Изменение способа разработки и производства противораковых вакцин

Ученые использовали химию и нанотехнологии, чтобы изменить структурное расположение адъювантов и антигенов внутри нановакцины, значительно повысив ее эффективность. Антиген нацелен на иммунную систему, а адъювант является стимулятором, повышающим эффективность антигена.

Исследование будет опубликовано 30 января в Природная биомедицинская инженерия.

«Работа показывает, что структура вакцины, а не только ее компоненты, является решающим фактором в определении эффективности вакцины», — сказал ведущий исследователь Чад А. Миркин, директор IIN. «То, где и как мы размещаем антигены и адъюванты в рамках единой архитектуры, заметно меняет то, как иммунная система распознает и обрабатывает их.

Миркин также является профессором химии Джорджа Б. Ратмана в Вайнбергском колледже искусств и наук и профессором медицины в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета.

По словам Миркина, этот новый повышенный акцент на структуре может повысить эффективность традиционных противораковых вакцин, которые исторически неэффективны.

На сегодняшний день команда Миркина изучила влияние структуры вакцины на семь различных типов рака, включая трижды негативный рак молочной железы, рак шейки матки, вызванный вирусом папилломы, меланому, рак толстой кишки и рак простаты, чтобы определить наиболее эффективную архитектуру для лечения каждого из них. болезнь.

Обычные вакцины используют смешанный подход

В большинстве традиционных вакцин антиген и адъювант смешивают и вводят пациенту. Отсутствует контроль за составом вакцин и, как следствие, ограничен контроль за оборотом и переработкой компонентов вакцины. Таким образом, нет никакого контроля над эффективностью вакцины.

«Проблема с обычными вакцинами заключается в том, что из этой смешанной мешанины иммунная клетка может усвоить 50 антигенов и один адъювант или один антиген и 50 адъювантов», — сказала автор исследования и бывший научный сотрудник Северо-западного постдокторанта Мишель Тепленски, которая сейчас работает доцент Бостонского университета. «Но должно быть оптимальное соотношение каждого из них, которое максимизирует эффективность вакцины».

Введите SNA (сферические нуклеиновые кислоты), которые представляют собой структурную платформу, изобретенную и разработанную Миркиным, используемую в этом новом классе модульных вакцин. SNA позволяют ученым точно определить, сколько антигенов и адъювантов доставляется в клетки. СНС также позволяют ученым адаптировать способ представления компонентов вакцин и скорость их обработки. Такие структурные соображения, которые сильно влияют на эффективность вакцин, по большей части игнорируются в традиционных подходах.

Вакцины, разработанные с помощью «рациональной вакцинологии», обеспечивают точную дозировку для максимальной эффективности.

Этот подход к систематическому контролю расположения антигенов и адъювантов в модульной архитектуре вакцин был разработан Миркиным, который для его описания ввел термин «рациональная вакцинология». Он основан на концепции, согласно которой структурное представление компонентов вакцины так же важно для повышения эффективности, как и сами компоненты.

«Вакцины, разработанные с помощью рациональной вакцинологии, доставляют точную дозу антигена и адъюванта к каждой иммунной клетке, поэтому все они одинаково готовы атаковать раковые клетки», — сказал Миркин, который также является членом Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье. Северо-Западного университета. «Если ваши иммунные клетки — солдаты, традиционная вакцина оставляет некоторых безоружными; наша вакцина вооружает их всех мощным оружием, с помощью которого можно убить рак. Каких «солдат» иммунных клеток вы хотите атаковать ваши раковые клетки?» — спросил Миркин. риторически.

Создание (даже) лучшей вакцины

Команда разработала противораковую вакцину, которая удвоила количество Т-клеток, специфичных для раковых антигенов, и увеличила активацию этих клеток на 30% за счет реконфигурации архитектуры вакцины, чтобы она содержала несколько мишеней, чтобы помочь иммунной системе обнаруживать опухолевые клетки.

Команда исследовала различия в том, насколько хорошо два антигена распознаются иммунной системой в зависимости от их расположения — в ядре или по периметру — структуры SNA. Для SNA с оптимальным размещением они могли бы усилить иммунный ответ и то, насколько быстро нановакцина запускает выработку цитокинов (белков иммунных клеток), чтобы стимулировать Т-клетки, атакующие раковые клетки. Ученые также изучили, как различное размещение влияет на способность иммунной системы запоминать захватчика и является ли эта память долговременной.

«То, где и как мы размещаем антигены и адъюванты в рамках единой архитектуры, заметно меняет то, как иммунная система распознает и обрабатывает их», — сказал Миркин.

Самая мощная структура наносит два удара, чтобы перехитрить коварную мутирующую опухоль.

Данные исследования показывают, что присоединение двух разных антигенов к SNA, содержащей оболочку адъюванта, было наиболее эффективным подходом к созданию структуры вакцины против рака. Это привело к увеличению на 30% активации антигенспецифических Т-клеток и удвоило количество пролиферирующих Т-клеток по сравнению со структурой, в которой одни и те же два антигена были прикреплены к двум отдельным SNA.

Эти сконструированные наноструктуры SNA остановили рост опухоли на нескольких моделях животных.

«Это замечательно», — сказал Миркин. «При изменении размещения антигенов в двух вакцинах, которые почти идентичны с точки зрения состава, польза от лечения опухолей резко меняется. Одна вакцина эффективна и полезна, в то время как другая гораздо менее эффективна».

Многие современные противораковые вакцины предназначены в первую очередь для активации цитотоксических Т-клеток, что является единственной защитой от раковых клеток. Поскольку опухолевые клетки постоянно мутируют, они могут легко избежать надзора иммунных клеток, что быстро делает вакцину неэффективной. Шансы на то, что Т-клетка распознает мутирующую раковую клетку, выше, если у нее есть больше способов — несколько антигенов — распознать ее.

«Вам нужно активировать более одного типа Т-клеток, чтобы вам было легче атаковать опухолевую клетку», — сказал Тепленский. «Чем больше типов клеток иммунная система должна использовать для борьбы с опухолями, тем лучше. Вакцины, состоящие из нескольких антигенов, нацеленных на несколько типов иммунных клеток, необходимы для индукции усиленной и длительной ремиссии опухоли».

Еще одним преимуществом рационального вакцинологического подхода, особенно при использовании с наноструктурами, такими как SNA, является то, что структуру вакцины легко изменить для борьбы с другим типом заболевания. Миркин сказал, что они просто заменяют пептид, фрагмент ракового белка с химической ручкой, которая «прикрепляется» к структуре, мало чем отличаясь от добавления нового шарма к браслету.

Путь к самой эффективной вакцине от любого типа рака

'Коллективная значимость этой работы заключается в том, что она закладывает основу для разработки наиболее эффективных форм вакцины практически против любого типа рака', - сказал Тепленский. «Речь идет о переосмыслении того, как мы разрабатываем вакцины по всем направлениям, в том числе против инфекционных заболеваний».

В ранее опубликованной статье Миркин, Тепленский и их коллеги продемонстрировали важность структуры вакцины для COVID-19, создав вакцины, которые проявляли защитный иммунитет у 100% животных против смертельной вирусной инфекции.

«Небольшие изменения в размещении антигена в вакцине значительно улучшают межклеточную связь, перекрестные помехи и клеточную синергию», — сказал Миркин. «Разработки, сделанные в этой работе, открывают путь к переосмыслению конструкции вакцин против рака и других заболеваний в целом».

Северо-Западный доктор философии Кандидат Майкл Евангелопулос также является автором статьи под названием «Мультиантигенные вакцины против рака со сферическими нуклеиновыми кислотами».

Основанный в 2000 году как головная организация для объединения и развития усилий в области нанотехнологий, IIN представляет и объединяет более 1 миллиарда долларов США на исследования в области нанотехнологий, образовательные программы и вспомогательную инфраструктуру.

Это исследование основано на работе, поддержанной Польским урологическим онкологическим институтом Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета при Северо-западной мемориальной больнице, Эдвардом Бахрахом и Национальным институтом рака Национальных институтов здравоохранения (R01CA208783, R01CA257926 и P50CA221747). ). Тепленский также получил поддержку в рамках программы обучения нанотехнологиям рака Северо-Западного университета (T32CA186897). Евангелопулос был частично поддержан Стипендией доктора Джона Н. Николсона и Фондом общественной пользы Александра С. Онассиса.