Vaccini anti cancro, svolta nella progettazione

 

 

Gli scienziati sviluppano nuovi principi di progettazione per migliorare la struttura del vaccino e i risultati terapeutici per sette diversi tipi di cancro che raddoppiano il numero di cellule T che prendono di mira le cellule tumorali.

 

 

Un nuovo modo per aumentare significativamente la potenza di quasi tutti i vaccini è stato sviluppato dai ricercatori dell’International Institute for Nanotechnology (IIN) della Northwestern University.

Gli scienziati hanno utilizzato la chimica e la nanotecnologia per modificare la posizione strutturale di adiuvanti e antigeni su e all’interno di un vaccino su scala nanometrica, aumentando notevolmente le prestazioni del vaccino.

L’antigene si rivolge al sistema immunitario e l’adiuvante è uno stimolatore che aumenta l’efficacia dell’antigene.

Lo studio è stato pubblicato il 30 gennaio su Nature Biomedical Engineering.

“Il lavoro dimostra che la struttura del vaccino e non solo i componenti è un fattore critico nel determinare l’efficacia del vaccino”, ha detto il ricercatore capo Chad A. Mirkin, direttore dell’IIN. “Dove e come posizioniamo gli antigeni e l’adiuvante all’interno di una singola architettura cambia notevolmente il modo in cui il sistema immunitario lo riconosce e lo elabora”.

Mirkin è anche George B. Rathmann Professor of Chemistry presso il Weinberg College of Arts and Sciences e professore di medicina presso la Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Questa nuova maggiore enfasi sulla struttura ha il potenziale per migliorare l’efficacia dei vaccini convenzionali contro il cancro, che storicamente non hanno funzionato bene, ha detto Mirkin.

Il team di Mirkin ha studiato l’effetto della struttura del vaccino nel contesto di sette diversi tipi di cancro fino ad oggi, tra cui il carcinoma mammario triplo negativo, il cancro cervicale indotto da papillomavirus, il melanoma, il cancro del colon e il cancro alla prostata per determinare l’architettura più efficace per trattare ciascuna malattia.

Nella maggior parte dei vaccini convenzionali, l’antigene e l’adiuvante vengono miscelati e iniettati in un paziente. Non vi è alcun controllo sulla struttura del vaccino e, di conseguenza, un controllo limitato sul traffico e sulla lavorazione dei componenti del vaccino. Pertanto, non vi è alcun controllo su quanto bene funziona il vaccino.

“Una sfida con i vaccini convenzionali è che una cellula immunitaria potrebbe raccogliere 50 antigeni e un adiuvante o un antigene e 50 adiuvanti”, ha detto l’autore dello studio ed ex associato post-dottorato della Northwestern Michelle Teplensky, che ora è assistente professore alla Boston University. “Ma ci deve essere un rapporto ottimale di ciascuno che massimizzerebbe l’efficacia del vaccino”.

Entrano in gioco gli SNA (acidi nucleici sferici), che sono la piattaforma strutturale – inventata e sviluppata da Mirkin – utilizzata in questa nuova classe di vaccini modulari. Gli SNA consentono agli scienziati di individuare esattamente quanti antigeni e adiuvanti vengono consegnati alle cellule.

Gli SNA consentono inoltre agli scienziati di personalizzare il modo in cui questi componenti del vaccino vengono presentati e la velocità con cui vengono elaborati. Tali considerazioni strutturali, che hanno un grande impatto sull’efficacia del vaccino, sono ampiamente ignorate negli approcci convenzionali.

Questo approccio per controllare sistematicamente le posizioni dell’antigene e degli adiuvanti all’interno di architetture modulari di vaccini è stato creato da Mirkin, che ha coniato il termine vaccinologia razionale per descriverlo.

Si basa sul concetto che la presentazione strutturale dei componenti del vaccino è importante quanto i componenti stessi nel guidare l’efficacia.

“I vaccini sviluppati attraverso la vaccinologia razionale forniscono la dose precisa di antigene e adiuvante a ogni cellula immunitaria, quindi sono tutti ugualmente pronti ad attaccare le cellule tumorali”, ha detto Mirkin, che è anche membro del Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center della Northwestern University.

“Se le cellule immunitarie sono soldati, un vaccino tradizionale ne lascia alcuni disarmati; Il nostro vaccino li arma tutti con un’arma potente con cui uccidere il cancro”.

Il team ha sviluppato un vaccino contro il cancro che ha raddoppiato il numero di cellule T specifiche dell’antigene tumorale e ha aumentato l’attivazione di queste cellule del 30% riconfigurando l’architettura del vaccino per contenere più bersagli per aiutare il sistema immunitario a trovare le cellule tumorali.

Il team ha studiato le differenze nel modo in cui due antigeni sono stati riconosciuti dal sistema immunitario a seconda del loro posizionamento – sul nucleo o sul perimetro – della struttura SNA. Per un SNA con posizionamento ottimale, potrebbero aumentare la risposta immunitaria e la velocità con cui il nanovaccino ha innescato la produzione di citochine (una proteina delle cellule immunitarie) per aumentare le cellule T che attaccano le cellule tumorali.

Gli scienziati hanno anche studiato come i diversi posizionamenti hanno influenzato la capacità del sistema immunitario di ricordare l’invasore e se la memoria era a lungo termine.

“Dove e come posizioniamo gli antigeni e l’adiuvante all’interno di una singola architettura cambia notevolmente il modo in cui il sistema immunitario lo riconosce e lo elabora”, ha detto Mirkin.

I dati dello studio mostrano che legare due diversi antigeni a un SNA comprendente un guscio di adiuvante era l’approccio più potente per una struttura di vaccino contro il cancro.

Ha portato a un aumento del 30% dell’attivazione delle cellule T antigene-specifiche e ha raddoppiato il numero di cellule T proliferanti rispetto a una struttura in cui gli stessi due antigeni erano attaccati a due SNA separati.

Queste nanostrutture SNA ingegnerizzate hanno bloccato la crescita tumorale in più modelli animali.

“È notevole”, ha detto Mirkin. “Quando si altera il posizionamento degli antigeni in due vaccini che sono quasi identici dal punto di vista della composizione, il beneficio del trattamento contro i tumori è drasticamente cambiato. Un vaccino è potente e utile, mentre l’altro è molto meno efficace”.

Molti vaccini antitumorali attuali sono progettati per attivare principalmente le cellule T citotossiche, solo una difesa contro una cellula tumorale.

Poiché le cellule tumorali sono sempre mutanti, possono facilmente sfuggire a questa sorveglianza delle cellule immunitarie, rendendo rapidamente inefficace il vaccino.

Le probabilità che la cellula T riconosca una cellula tumorale mutante sono più alte se ha più modi – più antigeni – per riconoscerla.

Un altro vantaggio dell’approccio vaccinologia razionale, specialmente se usato con una nanostruttura come un SNA, è che è facile alterare la struttura di un vaccino per un diverso tipo di malattia.

“L’importanza collettiva di questo lavoro è che pone le basi per lo sviluppo delle forme più efficaci di vaccino per quasi tutti i tipi di cancro”, ha detto Teplensky. “Si tratta di ridefinire il modo in cui sviluppiamo vaccini su tutta la linea, compresi quelli per le malattie infettive”.

In un articolo pubblicato in precedenza, Mirkin, Teplensky e colleghi hanno dimostrato l’importanza della struttura del vaccino per COVID-19 creando vaccini che hanno mostrato immunità protettiva nel 100% degli animali contro un’infezione virale letale.

“Piccoli cambiamenti nel posizionamento dell’antigene su un vaccino elevano significativamente la comunicazione cellula-cellula, il cross-talk e la sinergia cellulare”, ha detto Mirkin. “Gli sviluppi compiuti in questo lavoro forniscono un percorso verso il ripensamento della progettazione di vaccini per il cancro e altre malattie nel loro complesso”.