Gli ingegneri del MIT hanno progettato un nuovo tipo di nanoparticelle che potrebbe fornire in modo sicuro ed efficace vaccini per malattie come l'HIV e la malaria.

Le nuove particelle, descritto nel numero del 20 febbraio di Materiali della natura , sono costituiti da sfere di grasso concentriche che possono trasportare versioni sintetiche di proteine ​​normalmente prodotte dai virus. Queste particelle sintetiche suscitano una forte risposta immunitaria - paragonabile a quella prodotta dai vaccini con virus vivi - ma dovrebbero essere molto più sicure, dice Darrell Irvine, autore del documento e professore associato di scienza e ingegneria dei materiali e ingegneria biologica.

Tali particelle potrebbero aiutare gli scienziati a sviluppare vaccini contro il cancro e le malattie infettive. In collaborazione con scienziati del Walter Reed Army Institute of Research, Irvine e i suoi studenti stanno ora testando la capacità delle nanoparticelle di fornire un vaccino sperimentale contro la malaria nei topi.

I vaccini proteggono il corpo esponendolo a un agente infettivo che prepara il sistema immunitario a rispondere rapidamente quando incontra di nuovo l'agente patogeno. In molti casi, come con i vaccini contro la poliomielite e il vaiolo, viene utilizzata una forma morta o disabilitata del virus. Altri vaccini, come il vaccino contro la difterite, sono costituiti da una versione sintetica di una proteina o di un'altra molecola normalmente prodotta dall'agente patogeno.

Quando si progetta un vaccino, gli scienziati cercano di provocare almeno uno dei due principali attori del corpo umano nella risposta immunitaria:cellule T, che attaccano le cellule del corpo che sono state infettate da un agente patogeno; o cellule B, che secernono anticorpi che colpiscono virus o batteri presenti nel sangue e in altri fluidi corporei.

Per le malattie in cui il patogeno tende a rimanere all'interno delle cellule, come l'HIV, è necessaria una forte risposta da parte di un tipo di cellula T nota come cellula T "killer". Il modo migliore per provocare l'azione di queste cellule è usare un virus ucciso o disattivato, ma questo non può essere fatto con l'HIV perché è difficile rendere il virus innocuo.

Per aggirare il pericolo dell'utilizzo di virus vivi, scienziati stanno lavorando su vaccini sintetici per l'HIV e altre infezioni virali come l'epatite B. Tuttavia, questi vaccini, mentre più sicuro, non suscitano una risposta delle cellule T molto forte. Recentemente, gli scienziati hanno provato a racchiudere i vaccini in goccioline di grasso chiamate liposomi, che potrebbe aiutare a promuovere le risposte delle cellule T impacchettando la proteina in una particella simile a un virus. Però, questi liposomi hanno scarsa stabilità nel sangue e nei fluidi corporei.

Irvine, che è membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, decise di basarsi sull'approccio dei liposomi confezionando insieme molte delle goccioline in sfere concentriche. Una volta che i liposomi sono fusi insieme, le pareti dei liposomi adiacenti sono "fissate" chimicamente l'una all'altra, rendendo la struttura più stabile e meno soggetta a rotture troppo rapide dopo l'iniezione. Però, una volta che le nanoparticelle vengono assorbite da una cellula, si degradano rapidamente, rilasciando il vaccino e provocando una risposta delle cellule T.

Nei test con i topi, Irvine e i suoi colleghi hanno usato le nanoparticelle per fornire una proteina chiamata ovalbumina, una proteina dell'albume comunemente usata negli studi di immunologia perché sono disponibili strumenti biochimici per tracciare la risposta immunitaria a questa molecola. Hanno scoperto che tre immunizzazioni a basse dosi del vaccino hanno prodotto una forte risposta delle cellule T:dopo l'immunizzazione, fino al 30 percento di tutte le cellule T killer nei topi erano specifiche per la proteina del vaccino.

Questa è una delle risposte più forti delle cellule T generate da un vaccino proteico, e paragonabile ai vaccini virali forti, ma senza i problemi di sicurezza dei virus vivi, dice Irvine. È importante sottolineare che le particelle provocano anche una forte risposta anticorpale. Niren Murthy, professore associato al Georgia Institute of Technology, dice che le nuove particelle rappresentano "un progresso abbastanza grande, ” sebbene affermi che sono necessari più esperimenti per dimostrare che possono suscitare una risposta immunitaria contro le malattie umane, nei soggetti umani. "C'è sicuramente abbastanza potenziale per valere la pena esplorarlo con esperimenti più sofisticati e costosi, "dice.

Oltre agli studi sulla malaria con gli scienziati del Walter Reed, Irvine sta anche lavorando allo sviluppo delle nanoparticelle per fornire vaccini contro il cancro e vaccini contro l'HIV. La traduzione di questo approccio all'HIV viene effettuata in collaborazione con i colleghi del Ragon Institute del MIT, Harvard e Massachusetts General Hospital. L'Istituto, che ha finanziato questo studio insieme alla Fondazione Gates, Dipartimento della Difesa e Istituti Nazionali di Sanità, è stata fondata nel 2009 con l'obiettivo di sviluppare un vaccino contro l'HIV.