“در نهایت یک بیماری اضطراری دیگر وجود خواهد داشت” –

در یک مطالعه جدید، 100 درصد از موش‌هایی که واکسیناسیون مبتنی بر پروتئین را دریافت کردند، زمانی که با دوزهای کشنده ویروس SARS-CoV-2 که باعث COVID-19 می‌شود، به چالش کشیده شدند، زنده ماندند. هیچ یک از موش ها به دلیل قرار گرفتن در معرض SARS-CoV-2 آسیب ریه را تجربه نکردند. تمام موش هایی که این واکسن نانوذرات را دریافت نکردند در یک آزمایش ۱۴ روزه مردند.

نتایج، این هفته در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، روابط ساختار و عملکرد بین اولین واکسن اسید نوکلئیک کروی (SNA) که برای محافظت در برابر عفونت های ویروسی ساخته شده است را تشریح کنید.

دکتر میشل تپلنسکی، نویسنده اول مقاله می گوید: «آنچه این واکسن را از سایر واکسن ها متمایز می کند، رویکردی است که ما برای طراحی آن ها در پیش گرفته ایم. حتی همین چند سال پیش، مردم بر انتخاب هدف مناسب برای آموزش سیستم ایمنی و محرک مناسب برای فعال کردن آن تمرکز کردند، نه بر نحوه چیدمان ساختاری آن اجزا و ارائه به بدن.

نانوذراتی که SNA نامیده می شوند، شکلی از DNA کروی هستند که می توانند با کارایی فوق العاده وارد سلول های ایمنی شوند و آن ها را تحریک کنند. SNA ها در بیش از 60 نوع سلول آزمایش شده اند. محققان به طور تجربی نسبت ایده آل بین پوسته SNA و چگالی هسته را تعیین کردند که قوی ترین پاسخ را ایجاد می کند.

واکسن های SNA برای درمان موش های مبتلا به سرطان سینه سه گانه منفی استفاده شده است – و واکسن های بیشتری برای سایر سرطان ها در حال توسعه است.

چاد آ. میرکین، مخترع SNA و نویسنده مقاله، این مطالعه را رهبری کرد و گفت که این پلتفرم می تواند به بیماری های عفونی تبدیل شود.

میرکین گفت: “این یک نمایش قابل توجه از واکسن شناسی منطقی است – این ایده که ساختار یک واکسن، بر خلاف اجزای تنها، می تواند تأثیر عمیقی بر کارایی داشته باشد.” در حالی که ما قبلاً نشان داده بودیم که این مورد برای ایمنی درمانی سرطان است، این اولین نمایش برای یک بیماری عفونی است.

میرکین استاد شیمی جورج بی راثمان در کالج هنر و علوم واینبرگ نورث وسترن، مدیر موسسه بین المللی نانوتکنولوژی و عضو مرکز جامع سرطان رابرت اچ لوری دانشگاه نورث وسترن است.

ساخت دارو

تولید واکسن ها معمولاً سال ها طول می کشد. اما با COVID-19 پیشرفت های خیره کننده ای در این عرصه حاصل شد. میرکین تپلنسکی، همکار فوق دکترا در آزمایشگاه میرکین را به چالش کشید تا با دکترا کار کند. مکس دیستلر، دانشجو و نویسنده اول، برای ارزیابی اینکه آیا پلت فرم SNA می تواند برای ایجاد یک واکسن قوی استفاده شود یا خیر، و دامنه تاثیر آن را گسترش می دهد. این دو پروژه را تنها در نه ماه به پایان رساندند – تقریباً به اندازه زمان توسعه دهندگان تجاری.

ایمن‌سازی‌های ویروسی معمولی شامل مخلوطی از مولکول‌های ویروس (به نام آنتی‌ژن) است که به سیستم ایمنی می‌گوید هدفش (ویروس) چیست، و مولکول‌های دیگر (به نام ادجوانت) سیستم ایمنی را برای تقویت توانایی بدن برای مقابله با آن تحریک می‌کنند. زمانی که بعداً ظاهر شد را هدف قرار دهید. از آنجایی که این مخلوط به طور سنتی با هم بسته بندی نمی شود، محققان پیش بینی می کنند که سلول های درون بیماران دوز قوی از آنتی ژن ها و ادجوانت ها را دریافت نمی کنند.

اینجاست که ساختار وارد عمل می شود. میرکین اصطلاح “واکسن شناسی منطقی” را ابداع کرد تا توضیح دهد که چگونه تحویل همزمان و زمان بندی این دو دارو از طریق یک نانوذره می تواند واکسن ها را موثرتر کند. تغییرات کوچک در مقیاس نانو می تواند پیامدهای بزرگی برای کارایی و قابلیت پیش بینی واکسن داشته باشد.

تیم میرکین آنتی ژن (بخشی از پروتئین میخچه بدنام COVID-19) را در داخل هسته SNA بسته بندی کردند و از یک توالی خاص از DNA که برای تحریک سیستم ایمنی (ادجوانت) به عنوان پوسته شعاعی اطراف هسته شناخته شده است استفاده کردند. محققان موش‌ها را زیر پوست تزریق کردند و باعث پاسخ ایمنی به پروتئین اسپایک شدند و سپس تولید آنتی‌بادی را در هفته‌های پس از تزریق زیر نظر گرفتند.

به چالش کشیدن نتایج

دو هفته پس از تزریق، موش‌های واکسینه‌شده با واکسن SNA بالاترین تولید آنتی‌بادی را در مقایسه با موش‌هایی که با مخلوط نمکی ساده از همان اجزا واکسینه شده بودند، داشتند، حتی بهتر از سایر فرمول‌های حاوی ادجوانت‌های تجاری (که در فرمولاسیون زونا، هپاتیت استفاده شده‌اند). واکسن های B و آنفولانزا) 14 برابر.

آنتی بادی ها با محافظت در برابر عفونت ارتباط دارند و پتانسیل پلتفرم را در فضای COVID-19 و بیماری های عفونی ایجاد می کنند. واکسن های مبتنی بر پروتئین نیز عوارض جانبی کمتری دارند و می توان آنها را در دمای معمولی یخچال نگهداری کرد و هزینه های تولید و توزیع را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

محققان به مقالاتی از واکسن‌های تجاری موجود برای کووید-19 نگاه کردند و دریافتند که تولید نهایی آنتی‌بادی سایر مطالعات در دو هفته «در مسیر درست» با آنتی‌بادی آن‌ها بوده است.

فقط برای اطمینان، تیم واکسن خود را به آزمایشگاه ملی آرگون فرستاد و اجازه داد آنها را با واکسینه کردن موش‌ها و سپس آلوده کردن آنها به دوزهای بالای ویروس SARS-CoV-2 در یک مطالعه دوسوکور مورد آزمایش قرار دهند. صد درصد از موش‌هایی که واکسن SNA دریافت کردند تا پایان آزمایش بدون آسیب ریوی ناشی از پنومونی COVID-19 زنده ماندند.

جلوگیری از ویروس های آینده

استفاده از COVID-19 به عنوان یک مطالعه موردی برای مقایسه میزان عملکرد واکسن عمدتاً عملی بود. اما همچنین توجه را به پیامدهای گسترده تر SNA به عنوان یک پلت فرم بیماری عفونی جلب می کند.

Teplensky می گوید که COVID-19 باعث تغییر رفتار به سمت بیماری های عفونی شد. تپلنسکی گفت: «مردم قدرت اضطراری که بیماری عفونی می تواند داشته باشد را تشخیص نداده و قدردانی نکردند. ما فرصتی دیدیم تا از کووید به عنوان یک مطالعه موردی برای روشن کردن کاستی‌ها در فضای واکسیناسیون استفاده کنیم.»

دیستلر گفت: “با این مطالعه موردی، اگرچه نتایج کاملاً چشمگیر هستند، اما هدف رقابت با واکسن‌های کووید موجود نبود. ما برای جهش بعدی یا بیماری بعدی که نیاز به یک واکسن بسیار ساختار یافته دارد آماده می‌شویم، زیرا در نهایت وجود خواهد داشت. یک بیماری اضطراری دیگر خواهد بود.” به گفته محققان، این پلت فرم حتی می تواند برای هدف قرار دادن چیزی به پیچیدگی HIV استفاده شود.

میرکین گفت: “مدولار بودن این رویکرد نشان می دهد که یک تغییر سریع ممکن است فقط برای ساخت واکسن جدید برای یک ویروس آینده مورد نیاز باشد، به خصوص اگر آنچه قبلاً در مورد واکسن سرطان مشاهده کرده ایم کار کند.” تنها کاری که باید انجام دهیم این است که آنچه را که به سیستم ایمنی یاد می دهیم هدف قرار دهد، تغییر دهیم.

مقاله “اسیدهای نوکلئیک کروی به عنوان بستر واکسن بیماری های عفونی” به عنوان یک همکاری بین دانشمندان، پزشکان و مهندسان شمال غربی، آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه شیکاگو گرد هم آمد. این تحقیق توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی (جایزه FA9550-17-1-0348)، موسسه سرطان اورولوژیک پولسکی مرکز جامع سرطان رابرت اچ. لوری در دانشگاه نورث وسترن در بیمارستان یادبود نورث وسترن و موسسه ملی سرطان حمایت شد. مؤسسه ملی بهداشت (تحت جوایز R01CA208783 و P50CA221747).