Molti vaccini, compresi quelli contro l’epatite B e la pertosse, sono costituiti da frammenti di proteine virali o batteriche. Questi vaccini spesso includono altre molecole chiamate adiuvanti, che aiutano a potenziare la risposta del sistema immunitario alla proteina.
La maggior parte di questi adiuvanti sono costituiti da sali di alluminio o altre molecole che provocano una risposta immunitaria aspecifica. Un team di ricercatori del MIT ha ora dimostrato che un tipo di nanoparticelle chiamato struttura metallica organica (MOF) può anche provocare una forte risposta immunitaria, attivando il sistema immunitario innato, la prima linea di difesa del corpo contro qualsiasi agente patogeno, attraverso proteine cellulari chiamate recettori a pedaggio.
In uno studio sui topi, i ricercatori hanno dimostrato che questo MOF potrebbe incapsulare e rilasciare con successo parte della proteina spike SARS-CoV-2, agendo anche come adiuvante una volta che il MOF viene scomposto all'interno delle cellule.
Anche se sarebbe necessario ulteriore lavoro per adattare queste particelle all'uso come vaccini, lo studio dimostra che questo tipo di struttura può essere utile per generare una forte risposta immunitaria, dicono i ricercatori.
"Capire come il veicolo di somministrazione del farmaco può migliorare una risposta immunitaria adiuvante è qualcosa che potrebbe essere molto utile nella progettazione di nuovi vaccini", afferma Ana Jaklenec, ricercatrice principale presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e una degli autori senior del nuovo vaccino. studiare.
Anche Robert Langer, professore del MIT Institute e membro del Koch Institute, e Dan Barouch, direttore del Centro di virologia e ricerca sui vaccini presso il Beth Israel Deaconess Medical Center e professore alla Harvard Medical School, sono autori senior dello studio, che appare in Science Advances . L'autore principale dell'articolo è Shahad Alsaiari, ex postdoc del MIT e ricercatore di Ibn Khaldun.
In questo studio, i ricercatori si sono concentrati su un MOF chiamato ZIF-8, che consiste in un reticolo di unità tetraedriche costituite da uno ione zinco attaccato a quattro molecole di imidazolo, un composto organico. Lavori precedenti avevano dimostrato che ZIF-8 può potenziare significativamente le risposte immunitarie, ma non si sapeva esattamente come questa particella attivasse il sistema immunitario.
Per cercare di capirlo, il team del MIT ha creato un vaccino sperimentale costituito dalla proteina legante il recettore SARS-CoV-2 (RBD) incorporata all’interno di particelle ZIF-8. Queste particelle hanno un diametro compreso tra 100 e 200 nanometri, una dimensione che consente loro di entrare nei linfonodi del corpo direttamente o attraverso le cellule immunitarie come i macrofagi.
Una volta che le particelle entrano nelle cellule, i MOF vengono scomposti, rilasciando le proteine virali. I ricercatori hanno scoperto che i componenti dell'imidazolo attivano quindi i recettori toll-like (TLR), che aiutano a stimolare la risposta immunitaria innata.
"Questo processo è analogo alla creazione di una squadra operativa segreta a livello molecolare per trasportare gli elementi essenziali del virus COVID-19 al sistema immunitario del corpo, dove possono attivare risposte immunitarie specifiche per aumentare l'efficacia del vaccino", afferma Alsaiari.
Il sequenziamento dell'RNA delle cellule dei linfonodi ha mostrato che i topi vaccinati con particelle ZIF-8 che trasportavano la proteina virale attivavano fortemente un percorso TLR noto come TLR-7, che portava a una maggiore produzione di citochine e altre molecole coinvolte nell'infiammazione.
I topi vaccinati con queste particelle hanno generato una risposta molto più forte alla proteina virale rispetto ai topi che hanno ricevuto la sola proteina.
"Non solo forniamo la proteina in modo più controllato attraverso una nanoparticella, ma la struttura compositiva di questa particella agisce anche come adiuvante", afferma Jaklenec. "Siamo stati in grado di ottenere risposte molto specifiche alla proteina COVID e con un effetto di risparmio della dose rispetto all'utilizzo della sola proteina per vaccinare."
Sebbene questo studio e altri abbiano dimostrato la capacità immunogenica di ZIF-8, è necessario fare ulteriore lavoro per valutare la sicurezza delle particelle e il potenziale per essere ampliate per la produzione su larga scala. Se ZIF-8 non verrà sviluppato come vettore del vaccino, i risultati dello studio dovrebbero aiutare a guidare i ricercatori nello sviluppo di nanoparticelle simili che potrebbero essere utilizzate per somministrare vaccini a subunità, afferma Jaklenec.
"La maggior parte dei vaccini a subunità hanno solitamente due componenti separati:un antigene e un adiuvante", afferma Jaklenec. "La progettazione di nuovi vaccini che utilizzano nanoparticelle con porzioni chimiche specifiche che non solo aiutano nella distribuzione dell'antigene ma possono anche attivare particolari percorsi immunitari hanno il potenziale per aumentare la potenza del vaccino."
Un vantaggio nello sviluppo di un vaccino a subunità per il COVID-19 è che tali vaccini sono generalmente più facili ed economici da produrre rispetto ai vaccini a mRNA, il che potrebbe facilitarne la distribuzione in tutto il mondo, dicono i ricercatori.
"I vaccini a subunità esistono da molto tempo e tendono ad essere più economici da produrre, il che apre un maggiore accesso ai vaccini, soprattutto in tempi di pandemia", afferma Jaklenec.
Ulteriori informazioni: Shahad Alsaiari et al, Le strutture zeolitiche di imidazolato attivano i recettori endosomiali di tipo Toll e potenziano l'immunogenicità del trimero proteico Spike SARS-CoV-2, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj6380. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6380
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dal Massachusetts Institute of Technology
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca, l'innovazione e l'insegnamento del MIT.
