传染病带来一个新的视角

最近推出的麻省理工学院的医学工程和科学研究所,麻省理工学院新闻检查研究潜力重塑医学和卫生保健通过新的科学知识,新颖的治疗方法和产品,医疗数据,更好的管理和改善卫生保健交付。

研究传染病一直是主要的生物学家。然而,作为雷根研究所正是从麻省理工学院的工程师和物理科学家加入免疫学家和医生在对抗艾滋病,目前在全世界感染了3400万人。

拉根研究所的使命——于2009年共同发起了马萨诸塞州总医院(MGH),麻省理工学院和哈佛大学——是开发新的艾滋病疫苗通过更好地理解免疫系统如何对感染。布鲁斯·沃克,MGH医生指导研究所说,它是重要的争取工程师和物理科学家,他们通常被排除在传统的艾滋病研究,这方面的帮助。

“在我看来,如果我们可以打破这些筒仓,有可能在工具箱的工具,可以应用于问题现在没有被应用,”沃克说。“麻省理工学院带来了很多表,不仅是专业知识,还有一种不同的思考方式接近问题。”

雷根研究所正是从还鼓励研究人员开发新的技术和追求的想法可能不是通过传统渠道资助。包括疫苗交付的新材料和新技术为研究病毒与免疫系统的相互作用。

“喜欢这里的工程师,它鼓励人们开始工作的地区,他们就不会在否则,”克里斯托弗·爱,麻省理工学院化学工程的副教授和助理拉根研究所的成员。“这种势头有时很难建立。拉根被新的研究创新的催化剂和一个非常有效的。”

单细胞分析

爱是现在在寻找帮助他开发一种新的疫苗使用技术研究单个细胞的免疫反应。他系统允许成千上万的免疫细胞研究:细胞置于微孔板,和从每个细胞分泌物是印在载玻片放置在井中。幻灯片然后检测特定的蛋白质如细胞因子的存在,引发炎症。

因为每个细胞都有自己的“地址”的幻灯片,分泌物可以追溯到单个细胞。这种技术下每个细胞产生大量的数据研究。“你现在可以使测量10000个细胞,生成20到30参数数据样本中出现的每一个细胞。这样的数据密度没有可行之前,“爱说。

爱首先使用系统来研究食物过敏和传染性病原体的免疫细胞的反应,于是就开始用它来研究艾滋病病毒反应后在2009年成为拉根研究所的一部分。

在2011年发表的一项研究中,爱和他的同事们分析了细胞因子分泌的T细胞感染艾滋病毒的病人,以及细胞杀死艾滋病毒感染细胞的能力。此前的研究表明有高水平的细胞因子称为干扰素γ可能与杀细胞能力,但麻省理工学院的研究小组发现,虽然T细胞分泌干扰素γ的百分比是类似于那些杀死感染细胞的比例,数量不完全重叠。

爱是现在寻找生物标志物,揭示哪些T细胞最有效地杀死艾滋病毒感染的细胞。他还希望扩大设备,这样就可以快速监测疫苗试验的参与者的免疫反应。

新疫苗的目标

主任奥雅纳Chakraborty医学工程和科学研究所教授(ime)和化学工程,化学,物理,和麻省理工学院的生物工程,利用计算模型研究免疫系统,从来没有研究艾滋病直到2008年会议沃克。他现在使用的计算方法来寻求更好的HIV疫苗的目标。

到目前为止,该病毒已被证明非常困难的目标,因为它变异如此迅速。近年来,科学家们试图针对艾滋病毒蛋白质中氨基酸突变似乎削弱了病毒。然而,这种方法已经取得了有限的成功,因为其他地方的补偿性突变病毒蛋白可以克服诱发突变的有害影响。

为了克服这一点,Chakraborty的实验室发现艾滋病毒蛋白质氨基酸组发展独立于其他组。在这些团体的一个子集,计算机模型预测病毒很容易受到多个同时突变。通过瞄准氨基酸在这样的团体,设计师可以切断病毒的疫苗的逃跑路线。

2011年,Chakraborty和沃克显示,尤其是弱势群体存在于Gag蛋白的亚基,形成围绕着病毒的遗传物质的信封。他们还发现,T细胞可以抵抗艾滋病毒的病人自己的不成比例的目标研究中确定的氨基酸。艾滋病病毒毒株与多个突变在这些氨基酸是罕见的,提供进一步的证据,这些可以让好的疫苗的目标。

快递

达雷尔·欧文,麻省理工学院的材料科学与工程教授,正在替代方式提供疫苗。大多数疫苗用于预防水痘、流感等疾病是由病毒的释放形式。方法对艾滋病毒被认为风险太大,因此许多研究人员而不是追求疫苗由蛋白质或糖分子病毒产生,被称为抗原。另一个可能的方法是注射DNA编码了病毒蛋白。

然而,注入自己这些分子并不总是产生一个足够强大的免疫反应的疫苗接受者,所以欧文和他的实验室正在寻求方法来引起更强的反应,使用两种策略:提供抗原与另一种类型的分子,称为佐剂,这有助于激发免疫系统,和交付抗原直接到目标细胞,使用纳米粒子或聚合物电影。

最近,欧文和他的同事们开发了一种新的聚合物薄膜,可以提供DNA疫苗在皮肤下。DNA疫苗首次测试了大约20年前,并且发现在啮齿动物引起强烈的免疫反应。然而,DNA疫苗迄今为止未能激起任何保护性反应在人类临床试验。

新的聚合物薄膜由欧文和他的同事们开发的,DNA疫苗是嵌入层聚合物电影逐渐降解,释放疫苗在数天或数周。这部影片还包括一个辅助链RNA组成的类似于病毒RNA。这个分子,引起靶组织的炎症,这有助于招募免疫细胞,这样他们就可以遇到的抗原编码DNA。

vaccine-delivering电影显示成功测试的老鼠,现在研究人员希望在非人灵长类动物测试它。

很多这样的工作可能不会发生没有拉根研究所的资助和跨学科的合作,因为出现的研究所。

“这是非常让我和许多的麻省理工学院教师参与,”欧文说。”有两个路径被跟踪。一个非常集中的任务,试图得到一个艾滋病疫苗开发,但也确保我们感兴趣不要错过新机遇的基础科学疫苗可能带来全新的概念。”