Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Dallas onderzoeken het gebruik van hele-celvaccins om urineweginfecties (UTI) te bestrijden, als onderdeel van een poging om het steeds ernstiger wordende probleem van antibioticaresistente bacteriën aan te pakken.

Dr. Nicole De Nisco, assistent-professor biologische wetenschappen, en Dr. Jeremiah Gassensmith, universitair hoofddocent chemie en biochemie, hebben onlangs het gebruik aangetoond van metaal-organische raamwerken (MOF's) om hele bacteriële cellen in te kapselen en te inactiveren om een ​​"depot" te creëren waardoor de vaccins langer in het lichaam kunnen blijven.

De resulterende studie, online gepubliceerd op 21 september in het tijdschrift ACS Nano van de American Chemical Society , toonde aan dat deze methode bij muizen een aanzienlijk verhoogde antilichaamproductie en significant hogere overlevingspercentages opleverde in vergelijking met de standaard bereidingsmethoden voor hele-celvaccins.

"Vaccinatie als therapeutische route voor terugkerende UTI's wordt onderzocht omdat antibiotica niet meer werken," zei De Nisco. "Patiënten verliezen hun blaas om hun leven te redden, omdat de bacteriën niet kunnen worden gedood door antibiotica of vanwege een extreme allergie voor antibiotica, wat vaker voorkomt bij de oudere bevolking dan mensen misschien beseffen."

De American Urological Association schat dat jaarlijks 150 miljoen UTI's wereldwijd voorkomen, goed voor $ 6 miljard aan medische uitgaven. Als een urineweginfectie niet met succes wordt behandeld, kan dit leiden tot sepsis, wat fataal kan zijn.

Terugkerende UTI, zei De Nisco, wordt in de eerste plaats beschouwd als een gezondheidsprobleem voor vrouwen, en hoewel het vaak voorkomt, vooral bij postmenopauzale vrouwen, is het iets waar veel vrouwen niet veel over praten.

"Elke volgende infectie wordt moeilijker te behandelen", zei De Nisco. "Zelfs als je de bacteriën uit de blaas verwijdert, blijven populaties elders bestaan ​​en worden ze meestal resistent tegen het gebruikte antibioticum. Wanneer patiënten antibioticaresistentie opbouwen, zullen ze uiteindelijk geen opties meer hebben."

De Nisco's voortdurende onderzoek naar hoe UTI's vorderen en terugkeren bij oudere vrouwen wordt gefinancierd door een recente vijfjarige subsidie ​​van $ 1,3 miljoen van de National Institutes of Health.

De Nisco's samenwerking met Gassensmith begon eind 2018 nadat ze een presentatie had gegeven over de microbiologie van UTI aan een commissie voor veiligheidsprotocollen op de campus.

"Daarna spraken we over het idee van mijn onderzoeksgroep om betere hele-celvaccins te maken door antigenen in dit depot met langzame afgifte te bewaren," zei Gassensmith. "Destijds hadden we geen echte modellen om het mee te testen, en ik dacht dat UTI een zeer goede kans bood."

Vaccins werken door een kleine hoeveelheid gedode of verzwakte ziektekiemen, of sommige van hun componenten, in het lichaam te introduceren. Deze antigenen zetten het immuunsysteem aan tot het produceren van antilichamen tegen een bepaalde ziekte. Het bouwen van vaccins tegen pathogene bacteriën is inherent moeilijk omdat bacteriën aanzienlijk groter en complexer zijn dan virussen. Het was een grote uitdaging om te selecteren welke biologische componenten moeten worden gebruikt om antigenen te maken.

Daarom is het beter om de hele cel te gebruiken dan alleen een stukje van een bacterie te kiezen, zei Gassensmith.

"We gooien de hele gootsteen naar ze toe, want dat is wat je lichaam normaal gesproken ziet als het geïnfecteerd raakt", zei hij.

De hele-celbenadering heeft echter zijn eigen problemen.

"Vaccins die hele cel dode bacteriën gebruiken, zijn niet gelukt omdat de cellen meestal niet lang genoeg in het lichaam blijven om langdurige, duurzame immuunresponsen te produceren," zei Gassensmith. "Dat is de reden voor ons MOF-antigeendepot:het zorgt ervoor dat een intacte, dode ziekteverwekker langer in weefsel kan blijven bestaan, alsof het een infectie is, om een ​​volledige reactie van het immuunsysteem op gang te brengen."

Het metaal-organische raamwerk dat het team van Gassensmith ontwikkelde, kapselt en immobiliseert een individuele bacteriecel in een kristallijne polymere matrix die niet alleen de bacterie doodt, maar ook de dode cel conserveert en stabiliseert tegen hoge temperaturen, vocht en organische oplosmiddelen.

In hun experimenten gebruikten de onderzoekers een stam van Escherichia coli . Er zijn geen vaccins tegen een pathogene stam van deze bacterie. Uropathogene E. coli veroorzaakt ongeveer 80% van alle door de gemeenschap verworven urineweginfecties.

"Toen we deze muizen uitdaagden met een dodelijke injectie van bacteriën, nadat ze waren gevaccineerd, overleefden bijna al onze dieren, wat een veel betere prestatie is dan met traditionele vaccinbenaderingen," zei Gassensmith. "Dit resultaat werd meerdere keren herhaald en we zijn behoorlijk onder de indruk van hoe betrouwbaar het is."

Hoewel de methode nog niet op mensen is getest, zei De Nisco dat het de potentie heeft om miljoenen patiënten te helpen.

"Deze studie over UTI was een proof of concept dat hele-celvaccins effectiever zijn in dit extreme, dodelijke sepsis-model," zei De Nisco. "Aantonen dat dit werkt tegen terugkerende urineweginfecties zou een belangrijke doorbraak zijn."

Naast terugkerende urineweginfecties of urosepsis, geloven onderzoekers dat de antigeendepotmethode breed kan worden toegepast op bacteriële infecties, waaronder endocarditis en tuberculose.

"We werken eraan om deze benadering te vertalen naar tbc, een heel ander organisme, maar zoals uropathogene E. coli Als het in het weefsel terechtkomt, blijft het en komt het terug", zei Gassensmith. "Het vereist een nieuwe manier van denken over hoe vaccins zouden moeten werken.

"Vaccintechnologie is ongeveer twee eeuwen oud en is verbazingwekkend weinig geëvolueerd. We hopen dat ons platform zich kan openen met behulp van bestaande, goed bestudeerde pathogenen om meer gerichte en gemanipuleerde immuunreacties te creëren." + Verder verkennen

Terugkerende UTI's gekoppeld aan verborgen reservoir