En självmonterande nanopartikel designad av en UConn-professor är nyckelkomponenten i ett kraftfullt nytt malariavaccin som visar lovande i tidiga tester.

I åratal, forskare som försöker utveckla ett malariavaccin har stymts av malariaparasitens förmåga att omvandla sig och "gömma sig" i levern och röda blodkroppar hos en infekterad person för att undvika upptäckt av immunsystemet.

Men en ny protein -nanopartikel utvecklad av Peter Burkhard, professor vid institutionen för molekylär och cellbiologi, i samarbete med David Lanar, en specialist på infektionssjukdomar vid Walter Reed Army Institute of Research, har visat sig vara effektivt för att få immunsystemet att attackera de mest dödliga arterna av malariaparasit, Plasmodium falciparum, efter att den kommit in i kroppen och innan den har en chans att gömma sig och aggressivt sprida sig.

Nyckeln till vaccinets framgång ligger i nanopartikelns perfekta ikosahedriska symmetri (tänk på mönstret på en fotboll) och förmågan att bära upp till 60 kopior av parasitens protein på dess yta. Proteinerna är arrangerade i en tät, noggrant konstruerat kluster som immunsystemet uppfattar som ett hot, får det att släppa ut stora mängder antikroppar som kan attackera och döda parasiten.

I test med möss, vaccinet var 90-100 procent effektivt för att utrota Plasmodium falciparum-parasiten och bibehålla långsiktig immunitet under 15 månader. Att framgångsgraden är betydligt högre än den rapporterade framgångsgraden för RTS, S, världens mest avancerade malariavaccinkandidat som för närvarande genomgår fas 3 kliniska prövningar, vilket är det sista teststeget före licensiering.

"Båda vaccinerna är liknande, det är bara att densiteten hos RTS, S -proteindisplayer är mycket lägre än våra, "säger Burkhard." Homogeniteten i vårt vaccin är mycket högre, vilket ger ett starkare immunförsvar. Det är därför vi är övertygade om att vårt kommer att bli en förbättring.

"Varje proteinkedja som bildar vår partikel visar en av patogenens proteinmolekyler som känns igen av immunsystemet, "tillägger Burkhard, en expert på strukturbiologi ansluten till UConn's Institute of Materials Science. "Med RTS, S, bara cirka 14 procent av vaccinets protein kommer från malariaparasiten. Vi kan uppnå vår höga densitet på grund av nanopartikelns design, som vi kontrollerar. "

Forskningen publicerades i Malaria Journal under 2013.

Sökandet efter ett malariavaccin är ett av de viktigaste forskningsprojekten inom global folkhälsa. Sjukdomen transporteras vanligtvis genom myggnatt på natten. De smittade lider av svåra feber, frossa, och en influensaliknande sjukdom. I allvarliga fall, malaria orsakar anfall, svår anemi, andnöd, och njursvikt. Varje år, mer än 200 miljoner fall av malaria rapporteras över hela världen. Världshälsoorganisationen uppskattade att 627, 000 människor dog av malaria 2012, många av dem barn som bor i Afrika söder om Sahara.

Det tog forskarna mer än 10 år att slutföra den exakta monteringen av nanopartikeln som den kritiska bäraren av vaccinet och hitta rätt delar av malariaproteinet för att utlösa ett effektivt immunsvar. Forskningen komplicerades ytterligare av det faktum att malariaparasiten som påverkar möss som används i laboratorietester skiljer sig strukturellt från den som infekterar människor.

Forskarna använde ett kreativt tillvägagångssätt för att komma runt problemet.

"Att testa vaccinets effekt var svårt eftersom parasiten som orsakar malaria hos människor bara växer hos människor, ”Säger Lanar.” Men vi utvecklade ett litet knep. Vi tog en musmalariaparasit och satte i sin DNA en bit DNA från den mänskliga malariaparasiten som vi ville att vårt vaccin skulle attackera. Det gjorde att vi kunde utföra billiga musstudier för att testa vaccinet innan vi gick till dyra mänskliga försök. "

Parets forskning har fått stöd av ett bidrag på 2 miljoner dollar från National Institutes of Health och 2 miljoner dollar från det amerikanska forskningsprogrammet för militär infektionssjukdom. En begäran om ytterligare 7 miljoner dollar i finansiering från den amerikanska armén för att genomföra nästa fas av vaccinutveckling, inklusive tillverkning och mänskliga försök, väntar.

"Vi är schemalagda för att tillverka vaccinet för mänskligt bruk i början av nästa år, "säger Lanar." Det kommer att ta cirka sex månader att slutföra kvalitetskontroll och toxikologiska studier av den slutliga produkten och få tillstånd från FDA för att göra mänskliga försök. "

Lanar säger att laget hoppas kunna påbörja tidiga tester på människor 2016 och, om resultaten är lovande, fältförsök i malariaendemiska områden kommer att följa under 2017. De erforderliga fältförsökstesterna kan pågå i fem år eller mer innan vaccinet är tillgängligt för licensiering och offentligt bruk, Säger Lanar.

Martin Edlund, VD för Malaria No More, en ideell ideell i New York som fokuserar på att bekämpa dödsfall av malaria, säger, "Denna forskning presenterar ett lovande nytt tillvägagångssätt för att utveckla ett malariavaccin. Innovativt arbete som vad som görs vid University of Connecticut sätter oss närmare än vi någonsin har varit för att avsluta ett av världens äldsta, dyraste, och dödligaste sjukdomar. "

Ett Schweizbaserat företag, Alfa-O-peptider, grundat av Burkhard, innehar patentet på den självmonterande nanopartikeln som används i malariavaccinet. Burkhard utforskar också andra potentiella användningsområden för nanopartikeln, inklusive ett vaccin som bekämpar djurinfluensa och ett som hjälper människor med nikotinberoende. Professor Mazhar Khan från UConn's Department of Pathobiology samarbetar med Burkhard om djurinfluensavaccinet.