Forskere bruger en ny type nanopartikler, der både kan levere vacciner og fungere som en adjuvans

Mange vacciner, herunder vacciner mod hepatitis B og kighoste, består af fragmenter af virale eller bakterielle proteiner. Disse vacciner indeholder ofte andre molekyler kaldet adjuvanser, som hjælper med at booste immunsystemets reaktion på proteinet.

De fleste af disse adjuvanser består af aluminiumsalte eller andre molekyler, der fremkalder et uspecifikt immunrespons. Et hold af MIT-forskere har nu vist, at en type nanopartikel kaldet en metalorganisk ramme (MOF) også kan fremkalde en stærk immunreaktion ved at aktivere det medfødte immunsystem – kroppens første forsvarslinje mod enhver patogen – gennem celleproteiner kaldet afgiftslignende receptorer.

I en undersøgelse af mus viste forskerne, at denne MOF med succes kunne indkapsle og levere en del af SARS-CoV-2-spidsproteinet, mens den også fungerede som en adjuvans, når MOF'en er nedbrudt inde i cellerne.

Mens mere arbejde ville være nødvendigt for at tilpasse disse partikler til brug som vacciner, viser undersøgelsen, at denne type struktur kan være nyttig til at generere en stærk immunrespons, siger forskerne.

"At forstå, hvordan lægemiddelleveringsmediet kan forstærke et adjuverende immunrespons, er noget, der kunne være meget nyttigt til at designe nye vacciner," siger Ana Jaklenec, en hovedforsker ved MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og en af ​​seniorforfatterne af det nye studere.

Robert Langer, en MIT Institute Professor og medlem af Koch Institute, og Dan Barouch, direktør for Center for Virology and Vaccine Research ved Beth Israel Deaconess Medical Center og professor ved Harvard Medical School, er også seniorforfattere af papiret, som vises i Science Advances . Avisens hovedforfatter er tidligere MIT postdoc og Ibn Khaldun Fellow Shahad Alsaiari.

Immunaktivering

I denne undersøgelse fokuserede forskerne på en MOF kaldet ZIF-8, som består af et gitter af tetraedriske enheder bestående af en zinkion knyttet til fire molekyler af imidazol, en organisk forbindelse. Tidligere arbejde har vist, at ZIF-8 kan øge immunresponsen markant, men man vidste ikke præcis, hvordan denne partikel aktiverer immunsystemet.

For at forsøge at finde ud af det skabte MIT-teamet en eksperimentel vaccine bestående af SARS-CoV-2-receptorbindende protein (RBD) indlejret i ZIF-8-partikler. Disse partikler er mellem 100 og 200 nanometer i diameter, en størrelse der tillader dem at komme ind i kroppens lymfeknuder direkte eller gennem immunceller såsom makrofager.

Når først partiklerne kommer ind i cellerne, nedbrydes MOF'erne og frigiver de virale proteiner. Forskerne fandt ud af, at imidazolkomponenterne derefter aktiverer toll-lignende receptorer (TLR'er), som hjælper med at stimulere det medfødte immunrespons.

"Denne proces er analog med at etablere et skjult operativt team på molekylært niveau til at transportere væsentlige elementer af COVID-19-virussen til kroppens immunsystem, hvor de kan aktivere specifikke immunresponser for at øge vaccinens effektivitet," siger Alsaiari.

RNA-sekventering af celler fra lymfeknuderne viste, at mus vaccineret med ZIF-8-partikler, der bar det virale protein, kraftigt aktiverede en TLR-vej kendt som TLR-7, hvilket førte til større produktion af cytokiner og andre molekyler involveret i inflammation.

Mus vaccineret med disse partikler genererede en meget stærkere respons på det virale protein end mus, der modtog proteinet alene.

"Ikke kun leverer vi proteinet på en mere kontrolleret måde gennem en nanopartikel, men den sammensatte struktur af denne partikel fungerer også som en adjuvans," siger Jaklenec. "Vi var i stand til at opnå meget specifikke reaktioner på COVID-proteinet og med en dosisbesparende effekt sammenlignet med at bruge proteinet alene til at vaccinere."

Adgang til vaccine

Mens denne undersøgelse og andre har vist ZIF-8's immunogene evne, skal der gøres mere arbejde for at evaluere partiklernes sikkerhed og potentiale til at blive opskaleret til storskala fremstilling. Hvis ZIF-8 ikke er udviklet som en vaccinebærer, skulle resultaterne fra undersøgelsen hjælpe med at vejlede forskere i at udvikle lignende nanopartikler, som kunne bruges til at levere underenhedsvacciner, siger Jaklenec.

"De fleste underenhedsvacciner har normalt to separate komponenter:et antigen og et adjuvans," siger Jaklenec. "Design af nye vacciner, der anvender nanopartikler med specifikke kemiske dele, som ikke kun hjælper med antigenlevering, men også kan aktivere bestemte immunveje, har potentialet til at øge vaccinens styrke."

En fordel ved at udvikle en underenhedsvaccine til COVID-19 er, at sådanne vacciner normalt er nemmere og billigere at fremstille end mRNA-vacciner, hvilket kan gøre det nemmere at distribuere dem over hele verden, siger forskerne.

"Underenhedsvacciner har eksisteret i lang tid, og de har tendens til at være billigere at producere, så det åbner op for mere adgang til vacciner, især i tider med pandemi," siger Jaklenec.

Flere oplysninger: Shahad Alsaiari et al., Zeolitic Imidazolate Frameworks Activate Endosomal Toll-like Receptors and Potentiere Immunogenicity of SARS-CoV-2 Spike Protein Trimer, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj6380. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6380

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Massachusetts Institute of Technology

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.