Albumine-recruterende lipide nanodeeltjes zouden toekomstige mRNA-vaccins veiliger en effectiever kunnen maken

Een team van onderzoekers van de Yong Loo Lin School of Medicine, de National University of Singapore (NUS Medicine) en de Tsinghua University heeft een nieuwe messenger-ribonucleïnezuur (mRNA)-vaccintechnologie onthuld die toekomstige vaccins veiliger, effectiever en minder belastend voor patiënten zou kunnen maken.

Gepubliceerd in Natuurmaterialenmaakt de nieuwe aanpak gebruik van albumine-rekruterende lipidenanodeeltjes, genaamd Evans Blue-gemodificeerde lipidenanodeeltjes (EB-LNP), om mRNA nauwkeurig af te leveren aan de lymfeklieren, die de ‘commandocentra’ van het immuunsysteem zijn, terwijl de lever wordt omzeild, een veel voorkomende plaats van toxiciteit voor de huidige vaccins.

In laboratoriumtests presteerde de techniek beter dan traditionele toedieningssystemen bij zowel de behandeling van kanker als de bescherming tegen virale infecties, onder meer tegen melanoom, HPV-gerelateerde kankers, H1N1-griep en omicron SARS-CoV-2-varianten.

“Traditionele op lipide nanodeeltjes gebaseerde vaccins kunnen zich na intramusculaire injectie in de lever ophopen, waardoor het risico op leverschade toeneemt en de immuunreacties worden gedempt”, legt professor Shawn Chen Xiaoyuan, co-senior auteur van het artikel, van de afdeling Diagnostische Radiologie en Nanomedicine Translationeel Onderzoeksprogramma van NUS Medicine uit.

“We wilden een slimmer toedieningssysteem ontwerpen dat dit probleem vermijdt en het vaccin precies daar stuurt waar het nodig is.”

Terwijl mRNA-vaccins een efficiënte afgifte aan immuunweefsels vereisen, raken conventionele polyethyleenglycol-lipide-nanodeeltjes (PEG-LNP) vaak vast in de lever. LNP’s worden op extreem kleine schaal gemaakt om medicijnen of mRNA aan onze cellen te leveren. Herhaalde hoge doses kunnen echter, vooral bij kanker, ontstekingen, anafylaxie en zelfs leverschade veroorzaken.

De oplossing was het gebruik van albumine, een natuurlijk transporteiwit in het lichaam. Het team ontwierp een leveringsvoertuig dat lift op albumine om de lading van het vaccin door het lymfestelsel rechtstreeks naar de lymfeklieren te leiden. Daar wordt het vaccin efficiënt opgenomen en veroorzaakt het een gerichte en krachtige immuunrespons.

Het team synthetiseerde een speciaal Evans Blue-gemodificeerd lipide (EB-lipide) dat stevig aan albumine bindt. Wanneer ze intramusculair worden geïnjecteerd, recruteren EB-LNP’s albumine naar hun oppervlak, wat hen op natuurlijke wijze naar de lymfeklieren leidt in plaats van naar de lever.

Dit ontwerp vermijdt systemische circulatie, waardoor blootstelling aan de lever en potentiële toxiciteit worden beperkt. Zelfs bij lagere doses produceerden EB-LNP-vaccins sterke antitumor-T-celreacties en hoge niveaus van neutraliserende antilichamen.

Er werden geen leverontsteking of toxische reacties waargenomen, zelfs niet na herhaalde injecties. In tegenstelling tot traditionele PEG-LNP’s veroorzaakten EB-LNP’s geen sterke antilichamen tegen geneesmiddelen.

“Deze albumine-liftstrategie vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in de afgifte van mRNA-vaccins”, zegt assistent-professor Guocan Yu, Key Laboratory of Bioorganic Phosphorus Chemistry & Chemical Biology, Department of Chemistry, Tsinghua University.

“Het heeft brede implicaties voor kanker, infectieziekten en mogelijk auto-immuunziekten. Voor patiënten betekent dat minder injecties, minder bijwerkingen en een langere bescherming.”

In de toekomst bereidt het onderzoeksteam zich voor om door te gaan met klinische onderzoeken om de veiligheid en werkzaamheid van mensen te garanderen, gebruiksscenario’s uit te breiden naar andere ziekten, zoals auto-immuunziekten en lymfatische kankers, en samen te werken met de industrie om de productie op te schalen en de ontwikkeling van vaccins te versnellen.

“Onze hoop is om de manier waarop mRNA-vaccins worden ontworpen te transformeren – waardoor ze veiliger, effectiever en gemakkelijker toe te dienen zijn”, zegt Pei Huang, co-hoofdauteur van het artikel en Research Fellow bij de afdeling Diagnostic Radiology, en Nanomedicine TRP bij NUS Medicine.