Wetenschap
De nieuwe technologie voor medicijnafgifte van wetenschappers is een mogelijke doorbraak voor vaccins met meerdere stammen
Een nieuwe manier om medicijnen af te leveren waarbij gebruik wordt gemaakt van een gemeenschappelijk eiwit zou kunnen worden gebruikt om mozaïekvaccins te ontwikkelen. Dit zijn vaccins die effectief zijn tegen meerdere stammen van een virus als COVID-19, naast andere medicijnen, een wereldwijde primeur.
Sinds het midden van de jaren 2000 wordt ferritine, een eiwit dat het ijzer in alle organismen regelt, gebruikt om vaccins te maken en om geneesmiddelen tegen kanker en andere medicijnen aan het lichaam af te leveren. Dit is grotendeels te danken aan de hoge stabiliteit bij kamertemperatuur, het gemak van productie in grote hoeveelheden en de lage kans op afstoting door het gastlichaam.
De unieke zelfassemblagemethode van het eiwit heeft wetenschappers er tot nu toe echter van weerhouden een universele aanpak te ontwikkelen voor het leveren van een breed scala aan medicijnen.
Dat blijkt uit een nieuwe studie gepubliceerd in het nanotechnologietijdschrift Small , rapporteren onderzoekers van King's College London, onder leiding van Dr. Kourosh Ebrahimi, een nieuwe manier om deze zelfassemblage te omzeilen door het gedrag van virussen zoals HIV-1 te kopiëren.
Ferritine bestaat uit 24 in elkaar grijpende subeenheden die zichzelf spontaan assembleren om een driedimensionale bol te maken die van binnen hol is. De binnenkant van deze kleine "nanocages" kan worden gevuld met therapeutische medicijnen, maar de structuur van het eiwit moet worden verbroken voordat deze erin worden geplaatst.
Traditioneel worden zuren gebruikt om de structuur van ferritine open te breken, maar deze methoden kunnen de structuur van het eiwit beschadigen en laten niet toe dat de nanokooien worden gebruikt met medicijnen die niet in water kunnen worden opgelost, zoals de pH-gevoelige en in water onoplosbare antikankerbehandeling camptothecine. .
Belangrijker nog is dat deze traditionele methoden niet kunnen worden gebruikt om multifunctionele medicijnen te maken, zoals mozaïekvaccins die antigenen, het deel van een vaccin dat het lichaam leert hoe ziekten te bestrijden, uit verschillende stammen van hetzelfde virus halen en deze combineren om een bredere immuunrespons op gang te brengen. .
"Het onvermogen om de assemblage van natuurlijke eiwitnanokooien zoals ferritine gemakkelijk te controleren, is een tegenvaller geweest voor het gebruik van deze veilige en biocompatibele materialen als medicijnafgiftesysteem om moderne vaccins effectief te maken tegen meerdere virussen", zegt postdoctoraal onderzoeker Yujie Sheng.
Deze methode heeft een voordeel ten opzichte van mRNA-vaccins zoals het recente COVID-19-vaccin, dat messenger-RNA gebruikt om cellen te leren hoe ze antigenen voor specifieke ziekten kunnen maken. Omdat deze mRNA-vaccins slechts een deel van een virus tot expressie brengen, in plaats van een verzwakte versie ervan, zoals traditionele vaccins, zijn mRNA-vaccins sneller te produceren, maar veroorzaken ze mogelijk geen langdurige immuunrespons omdat het lichaam niet wordt geconfronteerd met een daadwerkelijk virusachtig virus. deeltje.
Hoewel ze langer meegaan, is de ontwikkeling van traditionele vaccins kostbaar en vergt het vele jaren van onderzoek en ontwikkeling om een veilige kandidaat op de markt te brengen. Door een ‘plug-in’ nanokooisysteem te introduceren, heeft het laboratorium van Kourosh nu een platform gecreëerd dat de voordelen van mRNA en traditionele virusgebaseerde vaccins combineert.
Omdat het virusachtige nanokooiplatform veilig is, hoeft het niet elke keer dat er een ander antigeen aan wordt toegevoegd klinisch te worden getest, net als bij een mRNA-platform. Tegelijkertijd kunnen verschillende antigenen eenvoudig op het platform worden aangesloten om virusachtige, effectieve vaccins te creëren. De onderzoekers bootsten na hoe virussen zoals HIV-1 werken en koppelden twee van de subeenheden aan elkaar via een reeks aminozuren die een peptide worden genoemd.
Dit stopte de zelfassemblage van ferritine en stelde het eiwit open voor verschillende in water oplosbare en onoplosbare medicijnen, terwijl de onderzoekers tegelijkertijd verschillende antigenen in het oppervlak van de nanokooien konden pluggen.
De onderzoekers hebben ook ontdekt dat deze nieuwe methode leidde tot een viervoudige toename van de inkapseling van geneesmiddelen voor zowel in water oplosbare als onoplosbare behandelingen. Naast het leveren van meer medicijnen zoals doxorubicine, een veelgebruikt medicijn tegen kanker, aan de getroffen delen van het lichaam, belooft dit het spectrum van medicijnen die ferritine kan dragen te verbreden.
“Onze technologie combineert de voordelen van mRNA-technologie en traditionele vaccins. Het is een veilig platform zoals mRNA-technologie, en tegelijkertijd kunnen verschillende antigenen worden aangesloten en virusachtige deeltjes genereren die traditionele vaccins nabootsen…. We hopen dat de stabiliteit en het productiegemak dat dit platform biedt, zullen door farmaceutische fabrikanten worden erkend", zegt Sheng.
Het nieuwe proces hoopt ook de deur te openen voor een nieuw soort geneesmiddel dat tegelijkertijd kan fungeren als een vaccin en als medicijn, met als doel zowel de ziekte als de symptomen ervan te voorkomen.
Yujie Sheng, een tweedejaars Ph.D. student in het laboratorium van Kourosh aan het King's Institute of Pharmaceutical Science en de eerste auteur van de studie, zei:"Het onvermogen om de assemblage van natuurlijke eiwitnanokooien zoals ferritine gemakkelijk te controleren, is een tegenslag geweest voor het gebruik van deze veilige en biocompatibele materialen als medicijnafgiftesysteem om moderne vaccins die effectief zijn tegen meerdere virussen.
“Onze technologie combineert de voordelen van mRNA-technologie en traditionele vaccins. Het is een veilig platform zoals mRNA-technologie, en tegelijkertijd kunnen verschillende antigenen worden aangesloten en virusachtige deeltjes genereren die traditionele vaccins nabootsen.
“Bovendien zouden we met behulp van onze technologie antigenen van verschillende virussen kunnen mixen en matchen en een kandidaat-vaccin kunnen creëren dat in staat is het lichaam te trainen tegen meerdere virussen. Een dergelijk mozaïekvaccin zal waarschijnlijk de kosten en de responstijd op toekomstige virale pandemieën verminderen.
P>"We hopen dat de stabiliteit en het productiegemak van dit platform erkend zullen worden door farmaceutische fabrikanten."
King's College heeft patent gekregen op deze technologie. De volgende stap van het laboratorium is het gebruik van hun nanokooitechnologie en het ontwikkelen van nieuwe therapieën tegen een reeks ziekten, zoals kanker en virale infecties, die ze hopen te onderzoeken in een commerciële spin-out.