Sólo una dosis de una nueva vacuna COVID-19 basada en nanopartículas fue suficiente para producir una respuesta inmune en animales en camino con las vacunas actualmente en uso clínico. Y con cambios menores, los investigadores de la Universidad Northwestern esperan que la misma plataforma de vacunas pueda apuntar a otras enfermedades infecciosas.
En un nuevo estudio, el 100 % de los ratones que recibieron la inmunización basada en proteínas sobrevivieron cuando se les expuso a dosis letales del virus SARS-CoV-2, que causa la COVID-19. Ninguno de los ratones experimentó daño pulmonar debido a la exposición al SARS-CoV-2. Todos los ratones que no recibieron esta vacuna de nanopartículas murieron en un ensayo de 14 días. Los resultados, publicados esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences, describen las relaciones estructura-función entre la primera vacuna de ácido nucleico esférico (SNA) desarrollada para proteger contra infecciones virales.
“Lo que hace que esta vacuna sea diferente de otras vacunas es el enfoque que tomamos para diseñarlas”, dijo la Dra. Michelle Teplensky, coautora del artículo. “Incluso hace unos años, la gente se enfocaba en seleccionar el objetivo correcto para entrenar el sistema inmunológico y el estimulante correcto para activarlo, no en cómo esos componentes se organizaban estructuralmente y se presentaban al cuerpo”.
Llamadas SNA, las nanopartículas que albergan el objetivo inmunitario son una forma de ADN globular que puede ingresar y estimular las células inmunitarias con extrema eficiencia. Los SNA se han probado en más de 60 tipos de células. Los investigadores determinaron experimentalmente la proporción ideal entre la densidad de la capa y el núcleo del SNA que produce la respuesta más potente.
Las vacunas SNA se han utilizado para tratar ratones con cáncer de mama triple negativo, y se están desarrollando más vacunas para otros tipos de cáncer. Chad A. Mirkin, el inventor de los SNA y el autor correspondiente del artículo, dirigió el estudio y dijo que la plataforma puede traducirse en enfermedades infecciosas.
“Esta es una demostración notable de vacunología racional: la idea de que la estructura de una vacuna, a diferencia de solo los componentes, puede tener una profunda influencia en la eficacia”, dijo Mirkin. “Si bien hemos demostrado anteriormente que este es el caso de las inmunoterapias contra el cáncer, esta es la primera demostración de una enfermedad infecciosa”.
Mirkin es profesor de Química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern, director del Instituto Internacional de Nanotecnología y miembro del Centro Oncológico Integral Robert H. Lurie de la Universidad de Northwestern.
Haciendo la droga
Las vacunas suelen tardar años en desarrollarse. Pero con el COVID-19 llegaron avances asombrosos en este campo. Mirkin desafió a Teplensky, un becario postdoctoral en el laboratorio de Mirkin, a trabajar con Ph.D. el estudiante y coautor Max Distler, para evaluar si la plataforma SNA podría usarse para crear una vacuna potente y ampliar su alcance de impacto. Los dos terminaron el proyecto en solo nueve meses, aproximadamente la misma cantidad de tiempo que los desarrolladores comerciales.
Las inmunizaciones virales típicas consisten en una mezcla de moléculas del virus (llamadas antígenos) que le dicen al sistema inmunitario cuál será su objetivo (el virus), y otras moléculas (llamadas adyuvantes) estimulan el sistema inmunitario para aumentar la capacidad del cuerpo para combatir ese objetivo cuando aparezca más tarde. Debido a que la mezcla no se empaqueta tradicionalmente, los investigadores predicen que las células de los pacientes no reciben una dosis potente de antígenos y adyuvantes.
Ahí es donde entra en juego la estructura. Mirkin acuñó el término “vacunología racional” para describir cómo la administración conjunta y el momento de estos dos medicamentos a través de una nanopartícula pueden hacer que las vacunas sean más efectivas. Pequeños cambios a nanoescala pueden tener grandes implicaciones para la eficacia y previsibilidad de una vacuna.
El equipo de Mirkin empaquetó el antígeno (una porción de la infame proteína espiga de COVID-19) dentro del núcleo de un SNA y usó una secuencia específica de ADN conocida por estimular el sistema inmunitario (adyuvante) como capa radial que rodea el núcleo. Los investigadores inyectaron ratones debajo de la piel, provocando una respuesta inmune a la proteína de punta, y luego monitorearon la producción de anticuerpos en las semanas posteriores a la inyección.
Desafiando los resultados
Dos semanas después de la inyección, los ratones vacunados con la vacuna SNA tuvieron la mayor producción de anticuerpos en comparación con los vacunados con una mezcla salina simple de los mismos componentes, superando incluso a otras formulaciones que contienen adyuvantes comerciales (que se han utilizado en formulaciones de herpes zóster, Hepatitis B y vacunas contra la gripe) por 14 veces. Los anticuerpos se correlacionan con la protección contra la infección, lo que establece el potencial de la plataforma en el espacio de COVID-19 y enfermedades infecciosas. Las vacunas a base de proteínas también tienen menos efectos secundarios y se pueden almacenar a la temperatura normal del refrigerador, lo que reduce considerablemente los costos de producción y distribución.
Los investigadores analizaron los documentos de las vacunas COVID-19 disponibles comercialmente y encontraron que la producción final de anticuerpos de otros estudios a las dos semanas estaba “bien encaminada” con la suya.
Solo para estar seguros, el equipo envió su vacuna al Laboratorio Nacional de Argonne y permitió que se pusieran a prueba vacunando ratones y luego infectándolos con altas dosis del virus SARS-CoV-2 en un estudio doble ciego. El 100% de los ratones que recibieron la vacuna SNA sobrevivieron hasta el final del ensayo sin daño pulmonar causado por la neumonía por COVID-19.
Detener futuros virus
Usar el COVID-19 como un estudio de caso para comparar qué tan bien funcionó la vacuna fue principalmente práctico. Pero también llama la atención sobre las implicaciones más amplias del SNA como plataforma de otras enfermedades infecciosas.
Teplensky dice que el COVID-19 provocó un cambio en el comportamiento hacia las enfermedades infecciosas. “La gente no reconoció ni apreció el poder emergente que pueden tener las enfermedades infecciosas”, dijo Teplensky. “Vimos la oportunidad de usar el COVID como un estudio de caso para arrojar luz sobre las deficiencias en el espacio de vacunación”.
Distler dijo: “con este estudio de caso, aunque los resultados son bastante impresionantes, el objetivo no era competir con las vacunas COVID existentes. Nos estamos preparando para la próxima mutación, o la próxima enfermedad que necesita una vacuna altamente estructurada porque eventualmente habrá será otra enfermedad emergente”. Según los investigadores, la plataforma podría incluso usarse para atacar algo tan complejo como el VIH.
“La modularidad de este enfoque implica que es posible que solo se requiera un ajuste rápido para hacer una nueva vacuna para un virus futuro, especialmente si lo que hemos observado anteriormente con la vacuna contra el cáncer funciona”, dijo Mirkin. “Todo lo que tendríamos que hacer es cambiar lo que le estamos enseñando al sistema inmunitario para que alcanzar el objetivo”.
El documento, Ácidos nucleicos esféricos como plataforma de vacunas contra enfermedades infecciosas, surgió como una colaboración entre científicos, médicos e ingenieros de Northwestern, el Laboratorio Nacional de Argonne y la Universidad de Chicago.
Fuente: Medical Xpress.
