2015).

Fonte: Imaging the early fate of mRNA vaccines