Utilizzando una nuova strategia in grado di generare rapidamente vaccini RNA personalizzati, I ricercatori del MIT hanno ideato un nuovo candidato vaccino per il virus Zika.

Il vaccino è costituito da filamenti di materiale genetico noto come RNA messaggero, che sono confezionati in una nanoparticella che fornisce l'RNA nelle cellule. Una volta all'interno delle cellule, l'RNA viene tradotto in proteine ​​che provocano una risposta immunitaria da parte dell'ospite, ma l'RNA non si integra nel genoma ospite, rendendolo potenzialmente più sicuro di un vaccino a DNA o della vaccinazione con il virus stesso.

"Funziona quasi come un virus sintetico, tranne che non è patogeno e non si diffonde, "dice Omar Khan, un postdoc presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e autore del nuovo studio. "Possiamo controllare per quanto tempo viene espresso, ed è RNA, quindi non si integrerà mai nel genoma ospite".

Questa ricerca ha anche prodotto un nuovo punto di riferimento per valutare l'efficacia di altri candidati al vaccino Zika, che potrebbe aiutare altri che stanno lavorando per lo stesso obiettivo.

Jasdave Chahal, un postdoc al Whitehead Institute for Biomedical Research del MIT, è il primo autore dell'articolo, che appare in Rapporti scientifici . L'autore senior del documento è Hidde Ploegh, un ex professore di biologia del MIT e membro del Whitehead Institute che ora è un ricercatore senior nel programma di medicina cellulare e molecolare presso il Boston Children's Hospital.

Altri autori dell'articolo sono Tao Fang e Andrew Woodham, entrambi ex postdoc del Whitehead Institute nel laboratorio di Ploegh; Jingjing Ling, uno studente laureato del MIT; e Daniel Anderson, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria chimica del MIT e membro del Koch Institute e dell'Istituto per l'ingegneria e la scienza medica (IMES) del MIT.

Vaccini programmabili

Il team del MIT ha segnalato per la prima volta il suo nuovo approccio ai vaccini RNA programmabili l'anno scorso. I vaccini a RNA sono interessanti perché inducono le cellule ospiti a produrre molte copie delle proteine ​​codificate dall'RNA. Ciò provoca una reazione immunitaria più forte che se le proteine ​​fossero somministrate da sole. Però, trovare un modo sicuro ed efficace per somministrare questi vaccini si è rivelato difficile.

I ricercatori hanno ideato un approccio in cui confezionano sequenze di RNA in una nanoparticella costituita da una molecola ramificata basata su dendrimeri a struttura frattale. Questa struttura modificata-dendrimero-RNA può essere indotta a ripiegarsi su se stessa molte volte, producendo una particella sferica di circa 150 nanometri di diametro. Questo è di dimensioni simili a un virus tipico, permettendo alle particelle di entrare nelle cellule attraverso gli stessi meccanismi di ingresso virale. Nel loro documento del 2016, i ricercatori hanno utilizzato questo approccio alle nanoparticelle per generare vaccini sperimentali per l'Ebola, influenza H1N1, e il parassita Toxoplasma gondii.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno affrontato il virus Zika, che è emersa come un'epidemia centrata in Brasile nel 2015 e da allora si è diffusa in tutto il mondo, causando gravi difetti alla nascita nei bambini nati da madri infette. Poiché il metodo MIT non richiede di lavorare con il virus stesso, i ricercatori ritengono che potrebbero essere in grado di esplorare potenziali vaccini più rapidamente degli scienziati che perseguono un approccio più tradizionale.

Invece di usare proteine ​​virali o forme indebolite del virus come vaccini, quali sono le strategie più comuni, i ricercatori hanno semplicemente programmato le loro nanoparticelle di RNA con le sequenze che codificano per le proteine ​​del virus Zika. Una volta iniettato nel corpo, queste molecole si replicano all'interno delle cellule e istruiscono le cellule a produrre le proteine ​​virali.

L'intero processo di progettazione, produrre, e testare il vaccino sui topi ha richiesto meno tempo di quello impiegato dai ricercatori per ottenere il permesso di lavorare con campioni del virus Zika, che alla fine hanno ottenuto.

"Questo è il bello, " Chahal dice. "Una volta che abbiamo deciso di farlo, in due settimane eravamo pronti per vaccinare i topi. L'accesso al virus stesso non era necessario".

Misurazione della risposta

Quando si sviluppa un vaccino, i ricercatori di solito mirano a generare una risposta da entrambi i bracci del sistema immunitario:il braccio adattativo, mediata da cellule T e anticorpi, e il braccio innato, necessaria per amplificare la risposta adattativa. Per misurare se un vaccino sperimentale ha generato una forte risposta delle cellule T, i ricercatori possono rimuovere le cellule T dal corpo e quindi misurare come rispondono ai frammenti della proteina virale.

Fino ad ora, i ricercatori che lavorano sui vaccini Zika hanno dovuto acquistare librerie di diversi frammenti proteici e quindi testare le cellule T su di essi, che è un processo costoso e che richiede tempo. Poiché i ricercatori del MIT potrebbero generare così tante cellule T dai loro topi vaccinati, sono stati in grado di schermarli rapidamente contro questa libreria. Hanno identificato una sequenza di otto amminoacidi a cui rispondono le cellule T attivate nel topo. Ora che questa sequenza, detto anche epitopo, è conosciuto, altri ricercatori possono usarlo per testare i propri vaccini sperimentali Zika nei modelli murini appropriati.

"Possiamo produrre sinteticamente questi vaccini che sono quasi come infettare qualcuno con il virus reale, e quindi generare una risposta immunitaria e utilizzare i dati di tale risposta per aiutare altre persone a prevedere se i loro vaccini funzionerebbero, se si legano agli stessi epitopi, " dice Khan. I ricercatori sperano di poter eventualmente trasferire il loro vaccino Zika nei test sugli esseri umani.

"L'identificazione e la caratterizzazione degli epitopi delle cellule T CD8 nei topi immunizzati con un vaccino Zika RNA è un riferimento molto utile per tutti coloro che lavorano nel campo dello sviluppo del vaccino Zika, "dice Katja Fink, un investigatore principale presso l'A*STAR Singapore Immunology Network. "I vaccini a RNA hanno ricevuto molta attenzione negli ultimi anni, e mentre il grande passo avanti negli esseri umani non è stato ancora raggiunto, la tecnologia promette di diventare una piattaforma flessibile in grado di fornire soluzioni rapide per i virus emergenti".

Fink, chi non è stato coinvolto nella ricerca, ha aggiunto che i "dati iniziali sono promettenti, ma l'approccio al vaccino Zika RNA descritto necessita di ulteriori test per dimostrarne l'efficacia".

Un'altra importante area di interesse per i ricercatori sono i vaccini contro il cancro. Molti scienziati stanno lavorando a vaccini che potrebbero programmare il sistema immunitario di un paziente per attaccare le cellule tumorali, ma per farlo, hanno bisogno di sapere a cosa dovrebbe mirare il vaccino. La nuova strategia del MIT potrebbe consentire agli scienziati di generare rapidamente vaccini a RNA personalizzati basati sulla sequenza genetica delle cellule tumorali di un singolo paziente.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.