Ottimizzare lo sviluppo di un vaccino attraverso l’uso di un modello matematico

Quando si tratta di progettare un nuovo vaccino contro un’infezione virale, gli sviluppatori di vaccini devono prendere diverse decisioni importanti. Una di queste è la scelta del tipo di risposta immunitaria che desiderano indurre. In un recente articolo del Forum in Trends in Immunology, un gruppo di ricercatori dell’UPF (Universitat Pompeu Fabra – Barcellona) e del Marchuk Institute of Numerical Mathematics di Mosca (Russia), guidato da Andreas Meyerhans e Gennady Bocharov, presentano una teoria che potrebbe essere d’aiuto su questo aspetto. Il team di ricerca ha utilizzato un modello matematico per comprendere meglio la risposta immunitaria ai vaccini. Questo potrebbe aiutare a migliorare la progettazione del vaccino e semplificare le sfide tecniche associate.

I virus sono parassiti intracellulari che hanno bisogno di cellule ospiti per moltiplicarsi. Quindi, affinché un virus infetti un essere umano, deve avere accesso ad alcune delle cellule del corpo che consentiranno ai virus di moltiplicarsi. La progenie virale verrà prodotta all’interno delle cellule infette e, dopo il rilascio, infetteranno altre cellule bersaglio nelle vicinanze. Senza alcuna risposta immunitaria per contrastare il virus, continuerà a diffondersi e potrebbe causare danni agli organi. I vaccini sono il metodo più conveniente per fornire a un ospite un’immunità specifica dal virus che lo aiuterà a mantenere il virus infettivo al di sotto dei livelli patogeni. Per fare questo, i vaccini possono produrre degli anticorpi, che aiutano a neutralizzare i virus liberi, e dei linfociti T citotossici, che sono in grado di distruggere le cellule infettate da virus e quindi in grado di ridurre il numero di cellule produttrici di virus. Sebbene entrambe le due strade della risposta immunitaria siano considerate di grande importanza per l’efficacia del vaccino, la domanda è: come cooperano? Le loro azioni sono semplicemente additive o più che additive? I ricercatori hanno affrontato queste domande fondamentali esaminando il contributo degli anticorpi e dei linfociti T citotossici utilizzando un modello matematico basato sulla dinamica dell’infezione da virus. Mostrano che questi due fattori di controllo primari dell’infezione da virus cooperano in modo moltiplicativo, piuttosto che additivo. Sebbene questa relazione possa sembrare astratta, ha conseguenze molto pratiche per lo sviluppo del vaccino. Ad esempio, un vaccino virale per essere efficiente deve aumentare la risposta immunitaria di base di un fattore di 10000, ciò può essere ottenuto in due modi. Gli anticorpi o i linfociti T citotossici vengono aumentati di un fattore 10000 oppure ciascuna di queste risposte viene aumentata solamente di un fattore 100. Quest’ultimo potrebbe essere più facile da ottenere in termini pratici.

Anche se queste considerazioni si basano solo su studi teorici e richiedono una validazione sperimentale, stanno emergendo i primi dati in questa direzione. Tale lavoro potrebbe essere di grande aiuto per la progettazione dei vaccini, semplificando le sfide tecniche, e quindi essere di qualche utilità pratica per l’assistenza sanitaria.