Thay đổi cách thiết kế và sản xuất vắc-xin ung thư

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Nano Quốc tế (IIN) tại Đại học Northwestern đã phát triển một phương pháp mới để tăng đáng kể hiệu lực của hầu hết mọi loại vắc-xin. Các nhà khoa học đã sử dụng hóa học và công nghệ nano để thay đổi vị trí cấu trúc của các chất bổ trợ và kháng nguyên trên và bên trong vắc-xin kích thước nano, giúp tăng đáng kể hiệu quả của vắc-xin. Kháng nguyên nhắm vào hệ thống miễn dịch và chất bổ trợ là chất kích thích làm tăng hiệu quả của kháng nguyên.

Các nhà khoa học đã sử dụng hóa học và công nghệ nano để thay đổi vị trí cấu trúc của các chất bổ trợ và kháng nguyên trên và bên trong vắc-xin kích thước nano, giúp tăng đáng kể hiệu quả của vắc-xin. Kháng nguyên nhắm vào hệ thống miễn dịch và chất bổ trợ là chất kích thích làm tăng hiệu quả của kháng nguyên.

Nghiên cứu sẽ được công bố vào ngày 30 tháng 1 trên tạp chí Nature Biomedical Engineering .

Trưởng nhóm điều tra Chad A. Mirkin, giám đốc IIN cho biết: “Công trình cho thấy cấu trúc vắc-xin chứ không chỉ các thành phần là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của vắc-xin. "Chúng tôi định vị các kháng nguyên và tá dược ở đâu và như thế nào trong một cấu trúc duy nhất thay đổi rõ rệt cách hệ thống miễn dịch nhận biết và xử lý nó.

Mirkin cũng là Giáo sư Hóa học George B. Rathmann tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Weinberg và là giáo sư y khoa tại Trường Y khoa Feinberg thuộc Đại học Northwestern.

Mirkin cho biết, sự nhấn mạnh mới này vào cấu trúc có khả năng cải thiện hiệu quả của vắc-xin ung thư thông thường, vốn trước đây không hoạt động tốt.

Nhóm của Mirkin đã nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc vắc-xin trong bối cảnh của bảy loại ung thư khác nhau cho đến nay, bao gồm ung thư vú bộ ba âm tính, ung thư cổ tử cung do papillomavirus gây ra, khối u ác tính, ung thư ruột kết và ung thư tuyến tiền liệt để xác định cấu trúc hiệu quả nhất để điều trị từng loại. dịch bệnh.

Với hầu hết các loại vắc-xin thông thường, kháng nguyên và chất bổ trợ được pha trộn và tiêm cho bệnh nhân. Không có sự kiểm soát đối với cấu trúc vắc-xin và do đó, kiểm soát hạn chế đối với việc buôn bán và xử lý các thành phần vắc-xin. Do đó, không có sự kiểm soát nào đối với hiệu quả của vắc-xin.

"Một thách thức với vắc-xin thông thường là trong số hỗn hợp hỗn hợp đó, một tế bào miễn dịch có thể thu nhận 50 kháng nguyên và một chất bổ trợ hoặc một kháng nguyên và 50 chất bổ trợ", tác giả nghiên cứu và cựu cộng tác viên sau tiến sĩ của Northwestern, Michelle Teplensky, hiện là trợ lý cho biết. giáo sư tại Đại học Boston. "Nhưng phải có một tỷ lệ tối ưu của từng loại để tối đa hóa hiệu quả của vắc-xin."

Nhập SNA (axit nucleic hình cầu), là nền tảng cấu trúc -- do Mirkin phát minh và phát triển -- được sử dụng trong loại vắc xin mô-đun mới này. SNA cho phép các nhà khoa học xác định chính xác có bao nhiêu kháng nguyên và chất bổ trợ đang được chuyển đến các tế bào. SNA cũng cho phép các nhà khoa học điều chỉnh cách trình bày các thành phần vắc-xin này và tốc độ xử lý chúng. Những cân nhắc về cấu trúc như vậy, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của vắc-xin, phần lớn bị bỏ qua trong các phương pháp thông thường.

Các loại vắc-xin được phát triển thông qua 'khoa học vắc-xin hợp lý' cung cấp liều lượng chính xác để đạt hiệu quả tối đa

Cách tiếp cận này để kiểm soát một cách có hệ thống các vị trí kháng nguyên và tá dược trong cấu trúc vắc-xin mô-đun được tạo ra bởi Mirkin, người đã đặt ra thuật ngữ vắc-xin hợp lý để mô tả nó. Nó dựa trên khái niệm rằng sự trình bày cấu trúc của các thành phần vắc-xin cũng quan trọng như bản thân các thành phần đó trong việc thúc đẩy hiệu quả.

Mirkin, người cũng là thành viên của Trung tâm Ung thư Toàn diện Robert H. Lurie của Tây Bắc, cho biết: “Vắc xin được phát triển thông qua nghiên cứu vắc xin hợp lý cung cấp liều lượng kháng nguyên và chất bổ trợ chính xác cho mọi tế bào miễn dịch, vì vậy tất cả chúng đều có khả năng tấn công tế bào ung thư như nhau”. Trường đại học. "Nếu các tế bào miễn dịch của bạn là những người lính, thì một loại vắc-xin truyền thống sẽ khiến một số người không được trang bị vũ khí; vắc-xin của chúng tôi trang bị cho tất cả chúng một vũ khí mạnh mẽ để tiêu diệt ung thư. Bạn muốn 'chiến sĩ' tế bào miễn dịch nào tấn công các tế bào ung thư của mình?" Mirkin hùng hồn hỏi.

Xây dựng một loại vắc-xin (thậm chí) tốt hơn

Nhóm đã phát triển một loại vắc-xin ung thư giúp tăng gấp đôi số lượng tế bào T đặc hiệu với kháng nguyên ung thư và tăng 30% khả năng kích hoạt của các tế bào này bằng cách cấu hình lại cấu trúc của vắc-xin để chứa nhiều mục tiêu nhằm giúp hệ thống miễn dịch tìm thấy các tế bào khối u.

Nhóm nghiên cứu đã điều tra sự khác biệt về mức độ hai kháng nguyên được hệ thống miễn dịch nhận ra tùy thuộc vào vị trí của chúng -- trên lõi hoặc chu vi -- của cấu trúc SNA. Đối với một SNA có vị trí tối ưu, họ có thể tăng phản ứng miễn dịch và tốc độ mà vắc-xin nano kích hoạt quá trình sản xuất cytokine (một loại protein của tế bào miễn dịch) để thúc đẩy các tế bào T tấn công các tế bào ung thư. Các nhà khoa học cũng nghiên cứu xem các vị trí khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến khả năng ghi nhớ kẻ xâm lược của hệ thống miễn dịch và liệu ký ức đó có lâu dài hay không.

Mirkin cho biết: “Chúng tôi định vị các kháng nguyên và tá dược ở đâu và như thế nào trong một kiến ​​trúc duy nhất sẽ thay đổi rõ rệt cách hệ thống miễn dịch nhận biết và xử lý nó.

Dữ liệu nghiên cứu cho thấy rằng việc gắn hai kháng nguyên khác nhau vào SNA bao gồm lớp vỏ chất bổ trợ là cách tiếp cận hiệu quả nhất đối với cấu trúc vắc-xin ung thư. Nó làm tăng 30% khả năng kích hoạt tế bào T đặc hiệu cho kháng nguyên và tăng gấp đôi số lượng tế bào T tăng sinh so với cấu trúc trong đó hai kháng nguyên giống nhau được gắn vào hai SNA riêng biệt.

Những cấu trúc nano SNA được thiết kế này đã làm ngừng sự phát triển của khối u trong nhiều mô hình động vật.

"Thật đáng chú ý," Mirkin nói. "Khi thay đổi vị trí của các kháng nguyên trong hai loại vắc-xin gần giống nhau về mặt thành phần, lợi ích điều trị chống lại các khối u sẽ thay đổi đáng kể. Một loại vắc-xin mạnh và hữu ích, trong khi vắc-xin kia kém hiệu quả hơn nhiều."

Nhiều loại vắc-xin ung thư hiện nay được thiết kế để kích hoạt chủ yếu các tế bào T gây độc tế bào, chỉ có một biện pháp bảo vệ chống lại tế bào ung thư. Bởi vì các tế bào khối u luôn biến đổi, chúng có thể dễ dàng thoát khỏi sự giám sát của tế bào miễn dịch này, nhanh chóng khiến vắc-xin mất tác dụng. Tỷ lệ cược cao hơn là tế bào T sẽ nhận ra một tế bào ung thư đột biến nếu nó có nhiều cách hơn - nhiều kháng nguyên - để nhận ra nó.

“Bạn cần nhiều hơn một loại tế bào T được kích hoạt để có thể dễ dàng tấn công tế bào khối u hơn,” Teplensky nói. "Càng nhiều loại tế bào mà hệ thống miễn dịch phải theo đuổi các khối u thì càng tốt. Vắc xin bao gồm nhiều kháng nguyên nhắm vào nhiều loại tế bào miễn dịch là cần thiết để tạo ra sự thuyên giảm khối u được tăng cường và lâu dài."

Một ưu điểm khác của phương pháp vắc-xin hợp lý, đặc biệt khi được sử dụng với cấu trúc nano như SNA, là dễ dàng thay đổi cấu trúc của vắc-xin để điều trị một loại bệnh khác. Mirkin cho biết họ chỉ đơn giản là thay đổi một peptide, một đoạn protein ung thư với một tay cầm hóa học "cắt" vào cấu trúc, giống như thêm một nét duyên dáng mới cho một chiếc vòng tay.

"Tầm quan trọng chung của công việc này là nó đặt nền tảng cho việc phát triển các dạng vắc-xin hiệu quả nhất cho hầu hết mọi loại ung thư," Teplensky nói. "Đó là về việc xác định lại cách chúng tôi phát triển vắc-xin trên diện rộng, bao gồm cả vắc-xin cho các bệnh truyền nhiễm."

Trong một bài báo đã xuất bản trước đây, Mirkin, Teplensky và các đồng nghiệp đã chứng minh tầm quan trọng của cấu trúc vắc-xin đối với COVID-19 bằng cách tạo ra vắc-xin thể hiện khả năng miễn dịch bảo vệ ở 100% động vật chống lại nhiễm vi-rút gây chết người.

Mirkin cho biết: “Những thay đổi nhỏ về vị trí kháng nguyên trên vắc-xin làm tăng đáng kể khả năng giao tiếp giữa các tế bào, trao đổi chéo và sức mạnh tổng hợp của tế bào. "Những phát triển được thực hiện trong công việc này cung cấp một con đường phía trước để suy nghĩ lại về việc thiết kế vắc-xin cho bệnh ung thư và các bệnh khác nói chung."

Tiến sĩ Tây Bắc ứng cử viên Michael Evangelopoulos cũng là tác giả của bài báo, có tiêu đề "Vắc xin ung thư axit nucleic hình cầu đa kháng nguyên."

Nguồn Đại học Tây Bắc