Il compito originale dei ricercatori era capire come alcuni nanomateriali polimerici fornissero una risposta immunitaria a bassa infiammazione e tuttavia fossero in grado di aumentare la produzione di anticorpi come parte di una singola dose di vaccino.

Una volta appreso come questi nanomateriali di soli 20-30 miliardesimi di metro agissero come coadiuvanti del vaccino, decisero di fare il prossimo passo scientifico.

Potrebbero questi stessi piccoli adiuvanti portare antigeni del mondo reale alle cellule B del sistema immunitario e trasformarle in fabbriche che secernono anticorpi? Inoltre, potrebbe essere questo un modo alternativo per produrre anticorpi da laboratorio per applicazioni diagnostiche e terapeutiche?

Le risposte erano sì. Gli esperimenti di coltura cellulare con la tecnica hanno prodotto anticorpi contro gli antigeni chiave del coronavirus che causa il COVID-19 e il batterio che causa la peste polmonare.

L'osservazione iniziale e la successiva scoperta mostrano come i ricercatori affiliati al Nanovaccine Institute con sede presso l'Iowa State University guardano la loro ricerca da molte prospettive:

"Questo è un ottimo esempio del sano tiro alla fune tra una ricerca di base che trova sul meccanismo di produzione di anticorpi e un vantaggio traslazionale che potremmo aver inventato una nuova piattaforma di produzione di anticorpi, " disse Balaji Narasimhan, il direttore dell'Istituto Nanovaccine, un professore di ingegneria dell'Iowa State Anson Marston e il presidente della facoltà di Vlasta Klima Balloun. "L'Istituto Nanovaccine sta bruciando entrambi i lati di quella candela".

Il giornale Progressi scientifici ha recentemente pubblicato i risultati dei ricercatori. Il primo autore è Sujata Senapati, un ex studente di dottorato in Iowa State in ingegneria chimica e biologica. Gli autori corrispondenti sono Narasimhan e Surya Mallapragada, un Distinguished Professor in Ingegneria dell'Iowa State Anson Marston, un vicepresidente associato per la ricerca e la cattedra Carol Vohs Johnson in ingegneria chimica e biologica. (Vedi la barra laterale per il team di ricerca completo.)

Sovvenzioni dell'Istituto nazionale di allergie e malattie infettive, una parte dell'Istituto Superiore di Sanità, sostenuto il lavoro dei ricercatori.

È come una scala

Era chiaro ai ricercatori che questi nanomateriali—"micelle di copolimero pentablocco, "Secondo l'articolo dei ricercatori, le cellule B hanno aiutato le cellule ad avviare la produzione di anticorpi. (Le micelle sono strutture che si autoassemblano in acqua o oli mentre le loro molecole si allineano a causa delle loro proprietà che amano o odiano l'acqua.)

"Dai nostri studi, abbiamo capito molto presto che queste micelle autoassemblanti sono diverse dagli altri tipi di adiuvanti là fuori, "Senapati ha detto. "Quello che non sapevamo era il motivo dietro questo tipo unico di risposta immunitaria generata da loro e che per me era la parte più intrigante di questo progetto".

Mallapragada ha affermato che i ricercatori sono stati in grado di adattare la chimica dei nanomateriali, creando "micelle con funzionalità aggiuntive".

Una di queste funzioni è la capacità delle micelle caricate positivamente di associarsi a più antigeni e di interagire direttamente con i recettori sulle cellule B, secondo la carta. Questo legame incrociato dei recettori delle cellule B ha portato a una migliore produzione di anticorpi e a una migliore risposta immunitaria a un vaccino.

"Queste micelle agiscono come un'impalcatura per reticolare due recettori, " ha detto Michael Wannemuehler, un direttore associato del Nanovaccine Institute e un professore di microbiologia veterinaria e medicina preventiva dell'Iowa State.

Ha detto che il legame incrociato è forte e stabile, come una scala agganciata alle due estremità, ed è efficace nello stimolare la produzione di anticorpi da parte delle cellule B.

Quell'attivazione cellulare è avvenuta senza la risposta infiammatoria che accompagna altri coadiuvanti del vaccino, potenzialmente producendo una "risposta immunitaria 'giusta'" che potrebbe essere "critica nella progettazione razionale dei vaccini per gli anziani" che spesso soffrono di infiammazione cronica, secondo la carta.

Produzione di anticorpi da laboratorio

Ora che i ricercatori hanno compreso il meccanismo "dietro le quinte" del potenziamento anticorpale delle micelle, Senapati ha detto che volevano vedere cos'altro potevano trovare.

"Il prossimo passo ovvio è stato quindi testare la nostra ipotesi con antigeni di alcuni agenti patogeni del mondo reale e vedere se queste micelle potrebbero essere potenzialmente utilizzate per produrre anticorpi contro di loro, " lei disse.

Hanno usato le impalcature micelle per presentare antigeni per SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, e Yersinia pestis, il batterio che causa la peste polmonare, alle cellule B in coltura.

Quelle cellule hanno iniziato a generare "quantità su scala di laboratorio di anticorpi terapeutici" contro i due antigeni, "ampliare ulteriormente il valore di questi nanomateriali per sviluppare rapidamente contromisure contro le malattie infettive, "secondo il giornale.

Tali anticorpi potrebbero essere potenzialmente utilizzati per kit di test diagnostici o per trattamenti come gli anticorpi monoclonali che sono stati sviluppati per trattare COVID-19, ha detto Wannemuehler.

"Ci sono diversi modi per produrre anticorpi, " Narasimhan ha detto. "Il metodo che abbiamo trovato è un'alternativa che potrebbe essere molto potente se è generalizzata ad altre malattie. Potrebbe essere una piattaforma plug-and-play".

Poiché è un efficace coadiuvante del vaccino e produttore di anticorpi, il documento afferma che la piattaforma di nanomateriali sviluppata dal team di studio è "uno strumento altamente versatile nello sviluppo di molteplici contromisure contro le malattie infettive emergenti e riemergenti".