Enganerende bacteriën kunnen antivirale therapieën en vaccins leveren

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Cincinnati toont aan hoe speciaal ontworpen bacteriën die oraal worden genomen, kunnen werken als een afleveringssysteem voor antivirale therapieën en vaccins. Het onderzoek, geleid door Nalinikanth Kotagiri, Ph.D., is gepubliceerd in het dagboek Darmmicroben.

Het laboratorium van Kotagiri richt zich op technische probiotische bacteriën om een ​​breed scala aan functies te bereiken, van het afbreken van de verdediging van kanker tot beeldvorming en het diagnosticeren van longinfecties.

Een paar jaar geleden vroeg het team of hetzelfde chassis, met behulp van de bacterie E.Coli Nissle 1917, antivirale therapeutische middelen of vaccinantigenen rechtstreeks naar de darm kon vervoeren, een belangrijk portaal van virale toegang. Het team concentreerde zich op het COVID-19-virus, SARS-COV-2, voor het proof-of-concept-onderzoek.

“Mondelinge levering laat ons richten op de slijmvliesoppervlakken waar pathogenen voor het eerst voet aan de grond krijgen, terwijl ze naalden en logistiek voor koud ketens vermijden,” zei Kotagiri, een universitair hoofddocent aan UC’s James L. Winkle College of Pharmacy.

Vaccinplatform

De meeste gemanipuleerde bacteriën houden hun therapeutische lading in de cel, maar vaccins werken het beste wanneer antigenen worden gepresenteerd aan het immuunsysteem. Het UC-team vertoonde daarom virale eiwitten op het bacteriële oppervlak en benoemde buitenmembraanblaasjes (OMV’s)-nano-sized bollen die bacteriën van nature werpen-om te fungeren als zelfrijdende afleveringsvoertuigen. Eenmaal vrijgegeven, voert OMVS -verkeer door het darmepitheel in de bloedcirculatie en distribueert hun lading naar verre weefsels.

Nitin S. Kamble, Ph.D., een onderzoekswetenschapper in het laboratorium van Kotagiri, screenen systematisch ankermotieven en expressiecassettes om de antigeendichtheid op het probiotische oppervlak te optimaliseren. Voor de vaccinversie zijn de bacteriën ontworpen om het spike-eiwit op het oppervlak van het virus tot expressie te brengen dat COVID-19 veroorzaakt. Ditzelfde spike-eiwit wordt momenteel geleverd via mRNA Covid-19-vaccins.

Kotagiri zei dat de huidige vaccins veilig en effectief zijn in het bieden van wat systemische immuniteit wordt genoemd, omdat antilichamen door het hele lichaam in de bloedbaan bewegen. Maar er zijn gateways in het lichaam waar virussen typisch binnenkomen – door slijmvliesvoering in het gastro -intestinale systeem, longen en andere organen – die kunnen worden gericht op wat mucosale immuniteit wordt genoemd.

In preklinische dierstudies gegenereerd een twee dosis orale regime tot bloed-overgedragen (systemische) antilichaamspiegels die vergelijkbaar zijn met intramusculaire mRNA-vaccinatie. Met name produceerde het aanzienlijk hogere niveaus van secretoire immunoglobuline A (IGA) in de darm en luchtwegen – de antilichamen die ten grondslag liggen aan mucosale immuniteit, die cruciaal werden beschouwd voor het blokkeren van infectie op het punt van binnenkomst.

Therapplatform

Terwijl vaccins worden geleverd voordat een persoon is geïnfecteerd met een virus, worden antivirale therapieën zoals monoklonale antilichamen gegeven als een behandeling na infectie.

Het team ontwikkelde een andere versie van Engineered E.Coli Nissle 1917 om therapeutische eiwitten op het oppervlak weer te geven. Om een ​​therapie na blootstelling te creëren, codeerde het team anti-spike nanobodieën: antilichamen die een tiende zijn van de grootte van conventionele monoklonale antilichamen.

Hoewel er volledige virale-uit-ballingstudies in afwachting zijn, bereikten nanobodieën die werden vrijgegeven uit de ontwikkelde bacteriën de bloedbaan, waarschijnlijk vergemakkelijkt door OMV’s, en verzameld in longweefsel, waar ze SARS-COV-2 neutraliseerden in ex-vivo-testen.

” Een uniek aspect van deze benadering is het gebruik van OMV’s als natuurlijke postmasters, efficiënt verpakking en het leveren van deze therapeutische moleculen aan hun beoogde doelen ‘,’ zei Kamble. “OMV’s kunnen samensmelten met gastheercellen en een geconcentreerde lading van therapeutische eiwitten leveren, waardoor ze ideaal zijn voor mucosale afgifte.”

Huidige IV-infusies leveren meestal een grotere hoeveelheid monoklonale antilichamen, maar omdat het probioticum dagen of weken in de darm kan verblijven, biedt het een zelfvernieuwend en aanhoudende depot van antivirale moleculen.

Volgende stappen

Nu het team de bacteriën voor dit doel heeft geoptimaliseerd, heeft Kotagiri een kans geïdentificeerd voor snelle aanpassing van dit platform om orale vaccins en therapieën te ontwikkelen voor gemeenschappelijke virussen zoals influenza en norovirus.

“Al die optimalisatie was noodzakelijk voor ons om te bewijzen dat dit een platform is dat we kunnen voortzetten,” zei hij. “Als je een nanobodie of antigenen hebt tegen een virus, kunnen we dat aansluiten op ons construct.”

Klinische onderzoeken zullen de veiligheid en werkzaamheid van dit afleveringssysteem valideren voor nieuwe ontworpen bacteriën die zich richten op andere virussen. Maar Kotagiri zei dat tot nu toe de gemanipuleerde bacteriën veilig zijn te gebruiken en geen negatieve immuunrespons of bijwerkingen in diermodellen genereren. Bovendien heeft de ouderstam van bacteriën tientallen jaren veilig gebruik als probioticum.

“In de toekomst kunnen we misschien beide middelen integreren, zodat dezelfde bacteriën zowel het vaccin- als de nanobody -therapiecomponenten hebben,” zei hij. “Maar de gemeenschappelijke noemer is de bacteriën, waar het de veelzijdigheid heeft om zowel vaccinatie als therapie te doen, oraal.”