نقش و تأثیر پلی اتیلن گلیکول در واکنش های آنافیلاکتیک نسبت به نانو واکسن های کووید-19

پلی اتیلن گلیکول (PEG) پلیمری است که اغلب برای دارورسانی انتخاب می شود و کاربردهای درمانی گسترده ای در درمان های مختلف سرطان دارد. این ماده بسیار محلول در آب و زیست سازگار در طبیعت است، بنابراین برای رهایش عوامل درمانی بی خطر است. داروها، پروتئین‌ها، آنزیم‌ها و آنتی‌بادی‌های کونژوگه با PEG متعددی قبلاً توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده برای درمان تأیید شده‌اند و داروهای بسیار دیگری تحت آزمایش‌های بالینی هستند. PEG با توجه به شکل، وزن مولکولی و گروه های عاملی آن تعیین ویژگی می شود. بنابراین انتخاب مشتقات PEG برای کاربردهای مختلف بسیار مهم است. کونژوگاسیون PEG حلالیت، پایداری و ویژگی های فارماکوکینتیک دارو را بهبود می بخشد. از طرفی به دلیل ویژگی پوشانندگی این پلیمر که داروها را در برابر سیستم ایمنی بدن محافظت می کند، استفاده از آن از نظر بالینی برای درمان سرطان تایید شده است.

پلی اتیلن گلیکول، که به عنوان تثبیت کننده در فرمولاسیون های نانوپزشکی استفاده می شود، اخیراً به عنوان علت احتمالی  واکنش های آنافیلاکتیک نسبت به واکسن های مبتنی بر mRNA کووید 19 معرفی شده است، اما شواهدی که این مسئله را تایید می کند متناقض است و عوامل دیگری ممکن است دخیل باشند.

تایید واکسن های مبتنی بر RNA پیام رسان (mRNA) توسط آژانس های دارویی ملی و بین المللی برای COVID-19 راه را برای کاربرد بالینی نانوذرات لیپیدی جامد (SLNPs) هموار کرده است. برای هر دو محصول، کارآزمایی‌های بالینی فاز III، کارآیی و ایمنی بسیار خوبی را با عوارض جانبی شدید کمیاب (SAEs) نشان داد که در گروه‌های واکسن و دارونما متوازن بود. با این وجود، 4.7 و 2.8 مورد در هر میلیون واکنش آنافیلاکتیک در ماه‌های اول کمپین واکسیناسیون به ترتیب برای واکسن Pfizer/BioNTech و واکسن مدرنا ثبت شده است. اگرچه این اعداد فقط کمی بیشتر از نرخ های گزارش شده برای واکسن آنفولانزا (1.3 در میلیون دوز) است، اما درک خطر از زمان شروع کارزار واکسیناسیون که صدها میلیون نفر در سراسر جهان واکسن را تزریق کرده اند، به شدت تقویت شده است. علاوه بر این، پژواک روزنامه‌ها، تلویزیون و رسانه‌های اجتماعی پیام‌های تشویق‌کننده منتشر شده توسط جامعه علمی در مورد کارایی و ایمنی واکسن‌ها را به‌طور غیرعادی تحریف کرده است.

پلی اتیلن گلیکول (PEG)، پلیمر مورد استفاده در این واکسن ها برای پوشش SLNPs، به عنوان مظنون اصلی برای این واکنش های آنافیلاکتیک معرفی شده است. PEG طیف گسترده ای از کاربردها را در بسیاری از محصولات دیگر مانند لوازم آرایشی، مواد غذایی و داروها دارد. فعالیت PEG برای حفظ پایداری کلوئیدی نانوذرات در مایعات زیستی و کاهش جذب آنها توسط اندام‌های فیلترکننده مانند کبد و طحال و کلیه و بهبود کارایی و ایمنی آنها پس از تلقیح بسیار مهم است.

برای مدت طولانی، PEG به عنوان یک پلیمر غیر ایمنی زا طبقه بندی می شد، حتی زمانی که همراه با ادجوانت فروند تجویز می گردید. به لطف این بی اثری، این پلیمر به طور خاص برای کاهش ایمنی زایی برخی از داروهای بیوتکنولوژی به کار گرفته شده است، با موارد بسیار محدودی از آنافیلاکسی در افراد که بعداً با آزمایش های پوستی حساسیت آن ها به PEG مشخص گردید. شواهدی مبنی بر اینکه تقریباً یک سوم از کسانی که پس از واکسیناسیون، آنافیلاکسی را تجربه کرده‌اند، سابقه قبلی واکنش‌های آلرژیک یا آنافیلاکتیک داشته‌اند، پیشنهاد می‌دهد که آنتی‌بادی‌های ضد PEG که پس از قرار گرفتن در معرض ترکیبات پگیله PEGylated تولید شده‌اند، ممکن است نقشی داشته باشند. در واقع، تحقیقات اخیر روی نمونه‌های پلاسما از بیمارستان‌ها یا شرکت‌های خدماتی مستقر در ایالات متحده نشان داد که 65 تا 76 درصد از جمعیت عمومی دارای آنتی‌بادی‌های ضد PEG با غلظت متوسط 52 نانوگرم در میلی‌لیتر هستند. با این حال، در یک مطالعه چند مرکزی دیگر که بر روی بیش از 1300 نفر انجام گرفت، اعداد بسیار کمتر بود، با 23 تا 24 درصد افراد مثبت از نظر ایمونوگلوبولین M (IgM) یا IgG که قادر به تشخیص PEG بودند، اما در بین این افراد تنها 4 تا 9 درصد آنتی بادی اختصاصی تایید شده برای PEG (تیتر ≥80) را داشتند. نتایج تحقیق اخیر با سایر مطالعات قبلی مطابقت دارد. چنین نتایج بحث برانگیزی احتمالاً ناشی از تفاوت در به کارگیری گروهی افراد و روش های تحلیلی مورد استفاده برای تشخیص آنتی بادی است. برای روشن کردن این موضوع، پروتکل‌ها (به کارگیری افراد، طبقه‌بندی، تحلیل‌های آماری و روش‌های تجربی) برای تعیین آنتی‌بادی‌های ضد PEG باید هماهنگ شوند.

به طور گسترده نشان داده شده است که PEG ممکن است پاسخ ایمنی زایی خود را در صورت کونژوگه شدن با سایر ترکیبات مانند پروتئین ها، لیپوزوم ها یا انواع دیگر نانوذرات افزایش دهد. به طور خاص تر، ترکیب PEG با نانوذرات ممکن است منجر به واکنش های حساسیت بیش از حد شود که عمدتاً شامل فعال شدن سیستم کمپلمان، از طریق مکانیزمی به نام شبه آلرژی مرتبط با فعال سازی کمپلمان (CARPA) می شود.

در مورد واکسن‌های کووید 19، CARPA حتی اگر آنتی‌بادی‌های ضد PEG از قبل میل ترکیبی کمی برای PEG داشته باشند، می‌تواند فعال شود. در واقع، از آنجایی که چندین مولکول PEG سطح SLNPs را می پوشانند، یک برهمکنش اولیه و ضعیف آنتی PEG/PEG می تواند با جذب آنتی بادی در قسمت لیپیدی SLNPs تثبیت شود، بنابراین به نوبه خود باعث فعال شدن کمپلمان در یک زیر مجموعه از افراد بسیار حساس می گردد ​(شکل 1). بر این اساس، SLNP ها ممکن است خطر مرتبط با آنتی بادی های ضد PEG را در مقایسه با PEG های غیر متصل افزایش دهند

شکل 1) نمایش شماتیک جذب بالقوه آنتی بادی های ضد PEG در سطح SLNPs

در SLNP های پوشیده شده توسط چندین مولکول PEG، جذب آنتی بادی های PEG به سطح لیپیدی ممکن است اتصال ضعیف anti-PEG-PEG را تثبیت و پاسخ کمپلمان را فعال کند.

برای درک بهتر نقش آنتی‌بادی‌های ضد PEG مرتبط با نانوذرات، باید به داده‌های جمع‌آوری‌شده برای Doxil، یک لیپوزوم PEGylated که در حال حاضر در کلینیک برای درمان سرطان استفاده می‌شود، نگاهی بیندازیم. یک مطالعه آزمایشگاهی با استفاده از پلاسمای موش نشان داد که پیش انکوباسیون Doxil با IgM ضد PEG تجاری در غلظت 10 میکروگرم در میلی لیتر، کمپلمان را فعال می کند، که با افزایش سطح C3a ارزیابی می شود، در حالی که انکوباسیون با IgG ضد PEG فعال شدن سیستم کمپلمان را القا نمی کند. با این حال، غلظت آنتی‌بادی‌های تجاری مونوکلونال مورد استفاده در مطالعه، وضعیت in vivo را منعکس نمی‌کند، جایی که میانگین آنتی‌بادی‌های ضد PEG در افراد مثبت 52 نانوگرم در میلی‌لیتر بود. در واقع، همان مطالعه، هنگام تجزیه و تحلیل مستقیم پلاسمای داوطلبان انسانی، هیچ ارتباطی بین غلظت آنتی‌بادی‌های ضد PEG از قبل موجود در نمونه‌های پلاسما توسط نویسندگان و فعال شدن کمپلمان پس از انکوباسیون با Doxil پیدا نکرد. بنابراین، نویسندگان بیان کردند که وجود آنتی‌بادی‌های پلی کلونال از قبل موجود واکنش‌دهنده علیه PEG، متوکسی-PEG یا لیپوزوم‌های PEGylated ممکن است به طور دقیق فعال‌سازی کمپلمان توسط Doxil را در شرایط آزمایشگاهی پیش‌بینی نکند. اگرچه ب یک مطالعه با حجم نمونه محدود (20 نفر)، تحقیقات همچنین نشان داد که در بین افراد دارای IgM و IgG ضد PEG از قبل، شیوع زنان (حدود 80٪) وجود دارد. بسیار جالب است که این درصد با در نظر گرفتن تیترهای آنتی بادی بالاتر به نزدیک به 100٪ افزایش یافت.

مانند داکسیل، SLNP های تشکیل دهنده واکسن های Pfizer/BioNTech و Moderna دارای سطح PEGylated هستند که می تواند با آنتی بادی های در حال گردش و اجزای سرم واکنش بدهد. بنابراین، می‌توان وقوع تقریباً انحصاری واکنش‌های آنافیلاکتیک را پس از تجویز واکسن‌های Pfizer/BioNTech و Moderna در زنان (63 مورد از 66 مورد) با شیوع آنتی‌بادی‌های ضد PEG در زنان مرتبط کرد. با این حال، مطالعه کوهورت قبلی با حجم نمونه بزرگ (تعداد = 1020) که گزارش داده بود آنتی‌بادی‌های ضد PEG در 65 درصد از زنان در مقابل 35 درصد از مردان وجود دارد با تفاوتی کمتر از مطالعه قبلی، شک و تردیدها را در مورد اینکه آیا وجود آنتی بادی‌های ضد PEG می‌تواند به تنهایی دلیل نسبت بالای واکنش‌های آلرژیک شدید به واکسن‌های کووید-19زنان به مردان باشد را از بین می‌برد. علاوه بر این، باید توجه داشت که واکنش های آنافیلاکتیک – به داروها، غذاها یا زهر حشرات – به طور کلی در زنان با نسبت 60:40 بیشتر است. شواهد دیگری که به نظر می‌رسد میتواند PEG را به‌عنوان یک عامل کلیدی در SAEها کنار بگذارد، تداوم شیوع SAEها در زنان حتی در گروهی از جمعیت دریافت‌کننده واکسن‌های غیرPEGylated  ضد COVID-19 است.

برخلاف بسیاری از اشکال ویروسی دیگر، به نظر می رسد عدم تعادل بین جنسیت ها از ویژگی های «داستان کووید» است. در حالی که هم شدت بالینی و هم میزان مرگ و میر در مردان به طور قابل توجهی بیشتر از زنان است، داده ها در مورد شیوع عوارض جانبی پس از واکسیناسیون روند مخالف را نشان می دهد. دلایل واکنش‌پذیری بیشتر زنان نسبت به مردان به واکسن‌ها ممکن است چندگانه و به هم مرتبط باشد. هورمون‌ها و فعال‌سازی سیستم ایمنی با واسطه سلولی می‌توانند نقش مهمی در کاهش انتشار ویروس، در صورت عفونت، یا در تقویت عوارض جانبی پس از واکسیناسیون داشته باشند. مطابق با فرضیه عملکردی فوق، یک روند واضح مرتبط با سن در جمعیت زنان وجود دارد، به طوری که زنان زیر 50 سال پیش آگهی بهتری پس از عفونت کووید دارند اما عوارض جانبی پس از واکسیناسیون در این زنان بیشتر است. علاوه بر این، مکانیسم نحوه تعامل SLNPs با سلول های میزبان می تواند در تفاوت واکنش پذیری برای هر جنس نقش داشته باشد. جالب توجه اینست که مطالعه دیگری نشان داد که سرعت  ورود بین سلولین قاط کوانتومی می تواند تحت تاثیرمرحله/سن رشد سلولی (سلول های بنیادی آمنیوتیک در مقابل سلول های تمایز یافته از بزرگسالان) و جنسیت سلولی قرار بگیرد. این شواهد، هرچند مقدماتی، ممکن است مکانیسم جایگزینی را برای پاسخ مربوط به جنسیت/سن پیشنهاد دهد. مطالعه دیگری، بخشی از واکنش آنافیلاکتیک پس ازتزریق واکسن Pfizer/BioNTech را در یک زن با وجود آنتی بادی‌های ضد PEG، که با آزمایش پوستی مشخص شده بود، مرتبط کرد. با این حال، این مطالعه نشان داد که در سه فرد دیگر که واکنش نامطلوب سیستمیک مشابهی را تجربه کرده‌اند، آنتی‌بادی‌های ضد PEG از قبل موجود نبوده است. به طور کلی، علیرغم تعداد محدودی از موارد توصیف شده، نتایج این مطالعه نشان می دهد که نقش PEG در بروز واکنش های آنافیلاکتیک ممکن است حاشیه ای باشد.

برهمکنش بین نانوذرات و ماتریس‌های بیولوژیکی که با آن‌ها مواجه می‌شوند، در دهه گذشته مورد بحث بوده است و تلاش‌های زیادی برای توصیف «برهم‌کنش زیست نانو» صورت گرفته است. واضح است که خواص فیزیکی و شیمیایی مانند نوع ماده، سفتی، پتانسیل زتا و پوشش سطحی می‌تواند بر ترکیب تاج پروتئینی نانوذره (پروتئین کرونا) و در نتیجه پایداری کلوئیدی نانوذرات و تمایل آنها به تجمع یا نفوذ به داخل پس از تزریق تأثیر بگذارد.

تصور می‌شود که برهمکنش‌های نانوذرات با محیطشان عمدتاً زمانی اتفاق می‌افتد که به صورت سیستمیک در بدن تجویز شوند. با این حال، نمی‌توانیم فعل و انفعالات بالقوه بالادست، مانند واکنشهایی که بین SLNPها و سرنگ‌های مورد استفاده برای تزریق رخ می‌دهند، نادیده بگیریم. به عنوان مثال، SLNP ها می توانند با قطرات سیلیکون زیرمیکرومتری که به عنوان روان کننده برای پیستون استفاده می شوند، واکنش داشته باشند و منجر به جداسازی و/یا تجمع SLNP ها شوند. اگرچه به خوبی مشخص شده است که این پدیده در مورد داروهای بیوتکنولوژی رخ می دهد، اما مطالعه اخیر پایداری واکسن Pfizer/BioNTech را در این سرنگ ها تحت استفاده واقعی نشان داد، در حالی که تنها استرس مکانیکی قوی، مانند تکان دادن، می تواند تجمع  mRNA و و تخریب SLNP را تقویت کند.

در نتیجه، اگرچه آنافیلاکسی به ندرت پس از واکسیناسیون رخ می دهد، اما این یک واکنش آلرژیک تهدید کننده زندگی است که نیازمند توسعه سیستم های دارورسانی ایمن، واکسن ها و عوامل پایدارکننده الهام گرفته از زیست است. از سوی دیگر، PEG به طور سنتی برای جلوگیری از تجمع SLNP و بهبود زیست سازگاری آنها استفاده می‌شود و استفاده از آن، که با پشتیبانی یک پایگاه داده بالینی از محصولات PEGylated انجام میگیرد، خطرات توسعه مواد تثبیت‌کننده جدید را کاهش می‌دهد. جمع‌آوری مداوم داده‌ها در مورد خطرات بالقوه نادر و نظارت فعال بر جمعیت‌های آسیب‌پذیر، مانند افرادی که سابقه اثبات شده واکنش‌های آلرژیک دارند، می‌تواند به شناسایی خطرات قرار گرفتن در معرض PEG و توسعه واکسن‌های مؤثر و ایمن کمک کند. این امر به ویژه هنگام در نظر گرفتن گسترش استفاده از واکسن‌های کووید 19 PEGylated SLNP برای جمعیت کودکان مهم است.

تولید سریع واکسن‌های مبتنی بر mRNA نه تنها به لطف تلاش زیاد از نظر زمان، افراد و پول، بلکه به لطف مجموعه عظیمی از شواهد جمع‌آوری شده در مطالعات پیش‌بالینی قبلی روی نانوحامل‌های مشابه با هدف رهایش اسید نوکلئیک امکان‌پذیر شده است. بنابراین، با توجه به کاربرد گسترده آنها، می توان امیدوار بود که واکسن های مبتنی بر نانو ممکن است با ارائه نشانه های قوی در مورد ایمنی و نانوسینتیک SLNPها، ورق را به نفع خودشان برگردانند، که منجر به ترجمه بالینی سریعتر سایر محصولات زیست پزشکی مبتنی بر فناوری نانو شود.

منبع:

The role and impact of polyethylene glycol on anaphylactic reactions to COVID-19 nano-vaccines, Nature Nanotechnology volume 16, pages 1169–1171 (2021)