Een zelf-assemblerend nanodeeltje ontworpen door een UConn-professor is het belangrijkste onderdeel van een krachtig nieuw malariavaccin dat veelbelovend is in vroege tests.

Voor jaren, wetenschappers die een malariavaccin proberen te ontwikkelen, zijn gedwarsboomd door het vermogen van de malariaparasiet om zichzelf te transformeren en te "verbergen" in de lever en rode bloedcellen van een geïnfecteerde persoon om detectie door het immuunsysteem te voorkomen.

Maar een nieuw eiwit nanodeeltje ontwikkeld door Peter Burkhard, hoogleraar bij de vakgroep Moleculaire &Celbiologie, in samenwerking met David Lanar, een specialist in infectieziekten bij het Walter Reed Army Institute of Research, is effectief gebleken om het immuunsysteem ertoe te brengen de meest dodelijke soorten malariaparasieten aan te vallen, Plasmodium falciparum, nadat het het lichaam is binnengekomen en voordat het de kans krijgt zich te verbergen en zich agressief te verspreiden.

De sleutel tot het succes van het vaccin ligt in de perfecte icosahedrale symmetrie van het nanodeeltje (denk aan het patroon op een voetbal) en het vermogen om tot 60 kopieën van het parasieteiwit op het oppervlak te dragen. De eiwitten zijn gerangschikt in een dichte, zorgvuldig geconstrueerd cluster dat het immuunsysteem als een bedreiging ervaart, waardoor het grote hoeveelheden antilichamen vrijgeeft die de parasiet kunnen aanvallen en doden.

Bij proeven met muizen het vaccin was 90-100 procent effectief in het uitroeien van de Plasmodium falciparum-parasiet en het handhaven van de immuniteit op lange termijn gedurende 15 maanden. Dat slagingspercentage is aanzienlijk hoger dan het gerapporteerde slagingspercentage voor RTS, S, 's werelds meest geavanceerde kandidaat-vaccin tegen malaria die momenteel klinische fase 3-onderzoeken ondergaat, wat de laatste testfase is voordat er een licentie wordt verleend.

"Beide vaccins zijn vergelijkbaar, het is alleen dat de dichtheid van de RTS, S-eiwitdisplays zijn veel lager dan die van ons, ", zegt Burkhard. "De homogeniteit van ons vaccin is veel hoger, die een sterkere reactie van het immuunsysteem produceert. Daarom zijn we ervan overtuigd dat die van ons een verbetering zal zijn.

"Elke eiwitketen die ons deeltje vormt, vertoont een van de eiwitmoleculen van de ziekteverwekker die wordt herkend door het immuunsysteem, " voegt Burkhard toe, een expert in structurele biologie verbonden aan UConn's Institute of Materials Science. "Met RTS, S, slechts ongeveer 14 procent van het eiwit van het vaccin is afkomstig van de malariaparasiet. We zijn in staat om onze hoge dichtheid te bereiken vanwege het ontwerp van het nanodeeltje, die wij controleren."

Het onderzoek is gepubliceerd in Malaria Journaal in 2013.

De zoektocht naar een malariavaccin is een van de belangrijkste onderzoeksprojecten in de wereldwijde volksgezondheid. De ziekte wordt vaak getransporteerd door de beten van nachtelijke muggen. Geïnfecteerden lijden aan ernstige koorts, rillingen, en een griepachtige ziekte. In ernstige gevallen, malaria veroorzaakt epileptische aanvallen, ernstige bloedarmoede, ademhalingsproblemen, en nierfalen. Elk jaar, er worden wereldwijd meer dan 200 miljoen gevallen van malaria gemeld. De Wereldgezondheidsorganisatie schatte dat 627, 000 mensen stierven in 2012 aan malaria velen van hen leven in sub-Sahara Afrika.

Het kostte de onderzoekers meer dan 10 jaar om de precieze assemblage van het nanodeeltje als de kritische drager van het vaccin af te ronden en de juiste delen van het malaria-eiwit te vinden om een ​​effectieve immuunrespons op te wekken. Het onderzoek werd verder bemoeilijkt door het feit dat de malariaparasiet die muizen treft die in laboratoriumtests worden gebruikt, structureel anders is dan de malariaparasiet die mensen infecteert.

De wetenschappers gebruikten een creatieve benadering om het probleem te omzeilen.

"Het testen van de werkzaamheid van het vaccin was moeilijk omdat de parasiet die malaria bij mensen veroorzaakt alleen bij mensen groeit. ' zegt Lanar. 'Maar we hebben een trucje ontwikkeld. We namen een malariaparasiet van een muis en stopten in zijn DNA een stukje DNA van de menselijke malariaparasiet die we met ons vaccin wilden aanvallen. Dat stelde ons in staat om goedkope muisstudies uit te voeren om het vaccin te testen voordat we naar dure menselijke proeven gingen."

Het onderzoek van het paar werd ondersteund door een subsidie ​​van $ 2 miljoen van de National Institutes of Health en $ 2 miljoen van het U.S. Military Infectious Disease Research Program. Een verzoek om nog eens $ 7 miljoen aan financiering van het Amerikaanse leger om de volgende fase van de ontwikkeling van vaccins uit te voeren, inclusief fabricage- en menselijke proeven, is in afwachting van.

"We liggen op schema om het vaccin voor menselijk gebruik begin volgend jaar te produceren, " zegt Lanar. "Het zal ongeveer zes maanden duren om de kwaliteitscontrole en toxicologische studies van het eindproduct af te ronden en toestemming te krijgen van de FDA om proeven op mensen te doen."

Lanar zegt dat het team hoopt in 2016 met vroege testen op mensen te beginnen en, als de resultaten veelbelovend zijn, veldproeven in malaria-endemische gebieden zullen in 2017 volgen. De vereiste veldproeven kunnen vijf jaar of langer duren voordat het vaccin beschikbaar is voor licentiestatus en openbaar gebruik, zegt Lanar.

Martin Edlund, CEO van Malaria No More, een in New York gevestigde non-profitorganisatie die zich richt op het bestrijden van sterfgevallen door malaria, zegt, "Dit onderzoek presenteert een veelbelovende nieuwe benadering voor de ontwikkeling van een malariavaccin. Innovatief werk, zoals wat er wordt gedaan aan de Universiteit van Connecticut, brengt ons dichter dan ooit bij het beëindigen van een van 's werelds oudste, duurste, en dodelijkste ziekten."

Een in Zwitserland gevestigd bedrijf, Alfa-O-peptiden, opgericht door Burkhard, heeft het patent op het zelfassemblerende nanodeeltje dat wordt gebruikt in het malariavaccin. Burkhard onderzoekt ook andere mogelijke toepassingen voor het nanodeeltje, waaronder een vaccin dat dierengriep zal bestrijden en een vaccin dat mensen met nicotineverslaving zal helpen. Professor Mazhar Khan van de afdeling Pathobiologie van UConn werkt samen met Burkhard aan het vaccin tegen diergriep.