Generellt sett gäller att ju högre grad av informationsåterställning av ett vaccin till ett virus, desto större är dess potentiella effektivitet. Viruset i sig är det mest autentiska vaccinet, till exempel varicella-zoster-viruset, som ger livslång immunitet efter en enda infektion. Men virus utvecklar också mekanismer för att undvika immunövervakning under sin långa evolutionära historia, som att undvika immunsystemets strävan genom att ofta byta förklädnader genom hög mutabilitet.
Alternativt kan de sänka sin egen synlighet och lura invasivt genom speciella mekanismer, och coronavirus är skickliga på att använda båda dessa taktiker.
Som ett RNA-virus har coronavirus en naturlig fördel i hög mutabilitet. Samtidigt, som kallas "corona" på grund av de kronliknande utsprången på ytan, visar koronavirus den mest avgörande antigena informationen om proteinet i receptorbindande domän (RBD) som ligger överst på dessa koronaliknande utsprång.
Den antigena informationen är spridd bland de ensamma topparna på virusytan, som liknar en korona. Denna rumsligt diskreta struktur är utmanande för immunsystemet att känna igen effektivt.
Ett team ledd av professorerna Xuesi Chen och Wantong Song från Changchun Institute of Applied Chemistry rapporterade ett viromimetiskt polymert nanopartikelvaccin (VPNVax) för att ta itu med de strukturella egenskaperna hos koronavirus. Vaccinet framställdes genom att omarrangera RBD-proteinerna från coronaviruset och modifiera dem på ytan av förmonterade polyetylenglykol-polymjölksyrapolymer nanopartiklar.
Denna modulära beredningsstrategi erbjuder flera fördelar:(1) den möjliggör flexibel kontroll av antigentätheten (valens) på ytan av nanopartikelvaccinet; (2) möjliggör substitution av antigenproteiner för att snabbt svara på utbrott av olika virusvarianter; (3) underlättar den direkta omvandlingen från subenhetsproteiner till nanopartikelvacciner, vilket effektiviserar processen med snabb storskalig beredning.
Morfologin hos VPNVax under kryo-elektronmikroskopi är extremt lik virusstrukturen, med antigenproteiner tätt fördelade på nanopartikelbärarens sfäriska yta. Genom teoretiska beräkningar med användning av Fibonaccis sfäriska gittermodell och reglering av kemiska reaktionsförhållanden, förberedde forskargruppen framgångsrikt VPNVaxs med olika ytvalenser.
Resultaten visade att ytantigenvalensen verkligen hade en betydande inverkan på den immunstimulerande effekten av nanopartikelvaccinet. En högre antigentäthet på ytan av VPNVax förbättrar dess direktaktiveringsförmåga på B-celler, vilket indirekt validerar coronavirusets mekanism för att undvika immunövervakning genom att minska ytantigendensiteten genom koronaliknande utsprång.
Detta underströk också nödvändigheten av att optimera och kontrollera ytvalensen hos nanopartikelvacciner. Men alltför hög valens minskade också den strukturella stabiliteten hos VPNVax, vilket nödvändiggjorde en måttlig valens för att uppnå en balans mellan stimulerande effekter och stabilitet.
Forskargruppen upptäckte vidare att för antigenproteiner av olika storlekar inträffade den optimala immunstimulerande effekten av den beredda VPNVaxen när ytproteintäckningen låg i intervallet 20%-25%. Dessutom uppnådde VPNVax med de optimala strukturella parametrarna, i kombination med kommersiella aluminiumadjuvans, en starkare immunstimulerande effekt, och dess immunserum hade visat sig ha virusneutraliserande effekter.
Ännu viktigare är att denna polymerbaserade vaccinplattform kan vidareutveckla och utnyttja adjuvansfunktionen hos polymerbäraren. Genom att bära immunagonister eller reglera polymerens kiralitet kunde VPNVax samtidigt aktivera cellulära immunsvar.
Sammanfattningsvis erbjuder forskningen som utförs på VPNVax-plattformen angående struktur-effekt-relationen för nanopartikelvacciner och beredningsstrategin som kombinerar materialsyntesteknologi nya insikter för att designa nästa generation av virusliknande partikelvacciner.
Arbetet publiceras i tidskriften National Science Review .
Mer information: Zichao Huang et al, Modularized viromimetic polymer nanopartikelvaccin (VPNVaxs) för att framkalla hållbara och effektiva humorala immunsvar, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad310
Tillhandahålls av Science China Press
