Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un nuovo tipo di vaccino facilmente personalizzabile che può essere prodotto in una settimana, permettendogli di essere distribuito rapidamente in risposta a focolai di malattie. Finora, hanno ideato vaccini contro l'Ebola, influenza H1N1, e Toxoplasma gondii (un parente del parassita che causa la malaria), che erano efficaci al 100% nei test sui topi.

Il vaccino è costituito da filamenti di materiale genetico noto come RNA messaggero, che può essere progettato per codificare per qualsiasi virus, batterico, o proteine ​​parassitarie. Queste molecole vengono quindi impacchettate in una molecola che fornisce l'RNA nelle cellule, dove viene tradotto in proteine ​​che provocano una risposta immunitaria da parte dell'ospite.

Oltre a prendere di mira le malattie infettive, i ricercatori stanno usando questo approccio per creare vaccini contro il cancro che insegnerebbero al sistema immunitario a riconoscere e distruggere i tumori.

"Questo approccio di nanoformulazione ci consente di realizzare vaccini contro nuove malattie in soli sette giorni, consentendo la possibilità di affrontare epidemie improvvise o apportare modifiche e miglioramenti rapidi, "dice Daniel Anderson, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria chimica del MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science (IMES) del MIT.

Anderson è l'autore senior di un documento che descrive i nuovi vaccini nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze la settimana del 4 luglio, 2016. Il progetto è stato guidato da Jasdave Chahal, un postdoc al Whitehead Institute for Biomedical Research del MIT, e Omar Khan, un postdoc al Koch Institute; entrambi sono i primi autori dell'articolo.

Vaccini personalizzabili

La maggior parte dei vaccini tradizionali consiste in una forma inattivata di un virus o di un altro agente patogeno. Questi vaccini di solito richiedono molto tempo per la produzione, e per alcune malattie sono troppo rischiosi. Altri vaccini sono costituiti da proteine ​​normalmente prodotte dal microbo, ma questi non sempre inducono una forte risposta immunitaria, richiedendo ai ricercatori di cercare un adiuvante (una sostanza chimica che migliora la risposta).

I vaccini a RNA sono attraenti perché inducono le cellule ospiti a produrre molte copie delle proteine ​​che codificano, che provoca una reazione immunitaria più forte che se le proteine ​​fossero somministrate da sole. L'idea di utilizzare molecole di RNA messaggero come vaccini esiste da circa 30 anni, ma uno dei maggiori ostacoli è stato trovare un modo sicuro ed efficace per consegnarli.

Khan decise di confezionare vaccini a RNA in una nanoparticella costituita da una molecola ramificata nota come dendrimero. Un vantaggio chiave di questo materiale è che i ricercatori possono dargli una carica positiva temporanea, che gli permette di formare strette associazioni con l'RNA, che è carico negativamente. Khan può anche controllare le dimensioni e il modello della struttura finale. Inducendo la struttura dendrimero-RNA a ripiegarsi su se stessa molte volte, Khan ha generato particelle di vaccino sferiche con un diametro di circa 150 nanometri. Ciò li rende di dimensioni simili a molti virus, consentendo alle particelle di entrare nelle cellule sfruttando le stesse proteine ​​di superficie che i virus utilizzano a questo scopo.

Personalizzando le sequenze di RNA, i ricercatori possono progettare vaccini che producono quasi tutte le proteine ​​che desiderano. Le molecole di RNA includono anche istruzioni per l'amplificazione dell'RNA, in modo che la cellula produca ancora più proteine.

Il vaccino è progettato per essere somministrato per iniezione intramuscolare, rendendolo facile da amministrare. Una volta che le particelle entrano nelle cellule, l'RNA viene tradotto in proteine ​​che vengono rilasciate e stimolano il sistema immunitario. In modo significativo, i vaccini sono stati in grado di stimolare entrambi i bracci del sistema immunitario:una risposta delle cellule T e una risposta anticorpale.

Nei test sui topi, gli animali che hanno ricevuto una singola dose di uno dei vaccini non hanno mostrato sintomi a seguito dell'esposizione al vero agente patogeno:Ebola, influenza H1N1, o Toxoplasma gondii .

"Non importa quale antigene abbiamo scelto, siamo stati in grado di guidare le risposte complete di anticorpi e cellule T, " dice Khan.

I ricercatori ritengono inoltre che i loro vaccini sarebbero più sicuri dei vaccini a DNA, un'altra alternativa che gli scienziati stanno perseguendo, perché a differenza del DNA, L'RNA non può essere integrato nel genoma dell'ospite e causare mutazioni.

"L'opzione di creare rapidamente una formulazione completamente sintetica che possa essere efficace come vaccino è un'importante aggiunta alle strategie vaccinali attualmente disponibili, "dice Hidde Ploegh, un professore di biologia del MIT, un membro del Whitehead Institute, e un autore del documento, che ha aggiunto che sarà importante valutare sicurezza e costi.

Implementazione rapida

La capacità di progettare e produrre rapidamente questi vaccini potrebbe essere particolarmente utile per combattere l'influenza, perché il metodo di produzione del vaccino antinfluenzale più comune, che richiede che i virus crescano all'interno delle uova di gallina, ci vogliono mesi. Ciò significa che quando compare un ceppo influenzale inaspettato, come il virus H1N1 che causa la pandemia del 2009, non c'è modo di produrre rapidamente un vaccino contro di essa.

"In genere un vaccino diventa disponibile molto tempo dopo la fine dell'epidemia, " Chahal dice. "Pensiamo di poter diventare interventisti nel corso di un vero e proprio focolaio".

Khan e Chahal intendono avviare una società per concedere in licenza e commercializzare la tecnologia. Oltre ai vaccini che hanno già progettato, sperano di creare vaccini per il virus Zika e la malattia di Lyme.

Stanno anche lavorando sui vaccini contro il cancro. In una recente competizione "Mission:Possible" ospitata dal Koch Institute, Khan e Chahal facevano parte di una squadra che ha finito per ritirarsi dalla competizione perché un finanziatore esterno, la Fondazione per la ricerca medica avanzata, offerto di sostenerli.

Per quel progetto, i ricercatori hanno progettato vaccini che prendono di mira i geni che normalmente vengono attivati ​​solo durante lo sviluppo embrionale. Questi geni, dormiente negli adulti, spesso si riattivano in un tipo di cancro noto come tumori polmonari non a piccole cellule.

"Siamo tutti entusiasti del potenziale di questo nuovo approccio per fornire un nuovo modo di somministrazione del vaccino, "dice Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT e autore dell'articolo.