MIT -ingenjörer har utvecklat en ny typ av lättanpassat vaccin som kan tillverkas på en vecka, så att den snabbt kan distribueras som svar på sjukdomsutbrott. Än så länge, de har utformat vacciner mot ebola, H1N1 -influensa, och Toxoplasma gondii (en släkting till parasiten som orsakar malaria), som var 100 procent effektiva i test på möss.

Vaccinet består av delar av genetiskt material som kallas messenger -RNA, som kan utformas för att koda för alla virala, bakteriell, eller parasitiskt protein. Dessa molekyler förpackas sedan i en molekyl som levererar RNA till celler, där det översätts till proteiner som framkallar ett immunsvar från värden.

Förutom att rikta infektionssjukdomar, forskarna använder detta tillvägagångssätt för att skapa cancervacciner som skulle lära immunsystemet att känna igen och förstöra tumörer.

"Detta nanoformuleringssätt gör att vi kan göra vacciner mot nya sjukdomar på bara sju dagar, tillåta möjligheten att hantera plötsliga utbrott eller göra snabba ändringar och förbättringar, säger Daniel Anderson, docent vid MIT:s avdelning för kemiteknik och medlem i MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research och Institute for Medical Engineering and Science (IMES).

Anderson är seniorförfattare till ett papper som beskriver de nya vaccinerna i Förfaranden från National Academy of Sciences veckan den 4 juli, 2016. Projektet leddes av Jasdave Chahal, en postdoc vid MIT:s Whitehead Institute for Biomedical Research, och Omar Khan, en postdoc vid Koch Institute; båda är tidningens första författare.

Anpassningsbara vacciner

De flesta traditionella vacciner består av en inaktiverad form av ett virus eller annan patogen. Dessa vacciner tar vanligtvis lång tid att tillverka, och för vissa sjukdomar är de för riskabla. Andra vacciner består av proteiner som normalt produceras av mikroben, men dessa orsakar inte alltid ett starkt immunsvar, kräver att forskare söker ett adjuvans (en kemikalie som förstärker svaret).

RNA -vacciner är tilltalande eftersom de får värdceller att producera många kopior av de proteiner de kodar för, vilket framkallar en starkare immunreaktion än om proteinerna gavs på egen hand. Tanken att använda messenger -RNA -molekyler som vacciner har funnits i cirka 30 år, men ett av de största hindren har varit att hitta ett säkert och effektivt sätt att leverera dem.

Khan bestämde sig för att förpacka RNA -vacciner i en nanopartikel tillverkad av en grenad molekyl som kallas en dendrimer. En viktig fördel med detta material är att forskarna kan ge det en tillfällig positiv laddning, vilket gör det möjligt att bilda nära föreningar med RNA, som är negativt laddad. Khan kan också styra storleken och mönstret på den slutliga strukturen. Genom att få dendrimer-RNA-strukturen att vika över sig själv många gånger, Khan genererade sfäriska vaccinpartiklar med en diameter på cirka 150 nanometer. Det gör dem av samma storlek som många virus, gör det möjligt för partiklarna att komma in i celler genom att utnyttja samma ytproteiner som virus använder för detta ändamål.

Genom att anpassa RNA -sekvenserna, forskarna kan designa vacciner som producerar nästan vilket protein de vill. RNA -molekylerna innehåller också instruktioner för amplifiering av RNA, så att cellen kommer att producera ännu mer av proteinet.

Vaccinet är avsett att levereras genom intramuskulär injektion, gör det enkelt att administrera. När partiklarna kommer in i cellerna, RNA översätts till proteiner som frigörs och stimulerar immunsystemet. Betydande, vaccinerna kunde stimulera immunsystemets båda armar - ett T -cellsvar och ett antikroppssvar.

I test på möss, djur som fick en enda dos av ett av vaccinerna visade inga symptom efter exponering för den verkliga patogenen - Ebola, H1N1 -influensa, eller Toxoplasma gondii .

"Oavsett vilket antigen vi valde, vi kunde driva hela antikropps- och T -cellsvaren, "Säger Khan.

Forskarna tror också att deras vacciner skulle vara säkrare än DNA -vacciner, ett annat alternativ som forskare eftersträvar, för till skillnad från DNA, RNA kan inte integreras i värdgenomet och orsaka mutationer.

"Möjligheten att snabbt skapa en helt syntetisk formulering som kan vara effektiv som ett vaccin är ett viktigt tillägg till de nuvarande tillgängliga vaccinstrategierna, säger Hidde Ploegh, en MIT -professor i biologi, medlem av Whitehead Institute, och en författare till tidningen, som tillade att det kommer att vara viktigt att bedöma säkerhet och kostnad.

Snabb distribution

Möjligheten att snabbt designa och tillverka dessa vacciner kan vara särskilt fördelaktig för att bekämpa influensa, eftersom den vanligaste metoden för tillverkning av influensavaccin, som kräver att virusen odlas i kycklingägg, tar månader. Det betyder att när en oväntad influensastam uppstår, till exempel 2009 års pandemi-orsakande H1N1-virus, det finns inget sätt att snabbt producera ett vaccin mot det.

"Vanligtvis blir ett vaccin tillgängligt långt efter att utbrottet är över, "Chahal säger." Vi tror att vi kan bli interventionella under ett verkligt utbrott. "

Khan och Chahal planerar att starta ett företag för att licensiera och kommersialisera tekniken. Förutom de vacciner som de redan har designat, de hoppas kunna skapa vacciner mot Zika -virus och borrelia.

De arbetar också med cancervacciner. Vid en ny "Mission:Possible" -tävling som hålls av Koch Institute, Khan och Chahal var en del av ett lag som slutade med att dra sig ur tävlingen eftersom en extern finansiär, Advanced Medical Research Foundation, erbjöds att stödja dem.

För det projektet, forskarna designade vacciner som riktar sig mot gener som normalt bara slås på under embryonal utveckling. Dessa gener, vilande hos vuxna, blir ofta återaktiverade vid en cancerform som kallas icke-småcelliga lungtumörer.

"Vi är alla glada över möjligheten med detta nya tillvägagångssätt att tillhandahålla ett nytt sätt att leverera vaccin, "säger Robert Langer, David H. Koch Institute Professor vid MIT och författare till uppsatsen.