I nanoingegneri dell'Università della California a San Diego hanno sviluppato candidati al vaccino COVID-19 che possono sopportare il caldo. I loro ingredienti chiave? Virus da piante o batteri.

I nuovi vaccini COVID-19 senza frigorifero sono ancora nella fase iniziale di sviluppo. Nei topi, i candidati al vaccino hanno innescato un'elevata produzione di anticorpi neutralizzanti contro SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19. Se si dimostrano sicuri ed efficaci nelle persone, i vaccini potrebbero essere un grande punto di svolta per gli sforzi di distribuzione globale, compresi quelli nelle aree rurali o nelle comunità povere di risorse.

"La cosa eccitante della nostra tecnologia vaccinale è che è termicamente stabile, in modo che possa raggiungere facilmente luoghi dove allestire congelatori a bassissima temperatura, o avere camion in giro con questi congelatori, non sarà possibile, " ha detto Nicole Steinmetz, professore di nanoingegneria e direttore del Center for Nano-ImmunoEngineering presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego.

I vaccini sono dettagliati in un documento pubblicato il 7 settembre su Giornale della Società Chimica Americana .

I ricercatori hanno creato due candidati al vaccino COVID-19. Uno è fatto da un virus vegetale, chiamato virus del mosaico del fagiolo dall'occhio. L'altro è costituito da un virus batterico, o batteriofago, chiamato Qbeta.

Entrambi i vaccini sono stati realizzati utilizzando ricette simili. I ricercatori hanno utilizzato piante di fagiolo dall'occhio e E. coli batteri per far crescere milioni di copie del virus e del batteriofago della pianta, rispettivamente, sotto forma di nanoparticelle a forma di palla. I ricercatori hanno raccolto queste nanoparticelle e poi hanno attaccato un piccolo pezzo della proteina spike SARS-CoV-2 alla superficie. I prodotti finiti sembrano un virus infettivo, quindi il sistema immunitario può riconoscerli, ma non sono infettivi negli animali e nell'uomo. Il piccolo pezzo della proteina spike attaccata alla superficie è ciò che stimola il corpo a generare una risposta immunitaria contro il coronavirus.

I ricercatori notano diversi vantaggi nell'usare virus e batteriofagi delle piante per realizzare i loro vaccini. Per uno, possono essere facili ed economici da produrre su larga scala. "La coltivazione delle piante è relativamente facile e richiede infrastrutture non troppo sofisticate, " ha detto Steinmetz. "E la fermentazione che utilizza i batteri è già un processo consolidato nell'industria biofarmaceutica".

Un altro grande vantaggio è che il virus della pianta e le nanoparticelle dei batteriofagi sono estremamente stabili alle alte temperature. Di conseguenza, i vaccini possono essere conservati e spediti senza bisogno di essere tenuti al freddo. Possono anche essere sottoposti a processi di fabbricazione che utilizzano il calore. Il team sta utilizzando tali processi per confezionare i propri vaccini in impianti polimerici e cerotti con microaghi. Questi processi comportano la miscelazione dei candidati al vaccino con i polimeri e la loro fusione in un forno a temperature vicine ai 100 gradi Celsius. Essere in grado di mescolare direttamente il virus della pianta e le nanoparticelle di batteriofagi con i polimeri fin dall'inizio rende facile e diretto creare impianti e cerotti di vaccini.

L'obiettivo è offrire alle persone più opzioni per ottenere un vaccino COVID-19 e renderlo più accessibile. Gli impianti, che vengono iniettati sotto la pelle e rilasciano lentamente il vaccino nel corso di un mese, dovrebbe essere somministrato solo una volta. E i cerotti con microaghi, che può essere indossato sul braccio senza dolore o disagio, consentirebbe alle persone di auto-somministrarsi il vaccino.

"Immagina se i cerotti dei vaccini potessero essere inviati alle cassette postali delle nostre persone più vulnerabili, piuttosto che farli lasciare le loro case e rischiare l'esposizione, "ha detto Jon Pokorski, un professore di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering, il cui team ha sviluppato la tecnologia per realizzare gli impianti e i cerotti con microaghi.

"Se le cliniche potessero offrire un impianto a una dose a coloro che avrebbero davvero difficoltà a farcela per il loro secondo colpo, che offrirebbe protezione a una parte maggiore della popolazione e potremmo avere maggiori possibilità di arginare la trasmissione, " ha aggiunto Pokorski, che è anche membro fondatore della facoltà dell'Istituto universitario per la scoperta e il design dei materiali.

Nei test, i candidati al vaccino COVID-19 del team sono stati somministrati ai topi tramite impianti, toppe con microaghi, o come una serie di due scatti. Tutti e tre i metodi hanno prodotto alti livelli di anticorpi neutralizzanti nel sangue contro SARS-CoV-2.

Potenziale vaccino contro il coronavirus

Questi stessi anticorpi neutralizzati anche contro il virus della SARS, i ricercatori hanno scoperto.

Tutto si riduce al pezzo della proteina spike del coronavirus che è attaccato alla superficie delle nanoparticelle. Uno di questi pezzi che il team di Steinmetz ha scelto, chiamato epitopo, è quasi identico tra SARS-CoV-2 e il virus SARS originale.

"Il fatto che la neutralizzazione sia così profonda con un epitopo così ben conservato tra un altro coronavirus mortale è notevole, " ha detto il co-autore Matthew Shin, un dottorato di ricerca in nanoingegneria. studente nel laboratorio di Steinmetz. "Questo ci fa sperare in un potenziale vaccino pan-coronavirus che potrebbe offrire protezione contro future pandemie".

Un altro vantaggio di questo particolare epitopo è che non è influenzato da nessuna delle mutazioni SARS-CoV-2 finora segnalate. Questo perché questo epitopo proviene da una regione della proteina spike che non si lega direttamente alle cellule. Questo è diverso dagli epitopi nei vaccini COVID-19 attualmente somministrati, che provengono dalla regione di legame della proteina spike. Questa è una regione in cui si sono verificate molte mutazioni. E alcune di queste mutazioni hanno reso il virus più contagioso.

Gli epitopi di una regione non legante hanno meno probabilità di subire queste mutazioni, ha spiegato Oscar Ortega-Rivera, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Steinmetz e primo autore dello studio. "Sulla base delle nostre analisi di sequenza, l'epitopo che abbiamo scelto è altamente conservato tra le varianti SARS-CoV-2."

Ciò significa che i nuovi vaccini COVID-19 potrebbero essere potenzialmente efficaci contro le varianti preoccupanti, disse Ortega-Rivera, e sono attualmente in corso i test per vedere che effetto hanno contro la variante Delta, Per esempio.

Vaccino plug and play

Un'altra cosa che rende Steinmetz davvero entusiasta di questa tecnologia vaccinale è la versatilità che offre per creare nuovi vaccini. "Anche se questa tecnologia non ha un impatto per COVID-19, può essere rapidamente adattato per la prossima minaccia, il prossimo virus X, ", ha detto Steinmetz.

Fare questi vaccini, lei dice, è "plug and play":coltivare nanoparticelle di virus o batteriofagi vegetali da piante o batteri, rispettivamente, quindi allegare un pezzo del virus bersaglio, patogeno, o biomarcatore alla superficie.

"Utilizziamo le stesse nanoparticelle, gli stessi polimeri, la stessa attrezzatura, e la stessa chimica per mettere tutto insieme. L'unica variabile in realtà è l'antigene che attacchiamo alla superficie, ", ha detto Steinmetz.

I vaccini risultanti non devono essere tenuti al freddo. Possono essere confezionati in impianti o cerotti con microaghi. O, possono essere somministrati direttamente in modo tradizionale tramite iniezioni.

I laboratori di Steinmetz e Pokorski hanno utilizzato questa ricetta in studi precedenti per creare candidati vaccinali per malattie come HPV e colesterolo. E ora hanno dimostrato che funziona anche per creare candidati al vaccino COVID-19.

Prossimi passi

I vaccini hanno ancora molta strada da fare prima di entrare negli studi clinici. Andando avanti, il team testerà se i vaccini proteggono dall'infezione da COVID-19, così come le sue varianti e altri coronavirus mortali, in vivo.