I componenti mRNA e LNP generano ciascuno segnali immunitari distinti per una risposta vaccinale ottimale

Capire esattamente come i vaccini a mRNA generino un'immunità forte e duratura è rimasta una questione aperta sin dal loro rapido sviluppo e impiego contro il COVID-19. Sebbene fosse noto che le nanoparticelle lipidiche possiedono un'attività adiuvante intrinseca, il contributo immunologico dello stesso mRNA a nucleosidi modificati era stato in larga misura ignorato, poiché i nucleosidi modificati come la pseudouridina erano stati introdotti proprio per attenuare il riconoscimento immunitario innato. Questo studio smonta sistematicamente tale assunzione e assegna ruoli biologici distinti a ciascun componente del vaccino.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato una combinazione di vaccini mRNA-LNP preparati su misura — codificanti l'emoagglutinina influenzale (HA) o il dominio RBD di SARS-CoV-2 — nonché il vaccino autorizzato Moderna Spikevax, in modelli murini con knockout condizionali, linee cellulari reporter, studi di fotoattivazione e dosaggi di citochine ad alta sensibilità. I ricercatori hanno riscontrato che l'mRNA a nucleosidi modificati — anche dopo purificazione — attiva ancora una produzione misurabile di interferone di tipo I (IFN-α e IFN-β), con un picco intorno alle 8 ore dopo l'iniezione nel linfonodo drenante, nel siero e nel sito di iniezione. Questa risposta interferonica procede attraverso una via dipendente da IRF3/IRF7, indipendentemente da TLR7 o TLR4.

In modo cruciale, il blocco della segnalazione del recettore dell'interferone 1 (IFNAR) — o la delezione genetica di IFNAR specificamente nelle cellule dendritiche — ha compromesso gravemente le risposte delle cellule Tfh e delle cellule B del centro germinativo a Spikevax e all'mRNA-LNP per HA, ma non quando i topi erano immunizzati con antigene proteico miscelato con LNP vuote. È stato dimostrato che la segnalazione di IFN di tipo I nelle cellule dendritiche potenzia l'espressione delle molecole costimolatorie CD80 e CD86 e migliora la presentazione antigenica tramite MHC II. La componente mRNA ha inoltre modellato la qualità funzionale delle cellule Tfh e favorito la generazione di plasmacellule longeve e cellule B della memoria.

Parallelamente, è stato osservato che la componente LNP attiva nelle cellule dendritiche un distinto programma trascrizionale che include la sovraregolazione di CD25, del ligando costimaolatorio ICOSL e del recettore per gli ossisteroli Ebi2 — fattori che controllano il posizionamento delle cellule dendritiche al confine T-B nel linfonodo e supportano direttamente l'impegno delle cellule Tfh. Gli esperimenti di fotoattivazione hanno rivelato che la maggioranza delle cellule dendritiche convenzionali nel linfonodo drenante ha internalizzato efficientemente le LNP e tradotto l'mRNA in situ, mentre solo una minoranza aveva processato il materiale vaccinale nel sito di iniezione — sottolineando il ruolo del linfonodo come sede primaria dell'istruzione immunitaria.

Questi risultati stabiliscono un modello a doppio adiuvante per i vaccini mRNA-LNP: l'mRNA agisce come induttore di IFN di tipo I che amplifica la funzione delle cellule dendritiche e l'entità del centro germinativo, mentre le LNP modellano la localizzazione delle cellule dendritiche e il loro fenotipo costimaolatorio per facilitare la differenziazione delle cellule Tfh. I due meccanismi cooperano ma sono separabili dal punto di vista funzionale, aprendo la strada a una riprogettazione razionale dei vaccini a mRNA per ottimizzare ciascun componente in modo indipendente in funzione di diversi obiettivi immunologici.