MIT-ingenieurs hebben een nieuw type nanodeeltje ontworpen dat veilig en effectief vaccins kan leveren voor ziekten zoals hiv en malaria.

De nieuwe deeltjes, beschreven in het nummer van 20 februari van Natuurmaterialen , bestaan ​​uit concentrische vetbolletjes die synthetische versies van eiwitten kunnen dragen die normaal door virussen worden geproduceerd. Deze synthetische deeltjes wekken een sterke immuunrespons op - vergelijkbaar met die geproduceerd door levende virusvaccins - maar zouden veel veiliger moeten zijn, zegt Darrell Irvine, auteur van het papier en een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering en biologische engineering.

Dergelijke deeltjes kunnen wetenschappers helpen bij het ontwikkelen van vaccins tegen kanker en infectieziekten. In samenwerking met wetenschappers van het Walter Reed Army Institute of Research, Irvine en zijn studenten testen nu het vermogen van de nanodeeltjes om een ​​experimenteel malariavaccin bij muizen af ​​te leveren.

Vaccins beschermen het lichaam door het bloot te stellen aan een infectieus agens dat het immuunsysteem voorbereidt om snel te reageren wanneer het de ziekteverwekker opnieuw tegenkomt. Vaak, zoals met de polio- en pokkenvaccins, een dode of uitgeschakelde vorm van het virus wordt gebruikt. Andere vaccins, zoals het difterievaccin, bestaan ​​uit een synthetische versie van een eiwit of ander molecuul dat normaal door de ziekteverwekker wordt gemaakt.

Bij het ontwerpen van een vaccin wetenschappers proberen ten minste één van de twee belangrijkste spelers van het menselijk lichaam in de immuunrespons uit te lokken:T-cellen, die lichaamscellen aanvallen die zijn geïnfecteerd met een ziekteverwekker; of B-cellen, die antilichamen afscheiden die zich richten op virussen of bacteriën die aanwezig zijn in het bloed en andere lichaamsvloeistoffen.

Voor ziekten waarbij de ziekteverwekker de neiging heeft om in cellen te blijven, zoals hiv, een sterke respons van een type T-cel die bekend staat als "killer" T-cel is vereist. De beste manier om deze cellen tot actie aan te zetten, is door een gedood of uitgeschakeld virus te gebruiken. maar dat kan niet met hiv omdat het moeilijk is om het virus onschadelijk te maken.

Om het gevaar van het gebruik van levende virussen te omzeilen, wetenschappers werken aan synthetische vaccins tegen hiv en andere virale infecties zoals hepatitis B. deze vaccins, terwijl het veiliger is, wekken geen erg sterke T-celrespons op. Onlangs, wetenschappers hebben geprobeerd de vaccins in te hullen in vettige druppeltjes die liposomen worden genoemd, wat zou kunnen helpen bij het bevorderen van T-celreacties door het eiwit in een virusachtig deeltje te verpakken. Echter, deze liposomen hebben een slechte stabiliteit in bloed en lichaamsvloeistoffen.

Irvine, die lid is van MIT's David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research, besloten om voort te bouwen op de liposoombenadering door veel van de druppeltjes samen in concentrische bollen te verpakken. Zodra de liposomen aan elkaar zijn gefuseerd, aangrenzende liposoomwanden zijn chemisch aan elkaar "geniet", waardoor de structuur stabieler wordt en minder snel kapot gaat na injectie. Echter, zodra de nanodeeltjes door een cel zijn geabsorbeerd, ze verslechteren snel, het vrijgeven van het vaccin en het uitlokken van een T-celrespons.

Bij proeven met muizen Irvine en zijn collega's gebruikten de nanodeeltjes om een ​​eiwit af te leveren dat ovalbumine wordt genoemd, een eiwit dat vaak wordt gebruikt in immunologiestudies omdat er biochemische hulpmiddelen beschikbaar zijn om de immuunrespons op dit molecuul te volgen. Ze ontdekten dat drie immunisaties van lage doses van het vaccin een sterke T-celrespons produceerden - na immunisatie, tot 30 procent van alle killer-T-cellen in de muizen waren specifiek voor het vaccineiwit.

Dat is een van de sterkste T-celreacties die wordt gegenereerd door een eiwitvaccin, en vergelijkbaar met sterke virale vaccins, maar zonder de veiligheidsproblemen van levende virussen, zegt Irvine. belangrijk, de deeltjes wekken ook een sterke antilichaamrespons op. Niren Murthy, universitair hoofddocent aan het Georgia Institute of Technology, zegt dat de nieuwe deeltjes "een vrij grote vooruitgang vertegenwoordigen, ” hoewel hij zegt dat er meer experimenten nodig zijn om aan te tonen dat ze een immuunrespons tegen menselijke ziekten kunnen opwekken, bij menselijke onderwerpen. "Er is zeker genoeg potentieel om het te onderzoeken met meer geavanceerde en dure experimenten, ' zegt hij.

Naast de malariastudies met wetenschappers van Walter Reed, Irvine werkt ook aan de ontwikkeling van de nanodeeltjes om kankervaccins en hiv-vaccins te leveren. De vertaling van deze benadering van HIV wordt gedaan in samenwerking met collega's van het Ragon Institute of MIT, Harvard en het algemeen ziekenhuis van Massachusetts. Het instituut, die deze studie samen met de Gates Foundation financierde, Ministerie van Defensie en National Institutes of Health, werd in 2009 opgericht met als doel een hiv-vaccin te ontwikkelen.