Dalla metà degli anni 2000, la ferritina, una proteina che gestisce il ferro in tutti gli organismi, è stata utilizzata per creare vaccini e per somministrare farmaci antitumorali e altri medicinali all’organismo. Ciò è in gran parte dovuto alla sua elevata stabilità a temperatura ambiente, alla facilità di produzione in grandi quantità e alla bassa probabilità di rigetto da parte dell'organismo ospite.

Tuttavia, il metodo unico di autoassemblaggio della proteina ha impedito fino ad ora agli scienziati di sviluppare un approccio universale per fornire un'ampia gamma di farmaci.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista di nanotecnologia Small , i ricercatori del King's College di Londra, guidati dal dottor Kourosh Ebrahimi, segnalano un nuovo modo per aggirare questo autoassemblaggio copiando il comportamento di virus come l'HIV-1.

La ferritina è composta da 24 subunità ad incastro che si autoassemblano spontaneamente per formare una sfera tridimensionale cava all'interno. L'interno di queste piccole "nanogabbie" può essere riempito con farmaci terapeutici, ma la struttura della proteina deve essere rotta prima che questi vengano inseriti all'interno.

Tradizionalmente, gli acidi sono stati utilizzati per rompere la struttura della ferritina, ma questi metodi possono danneggiare la struttura della proteina e non consentire l'utilizzo delle nanocage con farmaci che non possono essere disciolti in acqua, come il trattamento antitumorale sensibile al pH e insolubile in acqua camptotecina .

Ancora più importante, questi metodi tradizionali non possono essere utilizzati per creare farmaci multiuso come i vaccini a mosaico che assumono antigeni, la parte di un vaccino che insegna all’organismo come combattere la malattia, da diversi ceppi dello stesso virus e li combina per innescare una risposta immunitaria più ampia. .

"L'incapacità di controllare facilmente l'assemblaggio di nanogabbie proteiche naturali come la ferritina è stata una battuta d'arresto per l'utilizzo di questi materiali sicuri e biocompatibili come sistema di somministrazione di farmaci per rendere i vaccini moderni efficaci contro più virus", afferma il ricercatore post-laurea Yujie Sheng.

Questo metodo presenta un vantaggio rispetto ai vaccini a mRNA come il recente vaccino COVID-19, che utilizza l’RNA messaggero per insegnare alle cellule come produrre antigeni per malattie specifiche. Poiché questi vaccini a mRNA esprimono solo una parte del virus, anziché una versione indebolita dello stesso come i vaccini tradizionali, i vaccini a mRNA sono più veloci da produrre ma potrebbero non indurre una risposta immunitaria duratura perché il corpo non affronta un vero virus simile al virus. particella.

Sebbene siano più duraturi, lo sviluppo dei vaccini tradizionali è costoso e richiede molti anni di ricerca e sviluppo per commercializzare un candidato sicuro. Introducendo un sistema di nanogabbie "plug-in", il laboratorio di Kourosh ha ora creato una piattaforma che combina i vantaggi dell'mRNA e dei tradizionali vaccini basati sui virus.

Poiché la piattaforma di nanogabbia simile a virus è sicura, non ha bisogno di essere testata clinicamente ogni volta che le viene aggiunto un antigene diverso, proprio come una piattaforma di mRNA. Allo stesso tempo, diversi antigeni possono essere facilmente inseriti nella piattaforma per creare vaccini efficaci simili ai virus. Imitando il funzionamento di virus come l'HIV-1, i ricercatori hanno collegato insieme due subunità attraverso una stringa di amminoacidi chiamata peptide.

Ciò ha interrotto l'autoassemblaggio della ferritina e ha aperto la proteina a vari farmaci idrosolubili e insolubili, consentendo contemporaneamente ai ricercatori di inserire diversi antigeni nella superficie delle nanocage.

I ricercatori hanno anche scoperto che questo nuovo metodo ha portato a un aumento di quattro volte dell'incapsulamento dei farmaci sia per i trattamenti idrosolubili che per quelli insolubili. Oltre a fornire più farmaci come la doxorubicina, un farmaco antitumorale ampiamente utilizzato, alle parti del corpo colpite, questo promette di ampliare lo spettro di farmaci che la ferritina può trasportare.

"La nostra tecnologia combina i vantaggi della tecnologia mRNA e dei vaccini tradizionali. È una piattaforma sicura come la tecnologia mRNA e, allo stesso tempo, diversi antigeni possono essere collegati e generare particelle simili a virus che imitano i vaccini tradizionali.... Ci auguriamo che la stabilità e la facilità di produzione offerte da questa piattaforma saranno riconosciute dai produttori farmaceutici", afferma Sheng.

Il nuovo processo spera anche di aprire la porta a un nuovo tipo di terapia che possa fungere contemporaneamente da vaccino e da farmaco, mirando sia a prevenire la malattia che i suoi sintomi.

Yujie Sheng, un dottorato di ricerca al secondo anno. studente del laboratorio di Kourosh presso il King's Institute of Pharmaceutical Science e primo autore dello studio, ha dichiarato:"L'incapacità di controllare facilmente l'assemblaggio di nanogabbie proteiche naturali come la ferritina è stata una battuta d'arresto per l'utilizzo di questi materiali sicuri e biocompatibili come sistema di somministrazione di farmaci per rendere vaccini moderni efficaci contro più virus.

"La nostra tecnologia combina i vantaggi della tecnologia mRNA e dei vaccini tradizionali. È una piattaforma sicura come la tecnologia mRNA e, allo stesso tempo, diversi antigeni possono essere collegati e generare particelle simili a virus che imitano i vaccini tradizionali.

"Inoltre, utilizzando la nostra tecnologia, potremmo mescolare e abbinare antigeni di diversi virus e creare un candidato vaccino in grado di addestrare il corpo contro più virus. È probabile che un simile vaccino a mosaico riduca i costi e i tempi di risposta alle future pandemie virali.

"Ci auguriamo che la stabilità e la facilità di produzione offerte da questa piattaforma vengano riconosciute dai produttori farmaceutici."

Al King's College è stato concesso un brevetto per questa tecnologia. Il prossimo passo del laboratorio sarà utilizzare la tecnologia delle nanogabbie e sviluppare nuove terapie contro una serie di malattie, come il cancro e le infezioni virali, che sperano di ricercare in uno spin-out commerciale.