VPNVax: Het creëren van een verbeterde virale structuur in vaccins door middel van polymeerherstructurering

Over het algemeen geldt dat hoe hoger de mate van informatieherstel van een vaccin tegen een virus, hoe groter de potentiële werkzaamheid ervan. Het virus zelf is het meest authentieke vaccin, zoals het varicella-zoster-virus, dat na één enkele infectie levenslange immuniteit biedt. Virussen ontwikkelen echter ook mechanismen om immuunbewaking te omzeilen tijdens hun lange evolutionaire geschiedenis, zoals het omzeilen van de achtervolging van het immuunsysteem door regelmatig van vermomming te veranderen door middel van een hoge veranderlijkheid.

Als alternatief kunnen ze hun eigen zichtbaarheid verminderen en invasief op de loer liggen via speciale mechanismen, en coronavirussen zijn bedreven in het toepassen van beide tactieken.

Als RNA-virus hebben coronavirussen een natuurlijk voordeel wat betreft hoge veranderlijkheid. Ondertussen, genaamd ‘corona’ vanwege de kroonachtige uitsteeksels op hun oppervlak, vertonen coronavirussen de meest cruciale antigene informatie over het receptor-bindende domein (RBD) eiwit dat zich bovenaan deze corona-achtige uitsteeksels bevindt.

De antigene informatie is verspreid over de eenzame pieken op het virale oppervlak en lijkt op een corona. Deze ruimtelijk discrete structuur is een uitdaging voor het immuunsysteem om effectief te herkennen.

Om de structurele kenmerken van coronavirussen aan te pakken, rapporteerde een team onder leiding van de professoren Xuesi Chen en Wantong Song van het Changchun Institute of Applied Chemistry een viromimetisch polymeer nanodeeltjesvaccin (VPNVax). Het vaccin werd bereid door de RBD-eiwitten van het coronavirus te herschikken en deze te modificeren op het oppervlak van vooraf samengestelde nanodeeltjes van polyethyleenglycol-polymelkzuurpolymeer.

Deze modulaire bereidingsstrategie biedt verschillende voordelen: (1) het maakt flexibele controle mogelijk van de antigeendichtheid (valentie) op het oppervlak van het nanodeeltjesvaccin; (2) maakt de vervanging van antigeeneiwitten mogelijk om snel te reageren op uitbraken van verschillende virusvarianten; (3) vergemakkelijkt de directe transformatie van subeenheideiwitten naar nanodeeltjesvaccins, waardoor het proces van snelle grootschalige bereiding wordt gestroomlijnd.

De morfologie van VPNVax onder cryo-elektronenmicroscopie is zeer vergelijkbaar met de virusstructuur, waarbij antigeeneiwitten dicht verdeeld zijn over het bolvormige oppervlak van de nanodeeltjesdrager. Door theoretische berekeningen met behulp van het Fibonacci-sferische roostermodel en de regulering van chemische reactieomstandigheden heeft het onderzoeksteam met succes VPNVaxs met verschillende oppervlaktevalenties voorbereid.

De resultaten toonden aan dat de valentie van het oppervlakteantigeen inderdaad een significante invloed had op het immuunstimulerende effect van het nanodeeltjesvaccin. Een hogere antigeendichtheid op het oppervlak van VPNVax verbetert het directe activeringsvermogen op B-cellen, waardoor indirect het mechanisme van het coronavirus wordt gevalideerd om immuunbewaking te omzeilen door de oppervlakteantigeendichtheid te verminderen via corona-achtige uitsteeksels.

Dit onderstreepte ook de noodzaak van het optimaliseren en controleren van de oppervlaktevalentie van vaccins met nanodeeltjes. Een te hoge valentie verminderde echter ook de structurele stabiliteit van VPNVax, waardoor een gematigde valentie nodig was om een ​​evenwicht te bereiken tussen stimulerende effecten en stabiliteit.

Het onderzoeksteam ontdekte verder dat voor antigeeneiwitten van verschillende groottes het optimale immuunstimulerende effect van de bereide VPNVax optrad wanneer de oppervlakte-eiwitdekking tussen 20% en 25% lag. Bovendien bereikte de VPNVax met de optimale structurele parameters, in combinatie met commerciële aluminiumadjuvantia, een sterker immuunstimulerend effect, en het was bewezen dat het immuunserum virusneutraliserende effecten had.

Belangrijker nog is dat dit op polymeren gebaseerde vaccinplatform de adjuvansfunctie van de polymeerdrager verder kan ontwikkelen en exploiteren. Door immuunagonisten bij zich te dragen of de chiraliteit van het polymeer te reguleren, zou VPNVax tegelijkertijd cellulaire immuunreacties kunnen activeren.

Samenvattend biedt het onderzoek op het VPNVax-platform naar de structuur-effectrelatie van nanodeeltjesvaccins en de bereidingsstrategie die materiaalsynthesetechnologie combineert nieuwe inzichten voor het ontwerpen van de volgende generatie virusachtige deeltjesvaccins.

Het werk is gepubliceerd in het journaal Nationale wetenschapsrecensie.