Genom att använda en ny strategi som snabbt kan generera skräddarsydda RNA-vacciner, MIT-forskare har tagit fram en ny vaccinkandidat mot zikaviruset.

Vaccinet består av strängar av genetiskt material som kallas budbärar-RNA, som är förpackade i en nanopartikel som levererar RNA:t till celler. Väl inne i cellerna, RNA översätts till proteiner som framkallar ett immunsvar från värden, men RNA:t integrerar sig inte i värdgenomet, vilket gör det potentiellt säkrare än ett DNA-vaccin eller att vaccinera med själva viruset.

"Det fungerar nästan som ett syntetiskt virus, förutom att det inte är patogent och det sprider sig inte, säger Omar Khan, en postdoc vid MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research och en författare till den nya studien. "Vi kan kontrollera hur länge det uttrycks, och det är RNA så det kommer aldrig att integreras i värdgenomet."

Denna forskning gav också ett nytt riktmärke för att utvärdera effektiviteten hos andra Zika-vaccinkandidater, som skulle kunna hjälpa andra som arbetar mot samma mål.

Jasdave Chahal, en postdoc vid MIT:s Whitehead Institute for Biomedical Research, är den första författaren till tidningen, som dyker upp i Vetenskapliga rapporter . Tidningens seniorförfattare är Hidde Ploegh, en före detta MIT-biologiprofessor och Whitehead Institute-medlem som nu är senior utredare i programmet för cellulär och molekylär medicin vid Boston Children's Hospital.

Andra författare till tidningen är Tao Fang och Andrew Woodham, båda tidigare Whitehead Institute-postdoktorerna i Ploegh-labbet; Jingjing Ling, en MIT-student; och Daniel Andersson, en docent vid MIT:s institution för kemiteknik och medlem av Koch Institute och MIT:s Institute for Medical Engineering and Science (IMES).

Programmerbara vacciner

MIT-teamet rapporterade först sin nya strategi för programmerbara RNA-vacciner förra året. RNA-vacciner är tilltalande eftersom de inducerar värdceller att producera många kopior av de proteiner som kodas av RNA. Detta framkallar en starkare immunreaktion än om proteinerna administrerades på egen hand. Dock, att hitta ett säkert och effektivt sätt att leverera dessa vacciner har visat sig vara utmanande.

Forskarna utarbetade ett tillvägagångssätt där de paketerar RNA-sekvenser till en nanopartikel gjord av en grenad molekyl som är baserad på fraktalmönstrade dendrimerer. Denna modifierade-dendrimer-RNA-struktur kan induceras att vikas över sig själv många gånger, producerar en sfärisk partikel med en diameter på cirka 150 nanometer. Detta är ungefär lika stort som ett typiskt virus, tillåta partiklarna att komma in i celler genom samma virala inträdesmekanismer. I deras 2016-tidning, forskarna använde denna nanopartikelmetod för att generera experimentella vacciner mot ebola, H1N1 influensa, och parasiten Toxoplasma gondii.

I den nya studien, forskarna tacklade Zika-viruset, som uppstod som en epidemi centrerad i Brasilien 2015 och har sedan dess spridit sig över världen, orsakar allvarliga fosterskador hos spädbarn som föds av infekterade mödrar. Eftersom MIT-metoden inte kräver att man arbetar med själva viruset, forskarna tror att de kanske kan utforska potentiella vacciner snabbare än forskare som följer ett mer traditionellt tillvägagångssätt.

Istället för att använda virala proteiner eller försvagade former av viruset som vaccin, vilka är de vanligaste strategierna, forskarna programmerade helt enkelt sina RNA-nanopartiklar med sekvenserna som kodar för Zika-virusproteiner. När det väl injicerats i kroppen, dessa molekyler replikerar sig själva inuti celler och instruerar cellerna att producera de virala proteinerna.

Hela processen att designa, producerar, och att testa vaccinet på möss tog mindre tid än det tog för forskarna att få tillstånd att arbeta med prover av Zika-viruset, vilket de till slut fick.

"Det är det fina med det, " säger Chahal. "När vi väl bestämde oss för att göra det, på två veckor var vi redo att vaccinera möss. Tillgång till själva viruset var inte nödvändigt."

Mäter respons

När man utvecklar ett vaccin, forskare siktar vanligtvis på att generera ett svar från immunsystemets båda armar – den adaptiva armen, medierad av T-celler och antikroppar, och den medfödda armen, vilket är nödvändigt för att förstärka det adaptiva svaret. För att mäta om ett experimentellt vaccin har genererat ett starkt T-cellssvar, forskare kan ta bort T-celler från kroppen och sedan mäta hur de svarar på fragment av virusproteinet.

Tills nu, Forskare som arbetar med Zika-vaccin har varit tvungna att köpa bibliotek med olika proteinfragment och sedan testa T-celler på dem, vilket är en dyr och tidskrävande process. Eftersom MIT-forskarna kunde generera så många T-celler från sina vaccinerade möss, de kunde snabbt kontrollera dem mot detta bibliotek. De identifierade en sekvens av åtta aminosyror som de aktiverade T-cellerna i musen svarar på. Nu när denna sekvens, även kallad epitop, är känd, andra forskare kan använda den för att testa sina egna experimentella Zika-vacciner i lämpliga musmodeller.

"Vi kan syntetiskt göra dessa vacciner som nästan är som att infektera någon med det faktiska viruset, och sedan generera ett immunsvar och använda data från det svaret för att hjälpa andra människor att förutsäga om deras vacciner skulle fungera, om de binder till samma epitoper, " säger Khan. Forskarna hoppas att så småningom flytta deras Zika-vaccin till tester på människor.

"Identifieringen och karakteriseringen av CD8 T-cellsepitoper hos möss immuniserade med ett Zika RNA-vaccin är en mycket användbar referens för alla som arbetar inom området för Zika-vaccinutveckling, säger Katja Fink, en huvudutredare vid A*STAR Singapore Immunology Network. "RNA-vaccin har fått mycket uppmärksamhet de senaste åren, och även om det stora genombrottet hos människor inte har uppnåtts ännu, Tekniken lovar att bli en flexibel plattform som kan erbjuda snabba lösningar för nya virus."

Fink, som inte var involverad i forskningen, tillade att "de initiala data är lovande men Zika RNA-vaccinmetoden som beskrivs behöver ytterligare testning för att bevisa effektiviteten."

Ett annat stort fokusområde för forskarna är cancervacciner. Många forskare arbetar med vacciner som kan programmera en patients immunsystem att attackera tumörceller, men för att göra det, de behöver veta vad vaccinet ska riktas mot. Den nya MIT-strategin kan göra det möjligt för forskare att snabbt generera personliga RNA-vacciner baserat på den genetiska sekvensen av en enskild patients tumörceller.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.