MIT-ingenieurs hebben een nieuw type gemakkelijk aanpasbaar vaccin ontwikkeld dat in één week kan worden geproduceerd. waardoor het snel kan worden ingezet als reactie op uitbraken van ziekten. Tot dusver, ze hebben vaccins ontwikkeld tegen ebola, H1N1-griep, en Toxoplasma gondii (een familielid van de parasiet die malaria veroorzaakt), die 100 procent effectief waren in tests bij muizen.

Het vaccin bestaat uit strengen genetisch materiaal dat bekend staat als boodschapper-RNA, die kan worden ontworpen om te coderen voor elke virale, bacterieel, of parasitair eiwit. Deze moleculen worden vervolgens verpakt in een molecuul dat het RNA in cellen aflevert, waar het wordt vertaald in eiwitten die een immuunrespons van de gastheer veroorzaken.

Naast het bestrijden van infectieziekten, de onderzoekers gebruiken deze benadering om kankervaccins te maken die het immuunsysteem zouden leren tumoren te herkennen en te vernietigen.

"Deze nanoformulering stelt ons in staat om in slechts zeven dagen vaccins te maken tegen nieuwe ziekten, de mogelijkheid bieden om plotselinge uitbraken aan te pakken of snelle wijzigingen en verbeteringen aan te brengen, " zegt Daniël Anderson, een universitair hoofddocent bij het MIT's Department of Chemical Engineering en een lid van het Koch Institute for Integrative Cancer Research en het Institute for Medical Engineering and Science (IMES) van MIT.

Anderson is de senior auteur van een paper waarin de nieuwe vaccins in de Proceedings van de National Academy of Sciences de week van 4 juli 2016. Het project werd geleid door Jasdave Chahal, een postdoc bij MIT's Whitehead Institute for Biomedical Research, en Omar Khan, een postdoc bij het Koch Instituut; beide zijn de eerste auteurs van het papier.

Aanpasbare vaccins

De meeste traditionele vaccins bestaan ​​uit een geïnactiveerde vorm van een virus of ander pathogeen. De productie van deze vaccins duurt meestal lang, en voor sommige ziekten zijn ze te riskant. Andere vaccins bestaan ​​uit eiwitten die normaal door de microbe worden geproduceerd, maar deze veroorzaken niet altijd een sterke immuunrespons, waarbij onderzoekers op zoek moeten naar een adjuvans (een chemische stof die de respons verbetert).

RNA-vaccins zijn aantrekkelijk omdat ze gastheercellen ertoe aanzetten veel kopieën te maken van de eiwitten waarvoor ze coderen, wat een sterkere immuunreactie veroorzaakt dan wanneer de eiwitten alleen zouden worden gegeven. Het idee om boodschapper-RNA-moleculen als vaccins te gebruiken, bestaat al ongeveer 30 jaar, maar een van de grootste obstakels was het vinden van een veilige en effectieve manier om ze te leveren.

Khan besloot RNA-vaccins te verpakken in een nanodeeltje gemaakt van een vertakt molecuul dat bekend staat als een dendrimeer. Een belangrijk voordeel van dit materiaal is dat de onderzoekers het een tijdelijke positieve lading kunnen geven, waardoor het nauwe associaties kan vormen met RNA, die negatief geladen is. Khan kan ook de grootte en het patroon van de uiteindelijke structuur bepalen. Door de dendrimeer-RNA-structuur vele malen over zichzelf te laten vouwen, Khan genereerde bolvormige vaccindeeltjes met een diameter van ongeveer 150 nanometer. Dat maakt ze even groot als veel virussen, waardoor de deeltjes cellen kunnen binnendringen door gebruik te maken van dezelfde oppervlakte-eiwitten die virussen voor dit doel gebruiken.

Door de RNA-sequenties aan te passen, de onderzoekers kunnen vaccins ontwerpen die bijna elk eiwit produceren dat ze willen. De RNA-moleculen bevatten ook instructies voor amplificatie van het RNA, zodat de cel nog meer van het eiwit gaat produceren.

Het vaccin is ontworpen om te worden toegediend via intramusculaire injectie, waardoor het gemakkelijk te beheren is. Zodra de deeltjes in de cellen komen, het RNA wordt vertaald in eiwitten die vrijkomen en het immuunsysteem stimuleren. aanzienlijk, de vaccins waren in staat om beide takken van het immuunsysteem te stimuleren:een T-celrespons en een antilichaamrespons.

In proeven bij muizen, dieren die een enkele dosis van een van de vaccins kregen, vertoonden geen symptomen na blootstelling aan de echte ziekteverwekker:ebola, H1N1-griep, of Toxoplasma gondii .

"Het maakt niet uit welk antigeen we hebben gekozen, we waren in staat om de volledige antilichaam- en T-celreacties aan te sturen, ' zegt Khan.

De onderzoekers geloven ook dat hun vaccins veiliger zouden zijn dan DNA-vaccins, een ander alternatief dat wetenschappers nastreven, want in tegenstelling tot DNA, RNA kan niet worden geïntegreerd in het gastheergenoom en mutaties veroorzaken.

"De mogelijkheid om snel een volledig synthetische formulering te maken die effectief kan zijn als vaccin, is een belangrijke aanvulling op de momenteel beschikbare vaccinstrategieën, " zegt Hidde Ploegh, een MIT-professor in de biologie, een lid van het Whitehead Institute, en een auteur van het artikel, die eraan toevoegde dat het belangrijk zal zijn om de veiligheid en de kosten te beoordelen.

Snelle implementatie

Het vermogen om deze vaccins snel te ontwerpen en te produceren, zou bijzonder gunstig kunnen zijn voor de bestrijding van griep, omdat de meest gebruikelijke productiemethode voor griepvaccins, waarvoor de virussen in kippeneieren moeten worden gekweekt, duurt maanden. Dit betekent dat wanneer een onverwachte griepstam verschijnt, zoals het pandemie-veroorzakende H1N1-virus uit 2009, er is geen manier om er snel een vaccin tegen te produceren.

"Normaal gesproken komt een vaccin beschikbaar lang nadat de uitbraak voorbij is, " zegt Chahal. "We denken dat we in de loop van een echte uitbraak kunnen interveniëren."

Khan en Chahal zijn van plan een bedrijf te starten om de technologie in licentie te geven en te commercialiseren. Naast de vaccins die ze al hebben ontworpen, ze hopen vaccins te maken voor het Zika-virus en de ziekte van Lyme.

Ze werken ook aan kankervaccins. Tijdens een recente "Mission:Possible"-wedstrijd georganiseerd door het Koch Institute, Khan en Chahal maakten deel uit van een team dat zich uiteindelijk terugtrok uit de competitie omdat een externe financier, de Advanced Medical Research Foundation, aangeboden om hen te ondersteunen.

Voor dat project, de onderzoekers ontwierpen vaccins die zich richten op genen die normaal alleen tijdens de embryonale ontwikkeling worden ingeschakeld. Deze genen, slapend bij volwassenen, worden vaak gereactiveerd bij een type kanker dat bekend staat als niet-kleincellige longtumoren.

"We zijn allemaal enthousiast over het potentieel van deze nieuwe aanpak om een ​​nieuwe manier van vaccintoediening te bieden, " zegt Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT en een auteur van het artikel.