_ Vaccinul cu nanoparticule protejează împotriva unui spectru a variantelor care cauzează COVID-19 și a virusurilor înrudite

Un nou tip de vaccin oferă protecție împotriva unei varietăți de betacoronavirus asemănător SARS, inclusiv variantele SARS-CoV-2, la șoareci și maimuțe, potrivit unui studiu condus de cercetătorii din laboratorul Pamela Bjorkman de la Caltech, profesorul David Baltimore de biologie și bioinginerie.

Betacoronavirusurile, inclusiv cele care au cauzat pandemiile SARS, MERS și COVID-19, sunt un subset de coronavirusuri care infectează oamenii și animalele. Vaccinul funcționează prin prezentarea sistemului imunitar cu bucăți de proteine ​​​​pic de la SARS-CoV-2 și alte șapte betacoronavirus asemănătoare SARS, atașate la o structură de nanoparticule de proteine, pentru a induce producerea unui spectru larg de anticorpi reactivi încrucișați. În special, atunci când au fost vaccinate cu această așa-numită nanoparticulă mozaic, modelele animale au fost protejate de un coronavirus suplimentar, SARS-CoV, care nu a fost unul dintre cele opt reprezentate pe vaccinul cu nanoparticule.

„Animale vaccinate cu Nanoparticulele mozaic-8 au generat anticorpi care au recunoscut practic fiecare tulpină de betacoronavirus asemănătoare SARS pe care am evaluat-o”, spune cercetătorul postdoctoral Caltech Alexander Cohen (Ph.D. '21), co-primul autor al noului studiu. „Unii dintre acești viruși ar putea fi legați de tulpina care provoacă următorul focar de betacoronavirus asemănător SARS, așa că ceea ce ne dorim cu adevărat ar fi ceva care să țintească acest grup de viruși. Credem că avem asta.”

Cercetarea apare într-o lucrare din revista Science din 5 iulie.

„SARS-CoV-2 s-a dovedit capabil să creeze noi variante care ar putea prelungi pandemia globală de COVID-19”, spune Bjorkman, care este, de asemenea, profesor al Institutului Merkin și ofițer executiv pentru biologie și inginerie biologică. „În plus, faptul că trei betacoronavirusuri — SARS-CoV, MERS-CoV și SARS-CoV-2 — s-au răspândit la oameni de la gazde animale în ultimii 20 de ani ilustrează nevoia de a produce vaccinuri cu protecție generală.”

Este nevoie de o astfel de protecție extinsă, spune Bjorkman, „pentru că nu putem prezice care virus sau viruși dintre numărul mare de animale vor evolua în viitor pentru a infecta oamenii pentru a provoca o altă epidemie sau pandemie. Ce suntem. încercarea de a face este să creeze un vaccin all-in-one care să protejeze împotriva betacoronavirusurilor asemănătoare SARS, indiferent de virusurile animale care ar putea evolua pentru a permite infectarea și răspândirea omului. Acest tip de vaccin ar proteja, de asemenea, împotriva variantelor actuale și viitoare de SARS-CoV-2 fără nevoia de actualizare."

Cum funcționează: un vaccin compus din domenii de vârf de la opt coronavirusuri diferite asemănătoare SARS

Tehnologia vaccinului pentru a atașa bucăți de virus la nanoparticulele de proteine ​​a fost dezvoltat iniţial de colaboratorii de la Universitatea din Oxford. Baza tehnologiei este o mică structură asemănătoare cuștilor (o „nanoparticulă”) formată din proteine ​​proiectate pentru a avea anexe „lipicioase” pe suprafața sa, pe care cercetătorii pot atașa proteine ​​virale marcate. Aceste nanoparticule pot fi pregătite pentru a afișa bucăți dintr-un singur virus (nanoparticule „homotipice”) sau bucăți din mai mulți viruși diferiți (nanoparticule „mozaice”). Când este injectat într-un animal, vaccinul cu nanoparticule prezintă aceste fragmente virale sistemului imunitar. Acest lucru induce producerea de anticorpi, proteine ​​ale sistemului imunitar care recunosc și luptă împotriva agenților patogeni specifici, precum și răspunsuri imune celulare care implică limfocitele T și celulele imune înnăscute.

În acest studiu, cercetătorii au ales opt betacoronavirus asemănător SARS, inclusiv SARS-CoV-2, virusul care a provocat pandemia COVID-19, împreună cu șapte viruși animale înrudite care ar putea avea potențialul de a declanșează o pandemie la oameni și a atașat fragmente din cei opt viruși pe schela cu nanoparticule. Echipa a ales fragmente specifice ale structurilor virale, numite domenii de legare a receptorilor (RBD), care sunt esențiale pentru ca coronavirusurile să intre în celulele umane. De fapt, anticorpii umani care neutralizează coronavirusurile vizează în primul rând RBD-urile virusului.

Ideea este că un astfel de vaccin ar putea induce organismul să producă anticorpi care recunosc în linii mari betacoronavirusurile asemănătoare SARS pentru a lupta împotriva variantelor în plus față de cele. prezentat pe nanoparticulă prin țintirea caracteristicilor comune ale RBD virale. Acest design provine din ideea că diversitatea și aranjarea fizică a RBD-urilor pe nanoparticulă va concentra răspunsul imun către părți ale RBD care sunt împărtășite de întreaga familie de coronavirusuri SARS, realizând astfel imunitate pentru toți. Datele raportate astăzi în Science demonstrează potențiala eficacitate a acestei abordări.

Proiectarea experimentelor pentru a măsura protecția vaccinului la șoareci

Vaccinul rezultat (numit aici mozaic-8) este compus din RBD de la opt coronavirusuri. Experimentele anterioare conduse de laboratorul Bjorkman au arătat că mozaic-8 induce șoarecii să producă anticorpi care reacționează la o varietate de coronavirusuri într-un vas de laborator. Condus de Cohen, noul studiu și-a propus să se bazeze pe baza acestei cercetări pentru a vedea dacă vaccinarea cu vaccinul mozaic-8 ar putea induce anticorpi de protecție la un animal viu la provocarea (cu alte cuvinte, infecția) cu SARS-CoV-2 sau SARS-CoV. .

Echipa și-a propus să compare cât de multă protecție împotriva infecției a fost oferită de o nanoparticulă acoperită cu diferite fragmente de coronavirus (mozaic-8) față de o nanoparticulă acoperită doar cu fragmente de SARS-CoV-2 (un „homotipic „ nanoparticulă).

Echipa a efectuat trei seturi de experimente pe șoareci. Într-unul, controlul, au inoculat șoareci doar structura goală a cuștii cu nanoparticule, fără fragmente de virus atașate. Un al doilea grup de șoareci a fost injectat cu o nanoparticulă homotipică acoperită numai în RBD-uri SARS-CoV-2, iar un al treilea grup a fost injectat cu nanoparticule mozaic-8. Un obiectiv experimental a fost acela de a vedea dacă inocularea cu mozaic-8 ar proteja animalele împotriva SARS-CoV-2 în același grad ca animalele homotipice imunizate cu SARS-CoV-2; un al doilea obiectiv a fost evaluarea protecției împotriva unui așa-numit „virus nepotrivit”—unul care nu a fost reprezentat de un RBD pe nanoparticulă mozaic-8.

În special, cele opt tulpini de coronavirus care acoperă nanoparticula mozaic. nu a inclus în mod intenționat SARS-CoV, virusul care a provocat pandemia SARS inițială la începutul anilor 2000. Astfel, echipa și-a propus să investigheze și gradul de protecție împotriva unei provocări cu virusul SARS-CoV original, folosindu-l pentru a reprezenta un betacoronavirus necunoscut, asemănător SARS, care s-ar putea răspândi în oameni.

Șoarecii au folosit. în experimente au fost modificate genetic pentru a exprima receptorul uman ACE2, care este receptorul de pe celulele umane care este utilizat de SARS-CoV-2 și de virusurile înrudite pentru a obține intrarea în celule în timpul infecției. În acest model de provocare animală, șoarecii nevaccinați mor dacă sunt infectați cu un betacoronavirus asemănător SARS, oferind astfel un test riguros pentru a evalua potențialul de protecție împotriva infecțiilor și bolilor la oameni.

Vaccinul cu mozaic protejează șoarecii împotriva unui virus similar. Betacoronavirus asemănător SARS

Așa cum era de așteptat, șoarecii inoculați cu structura de nanoparticule goale au murit atunci când au fost infectați cu SARS-CoV sau SARS-CoV-2. Șoarecii care au fost inoculați cu o nanoparticulă homotipică acoperite numai cu SARS-CoV-2 RBD au fost protejați împotriva infecției cu SARS-CoV-2, dar au murit la expunerea la SARS-CoV. Aceste rezultate sugerează că candidații actuali de vaccin cu nanoparticule SARS-CoV-2 care sunt dezvoltați în altă parte ar fi eficienți împotriva SARS-CoV-2, dar ar putea să nu protejeze în mare măsură împotriva altor betacoronavirus asemănător SARS care trec din rezervoarele animale sau împotriva viitorului SARS-CoV-2. variante.

Cu toate acestea, toți șoarecii inoculați cu nanoparticule mozaic-8 au supraviețuit atât provocărilor SARS-CoV-2, cât și SARS-CoV, fără scădere în greutate sau alte patologii semnificative.

Cercetările asupra primatelor non-umane confirmă, de asemenea, eficacitatea vaccinului mozaic

Echipa a efectuat apoi experimente similare de provocare pe primate neumane, de data aceasta folosind cel mai promițător vaccin candidat, mozaic-8, și comparând efectele vaccinării cu mozaic-8 față de fără vaccinare în studiile de provocare pe animale. Când au fost inoculate cu mozaic-8, animalele au prezentat puțină sau deloc infecție detectabilă atunci când au fost expuse la SARS-CoV-2 sau SARS-CoV, demonstrând din nou potențialul vaccinului mozaic-8 de a fi protector pentru variantele actuale și viitoare ale virusului. provocând pandemia COVID-19, precum și împotriva potențialelor răspândiri virale viitoare ale betacoronavirusurilor asemănătoare SARS de la gazde animale.

Important, în colaborare cu virologul Jesse Bloom (Ph.D. '07) de la Fred Hutchinson Centrul de Cercetare a Cancerului, echipa a descoperit că anticorpii provocați de mozaic-8 au vizat cele mai comune elemente ale RBD într-un set divers de alte betacoronavirus asemănătoare SARS - așa-numita parte "conservată" a RBD - oferind astfel dovezi pentru mecanism ipotetizat prin care vaccinul ar fi eficient împotriva noilor variante de SARS-CoV-2 sau betacoronavirusuri asemănătoare SARS animale. În schimb, injecțiile homotipice cu nanoparticule SARS-CoV-2 au generat anticorpi împotriva regiunilor RBD specifice tulpinii, ceea ce sugerează că aceste tipuri de vaccinuri ar proteja probabil împotriva SARS-CoV-2, dar nu împotriva variantelor nou apărute sau potențialului virus animal emergent.

Ca un pas următor, Bjorkman și colegii săi va evalua imunizările cu nanoparticule mozaic-8 la oameni într-un studiu clinic de fază 1 susținut de Coaliția pentru Inițiativa de Pregătire Epidemică (CEPI). Pentru a se pregăti pentru studiul clinic, care va înrola în mare parte persoane care au fost vaccinate și/sau infectate anterior cu SARS-CoV-2, laboratorul Bjorkman plănuiește experimente preclinice pe modele animale pentru a compara răspunsurile imune la animalele vaccinate anterior cu un virus actual COVID- 19 vaccin la răspunsurile la animalele naive din punct de vedere imunologic în ceea ce privește infecția sau vaccinarea cu SARS-CoV-2.

„Am vorbit despre necesitatea diversității în dezvoltarea vaccinurilor încă de la începutul pandemiei.” spune Dr. Richard J. Hatchett, CEO al CEPI. „Descoperirea prezentată în studiul de laborator Bjorkman demonstrează un potențial uriaș pentru o strategie care urmărește o nouă platformă de vaccin, cu potențial depășind obstacolele create de noi variante. Sunt încântat să anunț că CEPI va sprijini această abordare nouă a prevenirii pandemiei în faza I. studii clinice. Viteza accelerată atinsă de studiu după ce a primit finanțare Wellcome Leap a facilitat relația noastră cu aceștia astăzi. Datele despre primate non-umane sunt extrem de încurajatoare și suntem încântați să sprijinim următoarea fază a studiilor."

(Fluierul)