Forskare vid University of Texas i Dallas undersöker användningen av helcellsvaccin för att bekämpa urinvägsinfektion (UTI), en del av ett försök att ta itu med det allt allvarligare problemet med antibiotikaresistenta bakterier.

Dr Nicole De Nisco, biträdande professor i biologiska vetenskaper, och Dr Jeremiah Gassensmith, docent i kemi och biokemi, demonstrerade nyligen användningen av metallorganiska ramverk (MOF) för att kapsla in och inaktivera hela bakterieceller för att skapa en "depå". som gör att vaccinerna håller längre i kroppen.

Den resulterande studien publicerades online den 21 september i American Chemical Societys tidskrift ACS Nano , visade att hos möss gav denna metod avsevärt förbättrad antikroppsproduktion och signifikant högre överlevnadsgrad jämfört med standardmetoder för helcellsvaccinberedning.

"Vaccination som en terapeutisk väg för återkommande urinvägsinfektioner undersöks eftersom antibiotika inte fungerar längre," sa De Nisco. "Patienter förlorar sina blåsor för att rädda sina liv eftersom bakterierna inte kan dödas av antibiotika eller på grund av en extrem allergi mot antibiotika, vilket är vanligare i den äldre befolkningen än vad folk kanske inser."

American Urological Association uppskattar att 150 miljoner urinvägsinfektioner inträffar årligen över hela världen, vilket står för 6 miljarder dollar i medicinska utgifter. Om den inte behandlas framgångsrikt kan en UVI leda till sepsis, vilket kan vara dödligt.

Återkommande urinvägsinfektion, sa De Nisco, betraktas främst som ett kvinnohälsoproblem, och även om det är vanligt – särskilt hos postmenopausala kvinnor – är det något som många kvinnor inte pratar mycket om.

"Varje efterföljande infektion blir svårare att behandla," sa De Nisco. "Även om du rensar bort bakterierna från urinblåsan, kvarstår populationer någon annanstans och blir vanligtvis resistenta mot antibiotikan som används. När patienter ackumulerar antibiotikaresistens kommer de så småningom att få slut på alternativ."

De Niscos fortsatta utforskning av hur UTI utvecklas och återkommer hos äldre kvinnor finansieras av ett nyligen femårigt anslag på 1,3 miljoner USD från National Institutes of Health.

De Niscos samarbete med Gassensmith inleddes i slutet av 2018 efter att hon höll en presentation om UTIs mikrobiologi för en säkerhetsprotokollkommitté på campus.

"Efteråt pratade vi om min forskargrupps idé att skapa bättre helcellsvacciner genom att bevara antigener i denna depå med långsam frisättning," sa Gassensmith. "Vid den tiden hade vi inga riktiga modeller att testa det med, och jag tyckte att UTI var en mycket bra möjlighet."

Vacciner fungerar genom att introducera en liten mängd dödade eller försvagade sjukdomsframkallande bakterier, eller några av deras komponenter, till kroppen. Dessa antigener får immunsystemet att producera antikroppar mot en viss sjukdom. Att bygga vaccin mot patogena bakterier är i sig svårt eftersom bakterier är betydligt större och mer komplexa än virus. Att välja vilka biologiska komponenter som ska användas för att skapa antigener har varit en stor utmaning.

Följaktligen är det att föredra att använda hela cellen framför att bara välja en bit av en bakterie, sa Gassensmith.

"Vi kastar hela diskbänken på dem eftersom det är vad din kropp normalt ser när den blir infekterad", sa han.

Helcellsmetoden har dock sina egna problem.

"Vaccin som använder helcellsdöda bakterier har inte lyckats eftersom cellerna vanligtvis inte varar tillräckligt länge i kroppen för att producera långsiktiga, hållbara immunsvar," sade Gassensmith. "Det är anledningen till vår MOF-antigendepå:Den tillåter en intakt, död patogen att existera i vävnad längre, som om det vore en infektion, för att utlösa ett fullskaligt immunsystemsvar."

Det metallorganiska ramverket som Gassensmiths team utvecklade inkapslar och immobiliserar en enskild bakteriecell i en kristallin polymermatris som inte bara dödar bakterien utan också bevarar och stabiliserar den döda cellen mot hög temperatur, fukt och organiska lösningsmedel.

I sina experiment använde forskarna en stam av Escherichia coli . Det finns inga vacciner mot någon patogen stam av denna bakterie. Uropatogen E. coli orsakar cirka 80 % av alla UVI som förvärvats av samhället.

"När vi utmanade dessa möss med en dödlig injektion av bakterier, efter att de vaccinerats, överlevde nästan alla våra djur, vilket är en mycket bättre prestanda än med traditionella vaccinmetoder," sa Gassensmith. "Det här resultatet upprepades flera gånger, och vi är ganska imponerade över hur tillförlitligt det är."

Även om metoden ännu inte har testats på människor, sa De Nisco att den har potential att hjälpa miljontals patienter.

"Denna studie på UTI var ett bevis på att helcellsvacciner är mer effektiva i denna extrema, dödliga sepsismodell," sa De Nisco. "Att visa att detta fungerar mot återkommande UVI skulle vara ett betydande genombrott."

Utöver återkommande urinvägsinfektion eller urosepsis tror forskarna att antigendepåmetoden kan tillämpas brett på bakterieinfektioner, inklusive endokardit och tuberkulos.

"Vi arbetar på att översätta detta tillvägagångssätt till TB, som är en helt annan organism, men som uropatogen E. coli , när det kommer in i vävnaden stannar det och det återkommer," sa Gassensmith. "Det kräver ett nytt sätt att tänka på hur vacciner ska fungera.

"Vaccintekniken är ungefär två århundraden gammal, och den har utvecklats otroligt lite. Vi hoppas att vår plattform kan öppna upp med hjälp av befintliga, välstuderade patogener för att skapa mer riktade och konstruerade immunsvar." + Utforska vidare

Återkommande UTI länkade till dold reservoar