Transformer la façon dont les vaccins contre le cancer sont conçus et fabriqués


Une nouvelle façon d’augmenter considérablement la puissance de presque tous les vaccins a été développée par des chercheurs de l’Institut international de nanotechnologie (IIN) de l’Université Northwestern. Les scientifiques ont utilisé la chimie et la nanotechnologie pour modifier l’emplacement structurel des adjuvants et des antigènes sur et dans un vaccin à l’échelle nanométrique, augmentant considérablement les performances du vaccin. L’antigène cible le système immunitaire et l’adjuvant est un stimulateur qui augmente l’efficacité de l’antigène.

Les scientifiques ont utilisé la chimie et la nanotechnologie pour modifier l’emplacement structurel des adjuvants et des antigènes sur et dans un vaccin à l’échelle nanométrique, augmentant considérablement les performances du vaccin. L’antigène cible le système immunitaire et l’adjuvant est un stimulateur qui augmente l’efficacité de l’antigène.

L’étude sera publiée le 30 janvier dans Nature Génie biomédical.

« Le travail montre que la structure du vaccin et pas seulement les composants est un facteur critique pour déterminer l’efficacité du vaccin », a déclaré le chercheur principal Chad A. Mirkin, directeur de l’IIN. « Où et comment nous positionnons les antigènes et l’adjuvant au sein d’une architecture unique, cela change considérablement la façon dont le système immunitaire le reconnaît et le traite.

Mirkin est également professeur de chimie George B. Rathmann au Weinberg College of Arts and Sciences et professeur de médecine à la Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Ce nouvel accent mis sur la structure a le potentiel d’améliorer l’efficacité des vaccins anticancéreux conventionnels, qui n’ont pas bien fonctionné par le passé, a déclaré Mirkin.

L’équipe de Mirkin a étudié l’effet de la structure du vaccin dans le contexte de sept types de cancer différents à ce jour, y compris le cancer du sein triple négatif, le cancer du col de l’utérus induit par le papillomavirus, le mélanome, le cancer du côlon et le cancer de la prostate afin de déterminer l’architecture la plus efficace pour traiter chacun maladie.

Les vaccins conventionnels adoptent une approche de mélangeur

Avec la plupart des vaccins conventionnels, l’antigène et l’adjuvant sont mélangés et injectés à un patient. Il n’y a aucun contrôle sur la structure du vaccin et, par conséquent, un contrôle limité sur le trafic et la transformation des composants du vaccin. Ainsi, il n’y a aucun contrôle sur l’efficacité du vaccin.

« Un défi avec les vaccins conventionnels est qu’à partir de ce méli-mélo mélangé, une cellule immunitaire peut capter 50 antigènes et un adjuvant ou un antigène et 50 adjuvants », a déclaré l’auteur de l’étude et ancienne associée postdoctorale du Nord-Ouest, Michelle Teplensky, qui est maintenant assistante. professeur à l’université de Boston. « Mais il doit y avoir un rapport optimal de chacun qui maximiserait l’efficacité du vaccin. »

Entrez les SNA (acides nucléiques sphériques), qui sont la plate-forme structurelle – inventée et développée par Mirkin – utilisée dans cette nouvelle classe de vaccins modulaires. Les SNA permettent aux scientifiques de déterminer exactement combien d’antigènes et d’adjuvants sont délivrés aux cellules. Les SNA permettent également aux scientifiques d’adapter la manière dont ces composants de vaccins sont présentés et la vitesse à laquelle ils sont traités. Ces considérations structurelles, qui ont un impact considérable sur l’efficacité des vaccins, sont largement ignorées dans les approches conventionnelles.

Les vaccins développés grâce à la « vaccinologie rationnelle » offrent un dosage précis pour une efficacité maximale

Cette approche pour contrôler systématiquement les emplacements des antigènes et des adjuvants dans les architectures de vaccins modulaires a été créée par Mirkin, qui a inventé le terme de vaccinologie rationnelle pour la décrire. Il est basé sur le concept que la présentation structurelle des composants du vaccin est aussi importante que les composants eux-mêmes dans la conduite de l’efficacité.

« Les vaccins développés grâce à la vaccinologie rationnelle délivrent la dose précise d’antigène et d’adjuvant à chaque cellule immunitaire, de sorte qu’ils sont tous également prêts à attaquer les cellules cancéreuses », a déclaré Mirkin, qui est également membre du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center of Northwestern Université. « Si vos cellules immunitaires sont des soldats, un vaccin traditionnel en laisse certaines sans armes ; notre vaccin les arme toutes d’une arme puissante pour tuer le cancer. Quels « soldats » des cellules immunitaires voulez-vous attaquer vos cellules cancéreuses ? » Mirkin a demandé rhétoriquement.

Construire un (encore) meilleur vaccin

L’équipe a développé un vaccin contre le cancer qui a doublé le nombre de lymphocytes T spécifiques de l’antigène cancéreux et augmenté l’activation de ces cellules de 30 % en reconfigurant l’architecture du vaccin pour qu’il contienne plusieurs cibles afin d’aider le système immunitaire à trouver les cellules tumorales.

L’équipe a étudié les différences dans la façon dont deux antigènes ont été reconnus par le système immunitaire en fonction de leur placement – sur le noyau ou le périmètre – de la structure SNA. Pour un SNA avec un placement optimal, ils pourraient augmenter la réponse immunitaire et la rapidité avec laquelle le nanovaccin a déclenché la production de cytokines (une protéine des cellules immunitaires) pour stimuler les cellules T attaquant les cellules cancéreuses. Les scientifiques ont également étudié comment les différents emplacements affectaient la capacité du système immunitaire à se souvenir de l’envahisseur et si la mémoire était à long terme.

« Où et comment nous positionnons les antigènes et l’adjuvant au sein d’une architecture unique change considérablement la façon dont le système immunitaire le reconnaît et le traite », a déclaré Mirkin.

La structure la plus puissante lance deux coups de poing pour déjouer la tumeur rusée et mutante

Les données de l’étude montrent que la fixation de deux antigènes différents à un SNA comprenant une coque d’adjuvant était l’approche la plus puissante pour une structure de vaccin contre le cancer. Cela a conduit à une augmentation de 30% de l’activation des lymphocytes T spécifiques à l’antigène et a doublé le nombre de lymphocytes T proliférants par rapport à une structure dans laquelle les deux mêmes antigènes étaient attachés à deux SNA distincts.

Ces nanostructures de SNA modifiées ont bloqué la croissance tumorale dans plusieurs modèles animaux.

« C’est remarquable », a déclaré Mirkin. « Lorsque vous modifiez le placement des antigènes dans deux vaccins qui sont presque identiques d’un point de vue compositionnel, le bénéfice du traitement contre les tumeurs est radicalement modifié. Un vaccin est puissant et utile, tandis que l’autre est beaucoup moins efficace. »

De nombreux vaccins anticancéreux actuels sont conçus pour activer principalement les lymphocytes T cytotoxiques, une seule défense contre une cellule cancéreuse. Parce que les cellules tumorales sont toujours en mutation, elles peuvent facilement échapper à cette surveillance des cellules immunitaires, rendant rapidement le vaccin inefficace. Les chances sont plus élevées que la cellule T reconnaisse une cellule cancéreuse en mutation si elle a plus de moyens – plusieurs antigènes – pour la reconnaître.

« Vous avez besoin de plus d’un type de cellules T activées, de sorte que vous pouvez plus facilement attaquer une cellule tumorale », a déclaré Teplensky. « Plus le système immunitaire doit attaquer les tumeurs, mieux c’est. Des vaccins constitués de plusieurs antigènes ciblant plusieurs types de cellules immunitaires sont nécessaires pour induire une rémission tumorale améliorée et durable. »

Un autre avantage de l’approche de vaccinologie rationnelle, en particulier lorsqu’elle est utilisée avec une nanostructure comme un SNA, est qu’il est facile de modifier la structure d’un vaccin pour s’attaquer à un type de maladie différent. Mirkin a déclaré qu’ils échangeaient simplement un peptide, un extrait d’une protéine cancéreuse avec une poignée chimique qui « se clipse » sur la structure, un peu comme l’ajout d’un nouveau charme à un bracelet.

La voie vers le vaccin le plus efficace pour tout type de cancer

« L’importance collective de ce travail est qu’il jette les bases du développement des formes de vaccins les plus efficaces pour presque tous les types de cancer », a déclaré Teplensky. « Il s’agit de redéfinir la façon dont nous développons des vaccins à tous les niveaux, y compris ceux contre les maladies infectieuses. »

Dans un article publié précédemment, Mirkin, Teplensky et leurs collègues ont démontré l’importance de la structure du vaccin pour le COVID-19 en créant des vaccins qui présentaient une immunité protectrice chez 100 % des animaux contre une infection virale mortelle.

« De petits changements dans le placement de l’antigène sur un vaccin augmentent considérablement la communication de cellule à cellule, la diaphonie et la synergie cellulaire », a déclaré Mirkin. « Les développements réalisés dans ce travail ouvrent la voie pour repenser la conception des vaccins contre le cancer et d’autres maladies dans leur ensemble. »

Doctorat du Nord-Ouest. Le candidat Michael Evangelopoulos est également l’auteur de l’article intitulé « Vaccins contre le cancer à acides nucléiques sphériques multi-antigènes ».

Fondée en 2000 en tant qu’organisation faîtière pour fusionner et favoriser les efforts en nanotechnologie, l’IIN représente et rassemble plus d’un milliard de dollars dans la recherche sur les nanotechnologies, les programmes éducatifs et les infrastructures de soutien.

Cette étude est basée sur des travaux soutenus par le Polsky Urologic Cancer Institute du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de l’Université Northwestern du Northwestern Memorial Hospital, Edward Bachrach et le National Cancer Institute des National Institutes of Health (R01CA208783, R01CA257926 et P50CA221747 ). Teplensky a également reçu le soutien du prix du programme de formation en nanotechnologie du cancer de l’Université Northwestern (T32CA186897). Evangelopoulos a été partiellement soutenu par la bourse Dr John N. Nicholson et la Fondation d’intérêt public Alexander S. Onassis.

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