Los investigadores desarrollan una ‘plataforma de vacunas de próxima generación’ contra el SARS-CoV-2


El agente etiológico de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), se transmite de manera eficiente de persona a persona. Desde que el virus se detectó por primera vez en diciembre de 2019 en Wuhan, China, han surgido nuevas variantes, con mutaciones en la proteína de pico del virus, que han aumentado la transmisibilidad. Sin opciones de tratamiento antivírico dirigidas y efectivas actualmente disponibles, las vacunas masivas siguen siendo nuestra mejor apuesta para cambiar el rumbo de la pandemia COVID-19.

Si bien las naciones de todo el mundo están participando en los enormes planes de vacunación contra COVID-19, perfeccionar el rápido despliegue de una vacuna eficaz frente a numerosas enfermedades infecciosas requiere más investigación y desarrollo en el campo.

Los investigadores de Singapur han diseñado un vacuna de subunidad basado en la proteína de pico de SARS-CoV-2 coadministrada con adyuvante CpG (oligodesoxirribonucleótidos). Los investigadores encapsularon tanto el antígeno como el adyuvante con su tecnología de polimerización patentada de membrana celular artificial (ACM). Esta encapsulación mejora la inmunogenicidad de su formulación. El equipo ha informado de sus prometedores hallazgos en una reciente bioRxiv* papel de preimpresión.

Estudio: Plataforma de vacunas de próxima generación: polimerosomas como nanoportadores estables para una vacuna de subunidad de proteína de pico de SARS-CoV-2 altamente inmunogénica y duradera.  Haber de imagen: F8_Studios / Shutterstock

Descubrieron que su formulación provocaba una fuerte neutralización contra el SARS-CoV-2 en ratones C57BL / 6. Esto requiere dos dosis de la vacuna preparada y el efecto persistió durante al menos 40 días. Además, también confirman la presencia de memoria CD4 + y CD8 + Células T que producen citocinas Th1. El modelo del equipo de investigación demuestra una inmunidad humoral y celular eficaz y duradera contra el SARS-CoV-2.

El SARS-CoV-2 pertenece al género Betacoronavirus dentro de la familia Coronaviridae. Cada virión es una proteína de la nucleocápsida que encapsula el ARN genómico monocatenario, rodeado por una bicapa lipídica.

En esta bicapa lipídica, se incorporan las proteínas de la espiga (S), la membrana y la envoltura. El pico es una proteína trímera con un dominio de unión al receptor (RBD) que contiene dos subunidades: S1 y S2. El RBD de la proteína de pico permite la entrada del virus en la célula huésped al interactuar con el receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) expresado en las células huésped.

Las proteasas del hospedador escinden la proteína espiga en la unión S1-S2 e inducen un reordenamiento estructural significativo que expone el péptido de fusión hidrofóbico, permitiendo así la fusión de las membranas de las células víricas y hospedadoras que conducen a la entrada viral.

Debido a que la proteína de pico es inmunogénica y el objetivo de los anticuerpos y las células T, en particular las células T CD4 +, se ha convertido en el objetivo clave para las vacunas de subunidades de diversas modalidades.

Los investigadores investigaron el efecto inmunológico de los polimerosomas de la membrana celular artificial (ACM) sobre las diferentes proteínas de pico del SARS-CoV-2 (el ectodominio de la proteína de pico, solo el dominio S2 y una proteína de pico trimérica).

Caracterización de la vacuna ACM.  a.  Ilustración esquemática de la preparación de la vacuna ACM.  Los antígenos y el adyuvante CpG se encapsularon dentro de polimerosomas de ACM individuales.  Se administró a ratones una mezcla 50:50 v / v de ACM-Antígeno y ACM-CpG como formulación de vacuna final.  segundo.  Esquema de las variantes de proteínas de pico utilizadas en este estudio.  La proteína S1S2 se expresó y purificó internamente, mientras que la S2 y el trímero se compraron a proveedores comerciales.  NTD: dominio N-terminal.  RBD: dominio de unión al receptor.  FP: péptido de fusión.  TM: transmembrana.  C.  SYPRO Ruby tinte de proteína total.  Carril L: Estándares de proteínas Precision Plus (Bio-Rad).  Carril 1: S2.  Carril 2: trímero.  Carril 3: S1S2.  re.  Western blot utilizando suero inmune de ratón producido contra el pico de SARS-CoV-2.  Las bandas S1S2 reactivas a la transferencia Western se indican con *.  mi.  Curvas de unión de ACE2 del trímero, S2 y S1S2.  F.  Mediciones de dispersión dinámica de luz (DLS) de antígenos ACM (trímero ACM, ACM-S2 y ACM-S1S2) y ACM-CpG.  Se determinó que las partículas de ACM tenían un diámetro de 100-200 nm.  soldado americano.  Imágenes de Cryo-EM de ACM-S1S2, ACM-CpG y una mezcla de ACM-S1S2 + ACM-CpG ilustran la arquitectura vesicular con un diámetro medio de 158 ± 25 nm (barra de escala de 200 nm).  Los insertos (parte inferior izquierda de cada imagen) son aumentos de la membrana bicapa de las vesículas en las regiones indicadas por flechas blancas.  Las áreas resaltadas por la estrella amarilla son carbón de encaje.

Caracterización de la vacuna ACM. a. Ilustración esquemática de la preparación de la vacuna ACM. Antígenos y el adyuvante CpG se encapsularon dentro de polimerosomas de ACM individuales. Se administró a ratones una mezcla 50:50 v / v de ACM-Antígeno y ACM-CpG como formulación de vacuna final. segundo. Esquema de las variantes de proteínas de pico utilizadas en este estudio. La proteína S1S2 se expresó y purificó internamente, mientras que la S2 y el trímero se compraron a proveedores comerciales. NTD: dominio N-terminal. RBD: dominio de unión al receptor. FP: péptido de fusión. TM: transmembrana. C. SYPRO Ruby tinte de proteína total. Carril L: Estándares de proteínas Precision Plus (Bio-Rad). Carril 1: S2. Carril 2: trímero. Carril 3: S1S2. re. Western blot utilizando suero inmune de ratón producido contra el pico de SARS-CoV-2. Las bandas S1S2 reactivas a la transferencia Western se indican con *. mi. Curvas de unión de ACE2 del trímero, S2 y S1S2. F. Mediciones de dispersión dinámica de luz (DLS) de antígenos ACM (trímero ACM, ACM-S2 y ACM-S1S2) y ACM-CpG. Se determinó que las partículas de ACM tenían un diámetro de 100-200 nm. soldado americano. Imágenes de Cryo-EM de ACM-S1S2, ACM-CpG y una mezcla de ACM-S1S2 + ACM-CpG ilustran la arquitectura vesicular con un diámetro medio de 158 ± 25 nm (barra de escala de 200 nm). Los insertos (parte inferior izquierda de cada imagen) son aumentos de la membrana bicapa de las vesículas en las regiones indicadas por flechas blancas. Las áreas resaltadas por la estrella amarilla son carbón de encaje.

Los investigadores generaron la proteína de pico mediante la ingeniería de células T.ni para expresar una variante de pico que retuvo los dominios S1 y S2. Excluyó el dominio transmembrana hidrófobo, mejorando así la solubilidad de las proteínas. Utilizaron un fragmento S2 comercial y una proteína de pico trimérica como controles. El S2 sirvió como un control negativo ideal ya que carecía de epítopos fuertemente neutralizantes, mientras que el pico trimérico se utilizó como control positivo.

Los enfoques tradicionales de los modelos de vacunas, que utilizan virus inactivados o vivos atenuados, requieren una instalación de nivel de bioseguridad (BSL) 3 para manejar el SARS-CoV-2. Las vacunas de ARNm actuales requieren condiciones extremadamente frías para su mantenimiento para conservar su estabilidad. El alto costo de la vacuna también es un revés. Si bien el desarrollo de vacunas de subunidades está muy acelerado, algunos candidatos de vacuna líderes aún deben superar ciertas limitaciones.

La nanotecnología viene al rescate: para desarrollar una plataforma de vacunas segura, rentable y escalable. Una ruta tan sencilla, hacia vesículas a nanoescala bien definidas, se logra con el autoensamblaje de copolímero de bloque anfifílico. Aquí, se puede ajustar la concentración del bloque constituyente, el grosor de la membrana y las propiedades (incluido el tamaño y la superficie).

En este estudio, los investigadores utilizan su propia membrana celular artificial (ACM): vesículas a nanoescala de autoensamblaje. Estos son polimerosomas, compuestos estructuralmente por un copolímero de bloque anfifílico que comprende polibutadieno-b-polietilenglicol (PBD-PEO) y un lípido catiónico 1,2-dioleoil-3-trimetilamonio-propano (DOTAP). Estos sirven como vehículos de suministro que son absorbidos de manera eficiente por las células dendríticas, DC1 y DC2. La captación de células dendríticas, las células presentadoras de antígeno (APC) más eficientes, es clave para iniciar la respuesta inmune adaptativa.

Los investigadores establecieron previamente que la inmunogenicidad de una proteína podría mejorarse significativamente mediante la encapsulación dentro de los polimerosomas ACM. El CpG usado aquí es Murine CpG 1826.

Aquí, los investigadores desarrollaron una vacuna de subunidad basada en la proteína de pico de SARS-CoV-2, coadministrada con adyuvante CpG. Han demostrado la flexibilidad de la tecnología al encapsular diferentes clases de biomoléculas (ADN y proteínas) dentro de sus polimerosomas ACM patentados para producir partículas coherentes e inmunogénicas.

Los investigadores están realizando actualmente más experimentos de titulación necesarios para determinar la dosis óptima para un antígeno de alta calidad. Con base en las observaciones de este estudio, proponen esta investigación sobre el uso de la tecnología ACM para abordar la disponibilidad limitada de antígenos en una pandemia.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

Referencia de la revista:

  • Jian Hang Lam, Amit Kumar Khan, Thomas Andrew Cornell, Vestido Regine Josefine, Teck Wan Chia, Wen Wang William Yeow, Nur Khairiah Mohd-Ismail, Shrinivas Venkatraman, Kim Tien Ng, Yee-Joo Tan, Danielle E. Anderson, Florent Ginhoux , Madhavan Nallani. Plataforma de vacunas de próxima generación: polimerosomas como nanoportadores estables para una vacuna de subunidad de proteína de pico de SARS-CoV-2 altamente inmunogénica y duradera. bioRxiv 2021.01.24.427729; doi: https://doi.org/10.1101/2021.01.24.427729, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.01.24.427729v1

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