Forskeres nye lægemiddelleveringsteknologi er muligt gennembrud for multi-stamme vacciner

En ny måde at levere lægemidler på ved hjælp af et fælles protein kunne bruges til at udvikle mosaikvacciner, som er vacciner, der er effektive mod flere virusstammer som COVID-19, blandt andre lægemidler i en global first.

Siden midten af ​​2000'erne er ferritin, et protein, der styrer jern i alle organismer, blevet brugt til at skabe vacciner samt levere kræftlægemidler og anden medicin til kroppen. Dette skyldes i høj grad dens høje stabilitet ved stuetemperatur, den lette produktion i store mængder og dens lave chance for afvisning af værtskroppen.

Proteinets unikke metode til selvsamling har imidlertid forhindret videnskabsmænd i at udvikle en universel tilgang til levering af en bred vifte af medicin indtil nu.

I en ny undersøgelse offentliggjort i det nanoteknologiske tidsskrift Small , rapporterer forskere fra King's College London, ledet af Dr. Kourosh Ebrahimi, en ny måde at omgå denne selvsamling ved at kopiere opførselen af ​​vira såsom HIV-1.

Ferritin består af 24 sammenlåsende underenheder, der spontant samler sig selv for at lave en tredimensionel kugle, der er hul indeni. Indersiden af ​​disse små "nanocages" kan fyldes med terapeutiske lægemidler, men strukturen af ​​proteinet skal brydes, før disse indsættes indeni.

Traditionelt er syrer blevet brugt til at bryde ferritins struktur op, men disse metoder kan beskadige proteinets struktur og tillader ikke, at nanocages bruges sammen med lægemidler, der ikke kan opløses i vand, såsom den pH-følsomme og vanduopløselige anticancerbehandling camptothecin .

Endnu vigtigere er det, at disse traditionelle metoder ikke kan bruges til at skabe multifunktionsmedicin som mosaikvacciner, der tager antigener, den del af en vaccine, der lærer kroppen at bekæmpe sygdom, fra forskellige stammer af den samme virus og kombinerer dem for at udløse et bredere immunrespons .

"Den manglende evne til nemt at kontrollere samlingen af ​​naturlige protein-nanocages som ferritin har været et tilbageslag for at bruge disse sikre og biokompatible materialer som et lægemiddelleveringssystem for at gøre moderne vacciner effektive mod flere vira," siger postgraduate forsker Yujie Sheng.

Denne metode har en fordel i forhold til mRNA-vacciner som den nylige COVID-19-vaccine, der bruger messenger-RNA til at lære celler, hvordan man laver antigener til specifikke sygdomme. Da disse mRNA-vacciner kun udtrykker en del af en virus, snarere end en svækket version af den som traditionelle vacciner, er mRNA-vacciner hurtigere at producere, men inducerer muligvis ikke et langvarigt immunrespons, fordi kroppen ikke står over for en egentlig viruslignende partikel.

Selvom de er længerevarende, er udviklingen af ​​traditionelle vacciner dyr og kræver mange års forskning og udvikling for at markedsføre en sikker kandidat. Ved at introducere et "plug-in" nanocage-system har Kouroshs laboratorium nu skabt en platform, der kombinerer fordelene ved mRNA og traditionelle virusbaserede vacciner.

Fordi den viruslignende nanocage-platform er sikker, behøver den ikke at blive testet klinisk hver gang et andet antigen tilsættes den, ligesom en mRNA-platform. Samtidig kan forskellige antigener nemt tilsluttes platformen for at skabe viruslignende effektive vacciner. Idet forskerne efterligner, hvordan vira som HIV-1 fungerer, koblede forskerne to af underenhederne sammen gennem en række aminosyrer kaldet et peptid.

Dette satte ferritins selvsamling på pause og åbnede proteinet op for forskellige vandopløselige og uopløselige lægemidler, samtidig med at forskerne fik mulighed for at sætte forskellige antigener ind i nanocages overflade.

Forskerne har også fundet ud af, at denne nye metode førte til en firedobling af lægemiddelindkapslingen til både vandopløselige og -uopløselige behandlinger. Ud over at levere flere lægemidler som doxorubicin, et meget brugt lægemiddel mod kræft, til berørte dele af kroppen, lover dette at udvide spektret af medicin, som ferritin kan bære.

"Vores teknologi kombinerer fordelene ved mRNA-teknologi og traditionelle vacciner. Det er en sikker platform ligesom mRNA-teknologi, og samtidig kan forskellige antigener tilsluttes og generere viruslignende partikler, der efterligner traditionelle vacciner... Vi håber, at stabiliteten og lette produktionen præsenteret af denne platform vil blive anerkendt af farmaceutiske producenter," siger Sheng.

Den nye proces håber også at åbne døren til en ny form for terapeutisk middel, der samtidig kan fungere som en vaccine og et lægemiddel, der sigter mod både at forebygge sygdommen og dens symptomer.

Yujie Sheng, en andenårig ph.d. studerende i Kourosh's laboratorium ved King's Institute of Pharmaceutical Science og undersøgelsens første forfatter sagde:"Uevnen til let at kontrollere samlingen af ​​naturlige protein-nanocages som ferritin har været et tilbageslag for at bruge disse sikre og biokompatible materialer som et lægemiddelleveringssystem til at lave moderne vacciner, der er effektive mod flere vira.

"Vores teknologi kombinerer fordelene ved mRNA-teknologi og traditionelle vacciner. Det er en sikker platform ligesom mRNA-teknologi, og på samme tid kan forskellige antigener tilsluttes og generere viruslignende partikler, der efterligner traditionelle vacciner.

"Derudover kunne vi ved hjælp af vores teknologi blande og matche antigener fra forskellige vira og skabe en vaccinekandidat, der er i stand til at træne kroppen mod flere vira. En sådan mosaikvaccine vil sandsynligvis reducere omkostningerne og responstiden på fremtidige virale pandemier." P>

"Vi håber, at den stabilitet og lethed i produktionen, som denne platform præsenterer, vil blive anerkendt af farmaceutiske producenter."

King's College har fået patent på denne teknologi. Laboratoriets næste skridt er at bruge deres nanocage-teknologi og udvikle nye terapier mod en række sygdomme, såsom kræft og virusinfektion, som de håber at forske i i et kommercielt spin-out.

Flere oplysninger: Yujie Sheng et al., A Alsidig Virus-Mimetic Engineering Approach for Concurrent Protein Nanocage Surface-Functionalization and Cargo Encapsulation, Small (2024). DOI:10.1002/smll.202310913

Journaloplysninger: Lille

Leveret af King's College London