Una strategia comune per rendere i vaccini più potenti è somministrarli insieme a un adiuvante, un composto che stimola il sistema immunitario a produrre una risposta più forte.

I ricercatori del MIT, dell'Istituto di immunologia di La Jolla e di altre istituzioni hanno ora progettato un nuovo adiuvante di nanoparticelle che potrebbe essere più potente di altri attualmente in uso. Gli studi sui topi hanno dimostrato che ha migliorato significativamente la produzione di anticorpi dopo la vaccinazione contro l'HIV, la difterite e l'influenza.

"Abbiamo iniziato a esaminare questa particolare formulazione e abbiamo scoperto che era incredibilmente potente, migliore di qualsiasi altra cosa avessimo provato", afferma Darrell Irvine, il professore di Underwood-Prescott con incarichi nei dipartimenti di ingegneria biologica e scienza e ingegneria dei materiali del MIT; un direttore associato del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT; e membro del Ragon Institute di MGH, MIT e Harvard.

I ricercatori ora sperano di incorporare l'adiuvante in un vaccino contro l'HIV che è attualmente in fase di sperimentazione in studi clinici, nella speranza di migliorarne le prestazioni.

Irvine e Shane Crotty, professore presso il Centro per le malattie infettive e la ricerca sui vaccini presso l'Istituto di immunologia di La Jolla, sono gli autori senior dello studio, che appare oggi in Immunologia scientifica. Gli autori principali dell'articolo sono Murillo Silva, un ex postdoc del MIT, e Yu Kato, uno scienziato dello staff del La Jolla Institute.

Vaccini più potenti

Sebbene l'idea di utilizzare adiuvanti per aumentare l'efficacia del vaccino sia in circolazione da decenni, ci sono solo una manciata di adiuvanti per vaccini approvati dalla FDA. Uno è l'idrossido di alluminio, un sale di alluminio che induce infiammazione, e un altro è un'emulsione di olio e acqua che viene utilizzata nei vaccini antinfluenzali. Alcuni anni fa, la FDA ha approvato un coadiuvante a base di saponina, un composto derivato dalla corteccia dell'albero cileno della corteccia di sapone.

La saponina formulata in liposomi viene ora utilizzata come adiuvante nel vaccino contro l'herpes zoster e le saponine vengono anche utilizzate in una nanoparticella simile a una gabbia chiamata complesso immunostimolante (ISCOM) in un vaccino contro il Covid-19 attualmente in fase di sperimentazione clinica.

I ricercatori hanno dimostrato che le saponine promuovono le risposte immunitarie infiammatorie e stimolano la produzione di anticorpi, ma non è chiaro come lo facciano. Nel nuovo studio, il team del MIT e di La Jolla voleva capire come l'adiuvante esercita i suoi effetti e vedere se potevano renderlo più potente.

Hanno progettato un nuovo tipo di adiuvante che è simile all'adiuvante ISCOM ma incorpora anche una molecola chiamata MPLA, che è un agonista del recettore toll-like. Quando queste molecole si legano ai recettori toll-like sulle cellule immunitarie, promuovono l'infiammazione. I ricercatori chiamano il loro nuovo adiuvante SMNP (nanoparticelle di saponina/MPLA).

"Ci aspettavamo che questo potesse essere interessante perché la saponina e gli agonisti dei recettori toll-like sono entrambi adiuvanti che sono stati studiati separatamente e si sono dimostrati molto efficaci", afferma Irvine.

I ricercatori hanno testato l'adiuvante iniettandolo nei topi insieme ad alcuni antigeni diversi o frammenti di proteine ​​virali. Questi includevano due antigeni dell'HIV, nonché antigeni della difterite e dell'influenza. Hanno confrontato l'adiuvante con molti altri adiuvanti approvati e hanno scoperto che la nuova nanoparticella a base di saponina ha suscitato una risposta anticorpale più forte di qualsiasi altra.

Uno degli antigeni dell'HIV che hanno usato è una nanoparticella proteica dell'involucro dell'HIV, che presenta molte copie dell'antigene gp120 presente sulla superficie virale dell'HIV. Questo antigene ha recentemente completato i test iniziali negli studi clinici di fase 1. Irvine e Crotty fanno parte del Consorzio per lo sviluppo di vaccini contro l'HIV/AIDS presso lo Scripps Research Institute, che ha condotto quella sperimentazione. I ricercatori ora sperano di sviluppare un modo per produrre il nuovo adiuvante su larga scala in modo che possa essere testato insieme a un trimero dell'involucro dell'HIV in un'altra sperimentazione clinica a partire dal prossimo anno. Sono in corso anche studi clinici che combinano trimeri dell'involucro con il tradizionale vaccino adiuvante idrossido di alluminio.

"L'idrossido di alluminio è sicuro ma non particolarmente potente, quindi speriamo che (il nuovo adiuvante) sia un'alternativa interessante per suscitare risposte anticorpali neutralizzanti nelle persone", afferma Irvine.

Flusso rapido

Quando i vaccini vengono iniettati nel braccio, viaggiano attraverso i vasi linfatici fino ai linfonodi, dove incontrano e attivano le cellule B. Il team di ricerca ha scoperto che il nuovo adiuvante accelera il flusso di linfa ai nodi, aiutando l'antigene ad arrivarci prima che inizi a rompersi. Lo fa in parte stimolando le cellule immunitarie chiamate mastociti, che in precedenza non erano note per essere coinvolte nelle risposte ai vaccini.

“Raggiungere rapidamente i linfonodi è utile perché una volta iniettato l'antigene, inizia lentamente a rompersi. Prima una cellula B può vedere quell'antigene, più è probabile che sia completamente intatto, in modo che le cellule B prendano di mira la struttura poiché sarà presente sul virus nativo", afferma Irvine.

Inoltre, una volta che il vaccino raggiunge i linfonodi, l'adiuvante provoca la rapida morte di uno strato di cellule chiamate macrofagi, che fungono da barriera, facilitando l'ingresso dell'antigene nei linfonodi.

Un altro modo in cui l'adiuvante aiuta a potenziare le risposte immunitarie è l'attivazione di citochine infiammatorie che guidano una risposta più forte. Si ritiene che l'agonista del TLR che i ricercatori hanno incluso nell'adiuvante amplifichi la risposta delle citochine, ma il meccanismo esatto non è ancora noto.

Questo tipo di adiuvante potrebbe essere utile anche per qualsiasi altro tipo di vaccino a subunità, che consiste in frammenti di proteine ​​virali o altre molecole. Oltre al loro lavoro sui vaccini contro l'HIV, i ricercatori stanno anche lavorando su un potenziale vaccino contro il Covid-19, insieme al laboratorio di J. Christopher Love presso il Koch Institute. Il nuovo adiuvante sembra anche aiutare a stimolare l'attività delle cellule T, il che potrebbe renderlo utile come componente dei vaccini contro il cancro, che mirano a stimolare le cellule T del corpo ad attaccare i tumori.

La ricerca è stata finanziata dal National Institute of Allergy and Infectious Diseases, dal Marble Center for Cancer Nanomedicine del Koch Institute, dall'US Army Research Office attraverso l'Institute for Soldier Nanotechnologies del MIT, dal Koch Institute Support (core) Grant del National Cancer Institute , International AIDS Vaccine Initiative e Ragon Institute.