Vacciner i nanostørrelse

MIT-ingeniører har designet en ny type nanopartikel, der sikkert og effektivt kan levere vacciner mod sygdomme som HIV og malaria.

De nye partikler, beskrevet i den 20. februar udgave af Naturmaterialer , består af koncentriske fedtsfærer, der kan bære syntetiske versioner af proteiner, der normalt produceres af vira. Disse syntetiske partikler fremkalder en stærk immunreaktion - sammenlignelig med den, der produceres af levende virusvacciner - men burde være meget sikrere, siger Darrell Irvine, forfatter til papiret og en lektor i materialevidenskab og teknik og biologisk teknik.

Sådanne partikler kunne hjælpe forskere med at udvikle vacciner mod kræft såvel som infektionssygdomme. I samarbejde med forskere ved Walter Reed Army Institute of Research, Irvine og hans elever tester nu nanopartiklernes evne til at levere en eksperimentel malariavaccine til mus.

Vacciner beskytter kroppen ved at udsætte den for et infektiøst middel, der sætter immunsystemet til at reagere hurtigt, når det møder patogenet igen. I mange tilfælde, såsom med polio- og koppevacciner, en død eller deaktiveret form af virussen bruges. Andre vacciner, såsom difterivaccinen, består af en syntetisk version af et protein eller et andet molekyle, der normalt dannes af patogenet.

Når man designer en vaccine, videnskabsmænd forsøger at provokere mindst én af menneskekroppens to store aktører i immunresponset:T-celler, som angriber kropsceller, der er blevet inficeret med et patogen; eller B-celler, som udskiller antistoffer, der er rettet mod virus eller bakterier, der findes i blodet og andre kropsvæsker.

For sygdomme, hvor patogenet har tendens til at blive inde i cellerne, såsom HIV, en stærk respons fra en type T-celle kendt som "dræber" T-celle er påkrævet. Den bedste måde at provokere disse celler til handling er at bruge en dræbt eller deaktiveret virus, men det kan ikke lade sig gøre med HIV, fordi det er svært at uskadeliggøre virussen.

For at omgå faren ved at bruge levende vira, forskere arbejder på syntetiske vacciner mod HIV og andre virusinfektioner såsom hepatitis B. disse vacciner, mens det er mere sikkert, fremkalder ikke et meget stærkt T-cellerespons. For nylig, videnskabsmænd har forsøgt at indkapsle vaccinerne i fedtdråber kaldet liposomer, som kunne hjælpe med at fremme T-celle-responser ved at pakke proteinet i en viruslignende partikel. Imidlertid, disse liposomer har dårlig stabilitet i blod og kropsvæsker.

Irvine, som er medlem af MIT's David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research, besluttede at bygge videre på liposomtilgangen ved at pakke mange af dråberne sammen i koncentriske kugler. Når liposomerne er smeltet sammen, tilstødende liposomvægge er kemisk "hæftet" til hinanden, gør strukturen mere stabil og mindre tilbøjelig til at nedbrydes for hurtigt efter injektion. Imidlertid, når nanopartiklerne er absorberet af en celle, de nedbrydes hurtigt, frigivelse af vaccinen og fremkaldelse af et T-cellerespons.

I forsøg med mus, Irvine og hans kolleger brugte nanopartiklerne til at levere et protein kaldet ovalbumin, et æggehvideprotein, der almindeligvis anvendes i immunologiske undersøgelser, fordi der er biokemiske værktøjer til rådighed til at spore immunresponset på dette molekyle. De fandt ud af, at tre immuniseringer af lave doser af vaccinen producerede et stærkt T-cellerespons - efter immunisering, op til 30 procent af alle dræber-T-celler i musene var specifikke for vaccineproteinet.

Det er en af ​​de stærkeste T-celle-responser genereret af en proteinvaccine, og sammenlignelig med stærke virale vacciner, men uden sikkerhedsproblemerne ved levende vira, siger Irvine. Vigtigt, partiklerne fremkalder også et stærkt antistofrespons. Niren Murthy, lektor ved Georgia Institute of Technology, siger, at de nye partikler repræsenterer "et ret stort fremskridt, ” selvom han siger, at der er behov for flere eksperimenter for at vise, at de kan fremkalde et immunrespons mod menneskelig sygdom, i menneskelige emner. "Der er bestemt potentiale nok til at være værd at udforske det med mere sofistikerede og dyre eksperimenter, ” siger han.

Ud over malariaundersøgelserne med forskere ved Walter Reed, Irvine arbejder også på at udvikle nanopartiklerne til at levere kræftvacciner og HIV-vacciner. Oversættelse af denne tilgang til HIV sker i samarbejde med kolleger ved Ragon Institute of MIT, Harvard og Massachusetts General Hospital. Instituttet, som finansierede denne undersøgelse sammen med Gates Foundation, Department of Defense og National Institutes of Health, blev etableret i 2009 med det mål at udvikle en HIV-vaccine.