Nanospugne che assorbono una pericolosa tossina poriforme prodotta da MRSA (resistente alla meticillina Staphylococcus aureus ) potrebbe fungere da vaccino sicuro ed efficace contro questa tossina. Questo "vaccino nanospugna" ha permesso al sistema immunitario dei topi di bloccare gli effetti negativi della tossina alfa-emolisina dell'MRSA, sia all'interno del flusso sanguigno che sulla pelle. Nanoingegneri dell'Università della California, San Diego ha descritto la sicurezza e l'efficacia di questo vaccino nanospugna nel numero del 1 dicembre di Nanotecnologia della natura .

Le nanospugne alla base della piattaforma sperimentale "vaccino tossoide" sono particelle biocompatibili costituite da un nucleo polimerico avvolto in una membrana di globuli rossi. La membrana eritrocitaria di ogni nanospugna afferra e trattiene il Staphylococcus aureus (stafilococco) tossina alfa-emolisina senza compromettere l'integrità strutturale della tossina mediante riscaldamento o trattamento chimico. Queste nanospugne tempestate di tossine sono servite come vaccini in grado di innescare anticorpi neutralizzanti e combattere dosi altrimenti letali della tossina nei topi.

I vaccini contro i tossoidi proteggono da una tossina o da un insieme di tossine, piuttosto che l'organismo che produce la/e tossina/e. Man mano che il problema della resistenza agli antibiotici peggiora, i vaccini contro i tossoidi offrono un approccio promettente per combattere le infezioni senza fare affidamento sugli antibiotici.

"Con il nostro vaccino contro i tossoidi, non dobbiamo preoccuparci della resistenza agli antibiotici. Miriamo direttamente alla tossina alfa-emolisina, " disse Liangfang Zhang, un professore di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego e l'autore senior del documento. Mirare direttamente alla tossina alfa-emolisina ha un altro vantaggio. "Queste tossine creano un ambiente tossico che funge da meccanismo di difesa che rende più difficile per il sistema immunitario combattere i batteri Staph, " ha spiegato Zhang.

Oltre a MRSA e altre infezioni da stafilococco, l'approccio al vaccino con nanospugne potrebbe essere utilizzato per creare vaccini che proteggano da un'ampia gamma di tossine, compresi quelli prodotti da E. coli e H. pylori .

Questo lavoro del Nanomaterials and Nanomedicine Laboratory di Zhang presso l'UC San Diego includeva il ricercatore post-dottorato di nanoingegneria Che-Ming "Jack" Hu, lo studente laureato in nanoingegneria Ronnie Fang, e lo studente laureato in bioingegneria Brian Luk.

I ricercatori hanno scoperto che il loro vaccino nanospugna era sicuro e più efficace dei vaccini contro i tossoidi ottenuti dalla tossina dello stafilococco trattata termicamente. Dopo una iniezione, solo il 10% dei topi infetti da stafilococco trattati con la versione riscaldata è sopravvissuto, rispetto al 50 per cento per coloro che hanno ricevuto il vaccino nanospugna. Con altri due colpi di richiamo, i tassi di sopravvivenza con il vaccino nanospugna erano fino al 100%, rispetto al 90% con la tossina trattata termicamente.

"Il vaccino nanospugna è stato anche in grado di prevenire completamente i danni della tossina nella pelle, dove si verificano frequentemente infezioni da MRSA, "disse Zhang, che è anche affiliato al Moores Cancer Center della UC San Diego.

Combattere le tossine che formano i pori

Questo lavoro è una svolta rispetto a un progetto presentato all'inizio di quest'anno dai nanoingegneri della UC San Diego:una nanospugna in grado di assorbire una varietà di tossine che formano pori, dalle proteine ​​batteriche al veleno di serpente, nel corpo.

Le tossine che formano i pori funzionano perforando la membrana di una cellula e lasciando che la cellula essenzialmente perda fino alla morte. Ma quando le tossine attaccano la membrana dei globuli rossi avvolta sopra la nanoparticella, "non accadrà nulla. Blocca solo la tossina lì, " ha spiegato Zhang.

I nanoingegneri si chiedevano cosa sarebbe successo se avessero caricato una delle loro nanospugne con la tossina dello stafilococco in questo modo, e ha presentato l'intero pacchetto a una parte essenziale del sistema immunitario chiamata cellule dendritiche. Le particelle caricate potrebbero innescare una risposta immunitaria e funzionare come vaccino contro il tossoide?

La tossina dello stafilococco è così potente che uccide le cellule immunitarie nella sua forma inalterata. La maggior parte dei candidati al vaccino, perciò, usa una versione della tossina trattata termicamente o chimicamente che disfa alcune delle sue proteine ​​e la rende un po' più debole. Ma questo processo rende anche un po' più debole la risposta immunitaria alla tossina.

"Più lo scaldi, più sicura è la tossina, ma più lo scaldi, più si danneggia la struttura della proteina, " ha spiegato Zhang. "E questa struttura è ciò che la cellula immunitaria riconosce, e costruisce i suoi anticorpi contro."

Il vaccino contro il tossoide nanospugna aggira questo problema trattenendo, ma non modificando, la tossina dello stafilococco. Come un prigioniero pericoloso ma ammanettato, la tossina dello stafilococco può essere portata alle cellule dendritiche del sistema immunitario senza causare alcun danno.

Prima di questo, "non c'era modo di fornire una tossina nativa alle cellule immunitarie senza danneggiare le cellule, " ha detto Zhang. "Ma questa tecnologia ci permette di fare questo".

Ogni particella di vaccino ha un diametro di circa 85 nanometri; per confronto, 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, i ricercatori hanno scoperto.

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. According to the 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. Al momento, 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."

In un modo, 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, "Zhang ha detto, 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.