Nanosponge -vaccine bekæmper MRSA -toksiner

Nanosvampe, der opsuger et farligt poredannende toksin produceret af MRSA (methicillinresistent Staphylococcus aureus ) kunne tjene som en sikker og effektiv vaccine mod dette toksin. Denne "nanosponge-vaccine" gjorde det muligt for musens immunsystem at blokere de negative virkninger af alfa-hæmolysintoksinet fra MRSA-både i blodbanen og på huden. Nanoingeniører fra University of California, San Diego beskrev sikkerheden og effekten af ​​denne nanosponge -vaccine i 1. december -udgaven af Naturnanoteknologi .

Nanosvampene ved grundlaget for den eksperimentelle "toxoid vaccine" platform er biokompatible partikler fremstillet af en polymerkerne indpakket i en rød-blodcellemembran. Hver nanosvamps røde blodlegememembran griber og tilbageholder Staphylococcus aureus (staph) toksin alfa-hæmolysin uden at gå på kompromis med toksinets strukturelle integritet gennem opvarmning eller kemisk behandling. Disse toksinbesatte nanosvampe tjente som vacciner, der var i stand til at udløse neutraliserende antistoffer og bekæmpe ellers dødelige doser af toksinet i mus.

Toxoide vacciner beskytter mod et toksin eller et sæt toksiner, snarere end den organisme, der producerer toksinet / giftstofferne. Efterhånden som problemet med antibiotikaresistens forværres, toxoid -vacciner tilbyder en lovende tilgang til bekæmpelse af infektioner uden afhængighed af antibiotika.

"Med vores toxoidvaccine, vi skal ikke bekymre os om antibiotikaresistens. Vi retter direkte mod alfa-hæmolysintoksinet, "sagde Liangfang Zhang, en nanoengineering professor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og seniorforfatteren på papiret. Målretning mod alfa-hæmolysintoksinet har direkte en anden fordel. "Disse toksiner skaber et giftigt miljø, der fungerer som en forsvarsmekanisme, der gør det sværere for immunsystemet at bekæmpe Staph -bakterier, "forklarede Zhang.

Ud over MRSA og andre stafylokokinfektioner, nanosponge -vaccinemetoden kunne bruges til at oprette vacciner, der beskytter mod en lang række toksiner, herunder dem produceret af E coli og H. pylori .

Dette arbejde fra Zhang's Nanomaterials and Nanomedicine Laboratory ved UC San Diego omfattede nanoengineering postdoktoralforsker Che-Ming "Jack" Hu, nanoengineering kandidatstuderende Ronnie Fang, og bioingeniør kandidatstuderende Brian Luk.

Forskerne fandt ud af, at deres nanosvampvaccine var sikker og mere effektiv end toksoidvacciner fremstillet af varmebehandlet staph-toksin. Efter en injektion, kun 10 procent af staph-inficerede mus behandlet med den opvarmede version overlevede, sammenlignet med 50 procent for dem, der modtog nanosponge -vaccinen. Med yderligere to boosterskud, overlevelsesrater med nanosponge -vaccinen var op til 100 procent, sammenlignet med 90 procent med det varmebehandlede toksin.

"Nanosvampvaccinen var også i stand til fuldstændigt at forhindre toksinets skader i huden, hvor MRSA -infektioner ofte finder sted, "sagde Zhang, som også er tilknyttet Moores Cancer Center i UC San Diego.

Bekæmpelse af poreformende toksiner

Dette arbejde er et twist på et projekt, UC San Diego nanoengineers præsenterede tidligere på året:en nanosvamp, der kan opsuge en række poredannende toksiner-fra bakterielle proteiner til slangegift-i kroppen.

Poredannende toksiner virker ved at slå huller i cellens membran og lade cellen i det væsentlige sive ihjel. Men når toksiner angriber den røde blodlegememembran draperet over nanopartiklen, "der vil ikke ske noget. Det låser bare toksinet der, "Forklarede Zhang.

Nanoingeniørerne spekulerede på, hvad der ville ske, hvis de læssede en af ​​deres nanosponges med staph toksin på denne måde, og præsenterede hele pakken for en væsentlig del af immunsystemet kaldet dendritiske celler. Kan de belastede partikler udløse et immunrespons og fungere som en toxoidvaccine?

Staph -toksin er så kraftigt, at det dræber immunceller i sin uændrede form. De fleste vaccinkandidater, derfor, bruge en varme eller kemisk forarbejdet version af toksinet, der løser nogle af dets proteiner ud og gør det lidt svagere. Men denne proces gør også immunresponsen mod toksinet lidt svagere.

"Jo mere du opvarmer det, jo sikrere er toksinet, men jo mere du opvarmer det, jo mere du beskadiger proteinets struktur, "Forklarede Zhang." Og denne struktur er, hvad immuncellen genkender, og bygger sine antistoffer mod. "

Nanosponge -toxoidvaccinen kommer uden om dette problem ved at tilbageholde - men ikke ændre - staph -toksinet. Som en farlig, men håndjern fange, staph -toksinet kan ledes til immunsystemets dendritiske celler uden at forårsage skade.

Før dette, "der var ingen måde du kunne levere et naturligt toksin til immuncellerne uden at beskadige cellerne, " Zhang said. "But this technology allows us to do this."

Each vaccine particle is approximately 85 nanometers in diameter; til sammenligning, about 1000 of them would fit across the width of a single human hair. They are cleared from the body after injection in about two weeks, fandt forskerne.

Staphylococcus aureus

Staph bacteria are one of the most common causes of skin infections, and can cause blood poisoning and surgical infections as well as pneumonia. Ifølge Centers for Disease Control and Prevention, about 80, 000 Americans suffer from invasive MRSA infections each year, and over 11, 000 of those individuals die. I øjeblikket, there are no vaccines approved to protect humans against the toxins associated with staph infections, including those caused by MRSA strains.

The idea for a staph vaccine came about when the researchers considered the success of their nanosponge. If the particle was so good at collecting toxins, they wondered, what were the potential uses of a particle full of toxin? "To be honest, we never thought about the vaccine use from the beginning, " Zhang noted. "But when we do research, we always want to look at a problem in reverse."

På en måde, the toxoid vaccine hearkens back to their first use for the particles, as a cancer drug delivery device, Zhang noted.

The particles "work so beautifully, "Sagde Zhang, that it might be possible to detain several toxins at once on them, creating "one vaccine against many types of pore-forming toxins, " from staph to snake venom.