Simulare il sistema immunitario per sviluppare un vaccino influenzale universale

L’utilizzo e l’implementazione di un modello digitale in grado di simulare il comportamento del sistema immunitario umano potrebbe consentire l’individuazione di un vaccino universale per l’influenza, punto di riferimento considerato un traguardo rivoluzionario nella medicina attuale. Ad affermarlo è un recente studio condotto da un team di ricercatrici e ricercatori dell’Università di Catania nell’ambito delle attività svolte dallo Spoke 8 ‘In Silico Medicine and Omics Data’ del Centro Nazionale ICSC.

Grazie all’adozione di un simulatore denominato Universal Immune System Simulator (UISS), gli scienziati hanno infatti dimostrato come sia possibile ridurre i tempi necessari per la selezione di una formula vaccinale efficace per la protezione dal virus influenzale H1N1. Pubblicato sulla rivista BMC Bionformatics, il risultato fornisce una prova della validità della nuova metodologia proposta e apre la strada alla possibilità di estendere con successo la sua applicazione per lo sviluppo di un vaccino a copertura di tutte le varianti influenzali.

L’approccio che fa ricorso alle risorse di bionformatica, e di conseguenza alla necessaria capacità di calcolo che esse richiedono, non costituisce di certo una novità per settore della vaccinologia, come dimostrato anche dalle tristemente note circostanze che hanno portato alla realizzazione, in tempi record, dei primi vaccini contro il Covid-19. Sin dai primi anni 2000, l’avvento di simili strumenti è infatti coinciso con la nascita della cosiddetta vaccinologia inversa, la quale rende possibile individuare le sequenze antigeniche aventi le migliori probabilità di indurre una risposta immunitaria a partire dal sequenziamento genetico di un patogeno.

“In passato, il processo di sviluppo vaccinale”, spiega Francesco Pappalardo, professore ordinario di Informatica e biomedicina computazionale dell’Università degli Studi di Catania e co-leader dello Spoke 8 di ICSC, “si svolgeva sostanzialmente per tentativi. Si partiva dalla sperimentazione in vitro, verificando quale potesse essere il target ideale, per poi passare sul modello animale più opportuno, che doveva fornire le prove dell’effettiva capacità di eleggere una efficace risposta immunitaria in grado di proteggere l’animale dall’infezione in corso.

Solo dopo questi passaggi si poteva infine passare alla sperimentazione sull’uomo. Oggi invece, grazie al supporto bioinformatico, siamo in grado di estrarre in tempi molto rapidi le componenti che meglio possono stimolare la risposta immunitaria già nella fase di sequenziamento genetico del patogeno studiato. Metodo che garantisce inoltre una maggiore possibilità di efficacia nell’ampio spettro di candidati.”

Nonostante i suoi indiscutibili vantaggi, la vaccinologia inversa non consente di verificare se la risposta immunitaria indotta dalle sequenze antigeniche fornite dal supporto bioinformatico offra anche la desiderata efficacia e quindi protezione dall’infezione causata dal patogeno studiato. Aspetto che si traduce con l’impossibilità di ridurre il ricorso ai modelli animali. Proprio per ovviare a tale difficoltà i ricercatori dell’Università di Catania hanno perciò sviluppato la piattaforma UISS, che, una volta implementata sulle risorse di calcolo CINECA messe a disposizione dal Centro Nazionale ICSC, ha dimostrato di poter simulare la complessità della risposta del sistema immunitario umano alle possibili formule vaccinali individuate.

“Lo studio condotto”, prosegue Pappalardo, “ha sfruttato da una parte lo stato dell’arte della tecnologia, ovvero gli strumenti bionformatici che hanno permesso di recuperare le sequenze antigeniche più promettenti, dall’altra il nostro simulatore UISS, con il quale siamo riusciti a bypassare il testing in laboratorio sui modelli animali. UISS, che può essere considerato un vero e proprio gemello digitale realizzato traducendo in linguaggio matematico e informatico tutte le conoscenze teoriche relative al sistema immunitario, rappresenta perciò un’arma in più per scartare i composti meno efficaci e per testare poi i più promettenti in clinica.”

A giustificare la scelta del patogeno su cui testare la nuova metodologia proposta dai ricercatori dell’Università di Catania, H5N1, c’è l’ampia diffusione di questa variante influenzale, nonché la sua resilienza, che gli consente di sopravvivere anche all’interno del ghiaccio per molti anni. Fattori che rendono questo virus molto noto alla letteratura scientifica e oggetto di costatante monitoraggio a causa dei timori su una sua implicazione in future pandemie, ma soprattutto ne fanno il candidato ideale per esperimenti volti a individuare una formala vaccinale in grado di fornire una copertura completa da tutte le varianti stagionali dell’influenza.

“Considerata la sua diffusione, H5N1 è stato scelto con l’intento di costruire un vaccino influenzale unico e con l’obiettivo di individuare una componente antigenica comune a tutte le influenze stagionali, che essendo varianti virali richiedono al momento la realizzazione di un vaccino specifico ogni anno. In prospettiva, le sequenze antigeniche non ancora note previste dalla metodologia che utilizza il simulatore UISS potrebbero perciò fornire in un futuro la chiave per la creazione di un vaccino influenzale universale. Nel frattempo, la possibilità di avere a disposizione questo nuovo strumento ci può preparare ad affrontare una crescita improvvisa della diffusione di H5N1, ritenuto potenzialmente pandemico”, conclude Pappalardo.