Chirale gouden nanodeeltjes verhogen de werkzaamheid van vaccins met meer dan 25%, suggereert onderzoek

Vaccins kunnen meer dan 25% effectiever worden gemaakt door linkshandige chirale gouden nanodeeltjes als hulpstoffen toe te voegen, blijkt uit een onderzoek van een internationale samenwerking waaraan Braziliaanse onderzoekers deelnamen. Een artikel over de resultaten is gepubliceerd in Natuur.

Drie onderzoeksgroepen werkten samen aan het onderzoek, een verbonden aan de Universiteit van Michigan in de Verenigde Staten en een andere aan de Jiangnan University in China. De Braziliaanse groep werd geleid door André Farias de Moura, een professor in de scheikundeafdeling van de Federale Universiteit van São Carlos (UFSCar) en een onderzoeker bij het Center for Development of Functional Materials (CDMF), een van de Research, Innovation and Dissemination Centra (RIDC’s) gefinancierd door FAPESP.

Het onderzoek had geen betrekking op COVID-19-vaccins omdat het ruim voor de pandemie begon. De onderzoekers gebruikten vaccins die zijn ontwikkeld om een ​​specifieke griepvirusstam te bestrijden. Hoewel dit niet de stam is die momenteel in Brazilië circuleert, kunnen de resultaten in principe worden gegeneraliseerd voor elk type vaccin, uiteraard met aanvullende studies per geval. De reden is dat linkshandige chirale gouden nanodeeltjes niet het actieve ingrediënt zijn, maar een adjuvans dat de immuunrespons van de ontvanger versterkt.

“De sleutel tot het begrijpen van de bijdrage van deze nanodeeltjes is het concept van chiraliteit, dat van toepassing is op een object of systeem dat niet op zijn eigen spiegelbeeld kan worden geplaatst”, vertelde Moura aan Agência FAPESP.

Chiraliteit is dus een soort asymmetrie. De term is afgeleid van kheir, het Oudgrieks voor hand, en het beste voorbeeld is precies het verschil tussen linker- en rechterhand. Als we onze handen voor een spiegel houden, is de hand die we rechts zien onze linkerhand en vice versa.

“Alles wat op aarde leeft, is chiraal. Chirale moleculen kunnen totaal verschillende eigenschappen hebben, afhankelijk van of ze links- of rechtshandig zijn. De twee chirale vormen van hetzelfde molecuul staan ​​bekend als enantiomeren,” zei Moura. “Een tragisch voorbeeld is thalidomide, een medicijn dat werd voorgeschreven aan zwangere vrouwen tegen ochtendmisselijkheid in de late jaren 1950 en 1960. Het zorgde ervoor dat baby’s werden geboren met een reeks misvormingen. Een van de enantiomeren in de stof had het verwachte therapeutische effect, maar de andere atrofieerden de ledematen van de foetus.”

Nanodeeltjes

Het onderzoek naar nanomaterialen is voldoende gevorderd om wetenschappers in staat te stellen één enantiomeer volledig te scheiden, legde Moura uit, en de studie rapporteerde in Natuur was op deze mogelijkheid gebaseerd. “We zijn begonnen met gouden nanodeeltjes, die symmetrisch zijn en geen chiraliteit hebben. Ze zijn achiraal. We hebben er eerst chiraliteit in geïnduceerd door ze te laten interageren met het aminozuur cysteïne, en vervolgens de geïnduceerde chiraliteit geïntensiveerd door ze bloot te stellen aan gepolariseerd licht met behulp van de amino zuur fenylalanine als antenne voor het oogsten van licht,” zei hij.

Chiraliteit wordt gemeten in “g-factor” op een schaal van min twee (-2) tot plus twee (+2). De procedure die in het onderzoek werd gebruikt, stelde de wetenschappers in staat om 0,4 te overschrijden en resulteerde in drie nanodeeltjes: het oorspronkelijke achirale goud, het rechtshandige enantiomeer en het linkshandige enantiomeer.

“Aanvankelijk testten we de nanodeeltjes op menselijke immuuncellen die in vitro waren gekweekt en ontdekten dat de chirale nanodeeltjes de productie van stoffen veroorzaakten die verband houden met een immuunrespons, zelfs in de afwezigheid van een antigeen – elke stof die de productie van antilichamen kan veroorzaken. Dit soort reactie is precies wat een adjuvans doet in een vaccin,” zei Moura.

Vervolgens testten de onderzoekers de nanodeeltjes op het griepvirus. “We ontdekten dat de enantiomeren de werkzaamheid van het vaccin aanzienlijk verbeterden”, zei Moura. “In het bijzonder veroorzaakte de linkshandige enantiomeer een toename van 25,8% in werkzaamheid in vergelijking met de rechtshandige enantiomeer, en een nog grotere toename in vergelijking met het achirale nanodeeltje.”

De kennis wordt gepubliceerd en is beschikbaar voor iedereen die er gebruik van wil maken, benadrukt Moura. “Het kan door elke producent van elk type vaccin worden gebruikt, inclusief vaccins voor nieuwe varianten van SARS-CoV-2 of griep. We zijn geen vaccinontwikkelaars, maar we bieden deze basiskennis aan als een nieuw technologisch platform voor die wie zijn,” zei hij.