MIT -ingenjörer har utformat en ny typ av nanopartiklar som säkert och effektivt kan leverera vacciner mot sjukdomar som HIV och malaria.

De nya partiklarna, beskrivs i 20 februari -numret av Naturmaterial , består av koncentriska fettsfärer som kan bära syntetiska versioner av proteiner som normalt produceras av virus. Dessa syntetiska partiklar framkallar ett starkt immunsvar - jämförbart med det som produceras av levande virusvacciner - men borde vara mycket säkrare, säger Darrell Irvine, författare till tidningen och docent i materialvetenskap och teknik och biologisk teknik.

Sådana partiklar kan hjälpa forskare att utveckla vacciner mot cancer såväl som infektionssjukdomar. I samarbete med forskare vid Walter Reed Army Institute of Research, Irvine och hans studenter testar nu nanopartiklarnas förmåga att leverera ett experimentellt malariavaccin hos möss.

Vacciner skyddar kroppen genom att utsätta den för ett infektionsmedel som får immunsystemet att reagera snabbt när det stöter på patogenen igen. I många fall, som med polio- och smittkoppsvaccin, en död eller inaktiverad form av viruset används. Andra vacciner, såsom difterivaccinet, består av en syntetisk version av ett protein eller en annan molekyl som normalt tillverkas av patogenen.

När du utformar ett vaccin, forskare försöker provocera minst en av människokroppens två huvudaktörer i immunsvaret:T -celler, som angriper kroppsceller som har infekterats med en patogen; eller B -celler, som utsöndrar antikroppar som riktar sig till virus eller bakterier som finns i blodet och andra kroppsvätskor.

För sjukdomar där patogenen tenderar att stanna inne i celler, som hiv, en stark respons från en typ av T -cell som kallas "mördare" T -cell krävs. Det bästa sättet att provocera dessa celler till handling är att använda ett dödat eller inaktiverat virus, men det kan inte göras med hiv eftersom det är svårt att göra viruset ofarligt.

För att komma runt faran med att använda levande virus, forskare arbetar med syntetiska vacciner mot HIV och andra virusinfektioner som hepatit B. Men dessa vacciner, medan det är säkrare, framkalla inte ett särskilt starkt T -cellsvar. Nyligen, forskare har försökt att innesluta vaccinerna i fettdroppar som kallas liposomer, vilket kan hjälpa till att främja T-cellsvar genom att förpacka proteinet i en virusliknande partikel. Dock, dessa liposomer har dålig stabilitet i blod och kroppsvätskor.

Irvine, som är medlem i MIT:s David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research, bestämde sig för att bygga vidare på liposommetoden genom att packa ihop många av dropparna i koncentriska sfärer. När liposomerna har smält ihop, intilliggande liposomväggar är "kemiskt" häftade till varandra, vilket gör strukturen mer stabil och mindre trolig att gå sönder för snabbt efter injektion. Dock, när nanopartiklarna har absorberats av en cell, de försämras snabbt, frigör vaccinet och provocerar ett T -cellsvar.

I test med möss, Irvine och hans kollegor använde nanopartiklarna för att leverera ett protein som kallas ovalbumin, ett äggvitt protein som vanligtvis används i immunologistudier eftersom biokemiska verktyg finns tillgängliga för att spåra immunsvaret mot denna molekyl. De fann att tre immuniseringar av låga doser av vaccinet gav ett starkt T -cellsvar - efter immunisering, upp till 30 procent av alla mördare T -celler i mössen var specifika för vaccinproteinet.

Det är ett av de starkaste T -cellsvaren som genereras av ett proteinvaccin, och jämförbar med starka virusvacciner, men utan säkerhetsproblem för levande virus, säger Irvine. Viktigt, partiklarna framkallar också ett starkt antikroppssvar. Niren Murthy, docent vid Georgia Institute of Technology, säger att de nya partiklarna representerar ”ett ganska stort framsteg, ”Även om han säger att det behövs fler experiment för att visa att de kan framkalla ett immunsvar mot mänsklig sjukdom, hos människor. "Det finns definitivt tillräckligt med potential för att vara värt att utforska det med mer sofistikerade och dyra experiment, Säger han.

Förutom malariastudierna med forskare vid Walter Reed, Irvine arbetar också med att utveckla nanopartiklar för att leverera cancervacciner och HIV -vacciner. Översättning av detta tillvägagångssätt för hiv görs i samarbete med kollegor vid Ragon Institute of MIT, Harvard och Massachusetts General Hospital. Institutet, som finansierade denna studie tillsammans med Gates Foundation, Försvarsdepartementet och National Institutes of Health, grundades 2009 med målet att utveckla ett HIV -vaccin.