Wetenschappers gebruiken een nieuw type nanodeeltje dat zowel vaccins kan afleveren als als adjuvans kan fungeren

Veel vaccins, waaronder vaccins tegen hepatitis B en kinkhoest, bestaan ​​uit fragmenten van virale of bacteriële eiwitten. Deze vaccins bevatten vaak andere moleculen, adjuvantia genaamd, die de reactie van het immuunsysteem op het eiwit helpen versterken.

De meeste van deze adjuvantia bestaan ​​uit aluminiumzouten of andere moleculen die een niet-specifieke immuunrespons uitlokken. Een team van MIT-onderzoekers heeft nu aangetoond dat een type nanodeeltje dat een metaalorganisch raamwerk (MOF) wordt genoemd, ook een sterke immuunreactie kan uitlokken, door het aangeboren immuunsysteem (de eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen welke ziekteverwekker dan ook) te activeren via celeiwitten die tolachtige receptoren.

In een onderzoek bij muizen toonden de onderzoekers aan dat dit MOF met succes een deel van het SARS-CoV-2-spike-eiwit zou kunnen inkapselen en afleveren, terwijl het ook als adjuvans zou kunnen werken zodra het MOF in de cellen wordt afgebroken.

Hoewel er meer werk nodig zou zijn om deze deeltjes aan te passen voor gebruik als vaccins, toont de studie aan dat dit type structuur nuttig kan zijn voor het genereren van een sterke immuunrespons, zeggen de onderzoekers.

“Begrijpen hoe het medicijnafgiftevoertuig een adjuvante immuunrespons kan versterken, is iets dat zeer nuttig zou kunnen zijn bij het ontwerpen van nieuwe vaccins”, zegt Ana Jaklenec, hoofdonderzoeker bij het Koch Institute for Integrative Cancer Research van MIT en een van de senior auteurs van het nieuwe vaccin. studie.

Robert Langer, hoogleraar aan het MIT Institute en lid van het Koch Institute, en Dan Barouch, directeur van het Center for Virology and Vaccine Research aan het Beth Israel Deaconess Medical Center en professor aan de Harvard Medical School, zijn ook senior auteurs van het artikel. komt naar voren in Wetenschappelijke vooruitgang. De hoofdauteur van het artikel is voormalig MIT-postdoc en Ibn Khaldun Fellow Shahad Alsaiari.

Immuunactivatie

In deze studie concentreerden de onderzoekers zich op een MOF genaamd ZIF-8, die bestaat uit een rooster van tetraëdrische eenheden bestaande uit een zinkion gehecht aan vier moleculen imidazool, een organische verbinding. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat ZIF-8 de immuunreacties aanzienlijk kan versterken, maar het was niet precies bekend hoe dit deeltje het immuunsysteem activeert.

Om dat te achterhalen heeft het MIT-team een ​​experimenteel vaccin gemaakt dat bestaat uit het SARS-CoV-2-receptorbindende eiwit (RBD), ingebed in ZIF-8-deeltjes. Deze deeltjes hebben een diameter tussen de 100 en 200 nanometer, een grootte waardoor ze rechtstreeks of via immuuncellen zoals macrofagen in de lymfeklieren van het lichaam kunnen terechtkomen.

Zodra de deeltjes de cellen binnendringen, worden de MOF’s afgebroken, waardoor de virale eiwitten vrijkomen. De onderzoekers ontdekten dat de imidazolcomponenten vervolgens toll-like receptoren (TLR’s) activeren, die helpen de aangeboren immuunrespons te stimuleren.

“Dit proces is analoog aan het opzetten van een geheim operatieteam op moleculair niveau om essentiële elementen van het COVID-19-virus naar het immuunsysteem van het lichaam te transporteren, waar ze specifieke immuunreacties kunnen activeren om de werkzaamheid van het vaccin te vergroten”, zegt Alsaiari.

Uit RNA-sequencing van cellen uit de lymfeklieren bleek dat muizen die waren gevaccineerd met ZIF-8-deeltjes die het virale eiwit droegen, een TLR-route, bekend als TLR-7, sterk activeerden, wat leidde tot een grotere productie van cytokines en andere moleculen die betrokken zijn bij ontstekingen.

Muizen die met deze deeltjes waren gevaccineerd, genereerden een veel sterkere reactie op het virale eiwit dan muizen die het eiwit alleen kregen.

“We leveren het eiwit niet alleen op een meer gecontroleerde manier af via een nanodeeltje, maar de samenstellingsstructuur van dit deeltje fungeert ook als adjuvans”, zegt Jaklenec. “We waren in staat om zeer specifieke reacties op het COVID-eiwit te bereiken, en met een dosisbesparend effect vergeleken met het gebruik van het eiwit op zichzelf om te vaccineren.”

Toegang tot vaccins

Hoewel deze en andere onderzoeken het immunogene vermogen van ZIF-8 hebben aangetoond, moet er meer werk worden gedaan om de veiligheid van de deeltjes te evalueren en het potentieel ervan om te worden opgeschaald voor grootschalige productie. Als ZIF-8 niet als vaccindrager wordt ontwikkeld, zouden de bevindingen uit het onderzoek onderzoekers moeten helpen bij het ontwikkelen van vergelijkbare nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt om subeenheidvaccins af te leveren, zegt Jaklenec.

“De meeste subeenheidvaccins bestaan ​​doorgaans uit twee afzonderlijke componenten: een antigeen en een adjuvans”, zegt Jaklenec. “Het ontwerpen van nieuwe vaccins die gebruik maken van nanodeeltjes met specifieke chemische delen die niet alleen helpen bij de afgifte van antigeen, maar ook bepaalde immuunroutes kunnen activeren, heeft het potentieel om de potentie van het vaccin te verbeteren.”

Een voordeel van het ontwikkelen van een subeenheidvaccin voor COVID-19 is dat dergelijke vaccins doorgaans gemakkelijker en goedkoper te vervaardigen zijn dan mRNA-vaccins, wat het gemakkelijker zou kunnen maken om ze over de hele wereld te distribueren, zeggen de onderzoekers.

“Subunit-vaccins bestaan ​​al heel lang en zijn vaak goedkoper te produceren, waardoor er meer toegang tot vaccins ontstaat, vooral in tijden van pandemie”, zegt Jaklenec.