“Reaccionar e inyectar”: nanodiamantes sintéticos modificados con péptidos como vacunas de emergencia contra el coronavirus

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Un estudio reciente publicado en la revista MDPI, Patógenos, describe un antígeno de vacuna de péptido de coronavirus en forma de formulaciones a base de nanodiamantes, que demostró una respuesta inmune robusta y duradera. Los nanodiamantes demostraron ser una plataforma poderosa y versátil para la conjugación de antígenos. Esto podría convertirla en una estrategia segura y eficaz para la producción de vacunas listas para usar contra múltiples coronavirus.

Estudio: Generación rápida de inmunidad coronaviral utilizando nanodiamantes modificados con péptidos recombinantes.  Haber de imagen: LookerStudio / Shutterstock

Fondo

La mayoría de las vacunas humanas se basan en virus inactivados o proteínas virales. Los primeros se asocian típicamente con una fuerte respuesta inmune ya que presentan múltiples antígenos que estimulan las respuestas de las células B y T. Por el contrario, las vacunas a base de proteínas son menos inmunogénicas y, como resultado, es posible que se requiera un mayor número de dosis. Alternativamente, se utilizan adyuvantes para mejorar la respuesta inmune.

El uso de un péptido de vacuna normalmente implica la conjugación del epítopo antigénico con una proteína portadora más inmunogénica, o montar los epítopos en una nanoestructura multivalente. Entre estos últimos, los nuevos materiales basados ​​en carbono son de gran interés, incluidos el fullereno, el grafeno, los nanotubos de carbono, los puntos cuánticos de carbono y los nanodiamantes.

En particular, los nanodiamantes (ND) son atractivos ya que son las menos tóxicas de estas nanoestructuras, pero se ha demostrado que actúan de varias maneras para inhibir de manera eficiente E. coli formación de biopelículas. Se han realizado muchos intentos para utilizarlos en el desarrollo de vacunas, siendo el tamaño de las nanopartículas de diamante (NP) una consideración importante.

NETosis e inflamación

Las NP deben ser inferiores a 40 nm para quedar atrapadas dentro de las trampas extracelulares de neutrófilos (NET), redes de ADN de neutrófilos extruidas para neutralizar el patógeno. La NETosis, a su vez, induce inflamación en el lugar de la vacunación.

Dicha inflamación se resuelve espontáneamente y el estímulo inflamatorio queda atrapado dentro de los TNE. Esta reacción también se observa con el adyuvante de alumbre, así como con NP naturales como los cristales en forma de aguja de urato monosódico que se encuentran en la gota, que causan una inflamación robusta pero autolimitante.

Investigadores anteriores describieron este mecanismo y enfatizaron la necesidad de neutrófilos para iniciar la inflamación que es responsable de la inmunogenicidad mejorada de los nanocables de óxido de aluminio cuando se usan como adyuvantes.

Péptido de pancoronavirus conjugado con ND

Un estudio anterior muestra que cuando los inhibidores del péptido de la repetición 1 de la heptada (HR1) se conjugaron con NP de oro, las estructuras resultantes pudieron inhibir la fusión de la membrana entre el MERS-CoV y las células huésped. En el estudio actual, se utilizó un conjunto de inhibidores de péptidos HR2, ya sea unidos covalentemente a la superficie de los ND o simplemente mezclados con los ND para permitirles unirse a su superficie.

Por tanto, la inhibición de la fusión de membranas mediada por HR1 / HR2 es un método eficaz para prevenir la entrada de virus.

El trabajo actual utilizó la tecnología de “reaccionar e inyectar” como base para las vacunas utilizadas. Se empleó un péptido de pan-coronavirus sintético llamado péptido de repetición 2 de heptada (HR2). Esto es 81% idéntico al encontrado en el coronavirus del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS-CoV), y solo 46% al péptido SARS-CoV-2.

Este péptido puede provocar inmunidad cruzada entre coronavirus.

En experimentos con roedores, los ND sintéticos conjugados con péptido pancoronaviral pudieron inducir fácilmente respuestas de anticuerpos después de la inyección.

Ninguna de las partículas de carbono probadas mostró efectos citotóxicos en células cultivadas a las 24 horas. Sin embargo, todos los ND conjugados con ovoalbúmina indujeron una fuerte respuesta inmunomoduladora, que condujo a la producción de anticuerpos específicos.

Inmunogenicidad superior de los ND

Los ND eran más inmunogénicos que otros NP basados ​​en carbono, como los puntos cuánticos de carbono (CQD) y el óxido de grafeno pegilado (GO-PEG). La título de anticuerpos con los dos últimos fue similar al logrado con el adyuvante comercial oxihidróxido de aluminio (AlOOH), pero los ND produjeron niveles de anticuerpos significativamente más altos.

De hecho, los títulos obtenidos con ND son similares a los obtenidos con el uso del adyuvante fuerte CFA / IFA, pero sin la citotoxicidad de este último. De hecho, los ND solo producen inflamación autolimitante en el lugar de la inyección.

Los investigadores encontraron que el péptido pancoronaviral conjugado con ND inducía la producción de inmunoglobulinas, tanto IgM como IgG, contra sí mismo, alcanzando un título de ¼, 000 después de dos dosis. Después de 28 días, los anticuerpos de fase aguda IgM tenían títulos bajos, lo que garantiza que el riesgo de formación de complejos inmunitarios sea bajo y, por lo tanto, previene un posible daño renal.

Esta formulación también provocó una reacción inmunitaria celular. También se determinó que la inflamación inducida por esta formulación era una respuesta de células T auxiliares CD4 + tipo 1 (Th1), asociada con la producción de interferón-γ.

Se encontró que los ratones inmunizados mostraban una reacción de hipersensibilidad de tipo retardado (DTH), con un pico a las 24 horas.

Los ND conjugados con el péptido pancoronaviral también provocaron una mayor formación de anticuerpos y fueron absorbidos por la NETosis al entrar en contacto con los neutrófilos en el cuerpo. El equipo de científicos observó que una vez que se inyectó el péptido conjugado, fue secuestrado dentro de los neutrófilos a través de NET. El ADN pegajoso condujo a la agregación de neutrófilos, separándolo de los tejidos circundantes.

Se cree que la respuesta inmune robusta se debe a la formación de un granuloma alrededor del nanoadyuvante, percibido como un cuerpo extraño, que estimula los neutrófilos e induce NETosis. Esto atrapa el conjugado de nanodiamantes y lo limita al área de inyección sin que se propague a la circulación u otros órganos.

Respuesta inmune duradera

Con el péptido ND-pancoronaviral, los títulos de anticuerpos IgG se mantuvieron durante hasta 120 días, a un nivel más alto que con el uso de adyuvante CFA / IFA. Se encontró que el antígeno era altamente reactivo con el suero convaleciente de pacientes con COVID-19, lo que indica su potencial como agente de inmunización.

Esta formulación provocó múltiples anticuerpos dirigidos contra una serie de epítopos en el proteína de pico de SARS-CoV-2. Entre estos epítopos, algunos pertenecerían a antígenos conservados entre diferentes cepas de coronavirus y podrían potencialmente inducir una respuesta inmune robusta contra cepas desconocidas y conocidas.

Sin embargo, los investigadores señalan que los anticuerpos provocados por esta formulación, aunque tienen un título alto, no pueden neutralizar la infección por MERS-CoV, porque no se dirigen al dominio de unión al receptor (RBD) de la proteína de pico, ni al neutralizador secundario. objetivo, la región HR1-HR2. Estos son los principales sitios de neutralización, a diferencia de la región HR2 unida por la formulación actual.

¿Cuáles son las implicaciones?

Los péptidos conjugados con ND se pueden usar para producir vacunas de emergencia contra muchos virus o bacterias emergentes, ya que el péptido se puede adaptar fácilmente al genoma del patógeno de interés. Aunque no neutralizan la replicación viral y, por lo tanto, no pueden proporcionar inmunidad esterilizante cuando el virus no puede transmitirse del paciente infectado, proporcionan títulos de anticuerpos altos y sostenidos, que probablemente protejan contra enfermedades graves.

Tanto los NP como los equipos de síntesis de péptidos pueden transportarse a lugares remotos con un alto riesgo de patógenos emergentes, para reducir el riesgo de transmisión de dichos agentes y para facilitar la fabricación local de vacunas en caso de emergencia, evitando así el agravamiento de la situación. .

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