未来传染病的纳米粒子疫苗

只需一剂基于纳米颗粒的新型COVID-19疫苗，就足以在动物身上产生与目前临床使用的疫苗一致的免疫反应。西北大学的研究人员希望，通过微小的改变，同样的疫苗平台可以针对其他传染病。

在一项新的研究中，接受蛋白质免疫的小鼠在受到导致COVID-19的致命剂量SARS-CoV-2病毒的挑战时100%存活。没有一只小鼠因接触SARS-CoV-2而出现肺损伤。所有没有接种这种纳米颗粒疫苗的小鼠都在14天的试验中死亡。

结果,本周出版在美国国家科学院院刊，概述了首个用于预防病毒感染的球形核酸(SNA)疫苗之间的结构-功能关系。

该论文的共同第一作者Michelle Teplensky博士说:“这种疫苗与其他疫苗的不同之处在于我们设计它们的方法。”“甚至就在几年前，人们还专注于选择正确的目标来训练免疫系统，并使用正确的兴奋剂来激活它，而不是关注这些成分是如何在结构上排列并呈现给身体的。”

容纳免疫靶标的纳米颗粒称为sna，是一种球状DNA，可以以极高的效率进入并刺激免疫细胞。sna已经在60多种细胞类型中进行了测试。研究人员通过实验确定了SNA的壳和核密度之间的理想比例，从而产生最有效的反应。

SNA疫苗已用于治疗患有三阴性乳腺癌的小鼠更多针对其他癌症的疫苗也在研发中。

查德·a·米尔金SNAs的发明者和论文的通讯作者，领导了这项研究，并表示该平台可以转化为传染病。

米尔金说:“这是理性疫苗学的一个显著证明，即疫苗的结构，而不仅仅是成分，可以对疗效产生深远的影响。”“虽然我们之前已经证明这适用于癌症免疫疗法，但这是首次证明适用于传染病。”

米尔金是西北大学George B. Rathmann化学教授温伯格艺术与科学学院，该中心主任国际纳米技术研究所并且是西北大学Robert H. Lurie综合癌症中心．

制作药物

疫苗的研制通常需要数年时间。但随着COVID-19的出现，这一领域取得了惊人的进展。米尔金向米尔金实验室的博士后Teplensky提出挑战，要求他与博士生、共同第一作者Max Distler合作，评估SNA平台是否可以用于制造有效的疫苗，并扩大其影响范围。两人只用了9个月就完成了这个项目——与商业开发商的时间大致相同。

典型的病毒免疫由来自病毒的分子(称为抗原)和其他分子(称为佐剂)的混合物组成，这些分子告诉免疫系统它的目标是什么(病毒)，而其他分子(称为佐剂)刺激免疫系统，在目标出现时增强身体应对目标的能力。由于这种混合物不是传统上包装在一起的，研究人员预测，患者体内的细胞不会同时获得有效剂量的抗原和佐剂。

这就是结构发挥作用的地方。米尔金创造了“合理疫苗学”这个术语，来描述这两种药物如何通过一个纳米颗粒同时给药和定时让疫苗更有效。纳米级别的微小变化可能对疫苗的有效性和可预测性产生重大影响。

米尔金的团队将抗原(来自COVID-19臭名昭著的刺突蛋白的一部分)包装在SNA的核心内，并使用已知能刺激免疫系统的特定DNA序列(佐剂)作为核心周围的放射状外壳。研究人员在小鼠皮下注射，引起对刺突蛋白的免疫反应，然后在注射后的几周内监测抗体的产生。

挑战结果

注射两周后，接种SNA疫苗的小鼠与接种相同成分的简单盐水混合物的小鼠相比，抗体产量最高，甚至比其他含有商业佐剂的配方(已用于带状疱疹、乙型肝炎和流感疫苗的配方)高出14倍。

抗体与预防感染相关，建立了该平台在COVID-19和传染病领域的潜力。基于蛋白质的疫苗副作用也更少，可以在正常的冰箱温度下储存，大大降低了生产和分销成本。

研究人员查看了有关市售COVID-19疫苗的论文，发现其他研究在两周内最终产生的抗体与他们自己的研究“正常运行”。

为了确保安全，该团队将疫苗送到了阿贡国家实验室，并允许它们进行测试，方法是给小鼠接种疫苗，然后在双盲研究中用高剂量的SARS-CoV-2病毒感染小鼠。接种SNA疫苗的小鼠在试验结束后100%存活，没有因COVID-19肺炎引起的肺损伤。

阻止未来的病毒

以COVID-19为案例研究，比较疫苗的效果主要是实用的。但它也提醒人们注意SNA作为传染病平台的更广泛影响。

特普伦斯基说，COVID-19导致了人们对传染病的行为转变。特普伦斯基说:“人们没有认识到并欣赏传染病可以拥有的紧急力量。”“我们看到了利用COVID作为案例研究的机会，以阐明疫苗接种领域的缺陷。”

迪斯勒说:“通过这项案例研究，尽管结果令人印象深刻，但其目标不是与现有的COVID疫苗竞争。我们正在为下一个突变做准备，或者下一个需要高度结构化疫苗的疾病，因为最终会有另一种突发疾病。”根据研究人员的说法，这个平台甚至可以用来针对像艾滋病毒这样复杂的东西。

米尔金说:“这种方法的模块化意味着，可能只需要快速调整就可以为未来的病毒制造一种新疫苗，特别是如果我们之前观察到的癌症疫苗有效的话。”“我们所需要做的就是改变我们教导免疫系统的目标。”

参考:Teplensky MH, Distler ME, Kusmierz CD等。球形核酸作为传染病疫苗平台。PNAS．2022年,119年(14)e2119093119。doi:10.1073 / pnas.2119093119

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