Хотя многие люди в более богатых странах были вакцинированы против COVID-19, во многих странах мира по-прежнему существует потребность в вакцинации. Новая вакцина, разработанная в Массачусетском технологическом институте и Медицинском центре Бет Исраэль Диаконисс, может помочь в этих усилиях, предлагая недорогую, удобную в хранении и эффективную альтернативу РНК-вакцинам.
В новой статье исследователи сообщают, что вакцина, которая содержит фрагменты спайкового белка SARS-CoV-2, расположенные на вирусоподобной частице, вызывала сильный иммунный ответ и защищала животных от заражения вирусом.
Вакцина была разработана таким образом, чтобы ее можно было производить с помощью дрожжей с использованием установок для ферментации, которые уже существуют во всем мире. Индийский институт сывороток, крупнейший в мире производитель вакцин, в настоящее время производит большое количество вакцины и проводит клинические испытания в Африке.
«До сих пор очень большая часть населения не имеет доступа к вакцинам против COVID. Субъединичные вакцины на основе белков — это недорогая, хорошо зарекомендовавшая себя технология, которая может обеспечить стабильные поставки и принята во многих частях мира», — говорит Дж. Кристофер Лав, Раймонд А. и Хелен Э. Сен-Лоран, профессор химического машиностроения Массачусетского технологического института и член Коховского института интегративных исследований рака и Рагонского института MGH, Массачусетского технологического института и Гарварда.
Лав и Дэн Барух, директор Центра вирусологии и исследований вакцин в Медицинском центре Бет Исраэль Диаконисс (BIDMC) и профессор Гарвардской медицинской школы, являются старшими авторами статьи, которая опубликована сегодня в журнале Science Advances . Ведущими авторами статьи являются аспиранты Массачусетского технологического института Нил Далви и Серхио Родригес-Апонте, а также Лиза Тостаноски, постдокторант BIDMC.
Оптимизация технологичности
Лаборатория Лава в тесном сотрудничестве с лабораторией Баруха в BIDMC начала работу над вакциной против COVID-19 в начале 2020 года. Их целью было создать вакцину, которая была бы не только эффективной, но и простой в производстве. С этой целью они сосредоточились на белковых субъединичных вакцинах, типе вакцины, состоящей из небольших кусочков вирусных белков. С использованием этого подхода было создано несколько существующих вакцин, в том числе вакцина против гепатита В.«В тех местах в мире, где стоимость остается проблемой, субъединичные вакцины могут решить эту проблему. Они также могут устранить некоторую нерешительность в отношении вакцин, основанных на новых технологиях», — говорит Лав.
Еще одним преимуществом белковых субъединичных вакцин является то, что их часто можно хранить в холодильнике, и они не требуют сверхнизких температур хранения, как РНК-вакцины.
Для своей субъединичной вакцины исследователи решили использовать небольшой фрагмент спайкового белка SARS-CoV-2, рецептор-связывающий домен (RBD). В начале пандемии исследования на животных показали, что этот фрагмент белка сам по себе не вызывает сильного иммунного ответа, поэтому, чтобы сделать его более иммуногенным, команда решила отобразить множество копий белка на вирусоподобной частице. Они выбрали поверхностный антиген гепатита В в качестве основы и показали, что при покрытии фрагментами RBD SARS-CoV-2 эта частица вызывает гораздо более сильный ответ, чем белок RBD сам по себе.
Исследователи также хотели убедиться, что их вакцину можно производить легко и эффективно. Многие белковые субъединичные вакцины производятся с использованием клеток млекопитающих, с которыми сложнее работать. Команда Массачусетского технологического института разработала белок RBD таким образом, чтобы его можно было производить дрожжами Pichia pastoris , которые относительно легко выращивать в промышленном биореакторе.
Каждый из двух компонентов вакцины — фрагмент белка RBD и частица гепатита В — может быть получен отдельно в дрожжах. К каждому компоненту исследователи добавили специализированную пептидную метку, которая связывается с меткой, обнаруженной на другом компоненте, позволяя фрагментам RBD прикрепляться к вирусным частицам после того, как каждая из них будет произведена.
Pichia pastoris уже используется для производства вакцин в биореакторах по всему миру. Как только у исследователей были готовы сконструированные дрожжевые клетки, они отправили их в Институт сыворотки, который быстро нарастил производство.
«Одна из ключевых вещей, которая отличает нашу вакцину от других вакцин, заключается в том, что предприятия по производству вакцин из этих дрожжевых организмов уже существуют в тех частях мира, где вакцины по-прежнему больше всего нужны сегодня», — говорит Далви.
Модульный процесс
Как только у исследователей была готова вакцина-кандидат, они протестировали ее в небольшом испытании на нечеловеческих приматах. Для этих исследований они объединили вакцину с адъювантами, которые уже используются в других вакцинах: либо гидроксид алюминия (квасцы), либо комбинацию квасцов и другого адъюванта, называемого CpG.В этих исследованиях исследователи показали, что вакцина продуцирует уровни антител, аналогичные тем, которые вырабатываются некоторыми из одобренных вакцин против COVID-19, включая вакцину Джонсона и Джонсона. Они также обнаружили, что, когда животные подвергались воздействию SARS-CoV-2, вирусная нагрузка у вакцинированных животных была намного ниже, чем у невакцинированных животных.
Для этой вакцины исследователи использовали фрагмент RBD, основанный на последовательности исходного штамма SARS-CoV-2, появившегося в конце 2019 года. варианты), которые команда ранее обнаружила для улучшения производства и иммуногенности по сравнению с наследственной последовательностью, для текущих клинических испытаний .
По словам исследователей, подход, заключающийся в присоединении RBD иммуногена к вирусоподобной частице, предлагает систему, подобную «подключи и показывай», которую можно использовать для создания аналогичных вакцин.
«Мы могли бы сделать мутации, которые были замечены в некоторых новых вариантах, добавить их в RBD, но сохранить всю структуру прежней, и создать новые вакцины-кандидаты», — говорит Родригес-Апонте. «Это показывает модульность процесса и то, насколько эффективно вы можете редактировать и создавать новых кандидатов».
Если клинические испытания покажут, что вакцина представляет собой безопасную и эффективную альтернативу существующим РНК-вакцинам, исследователи надеются, что она может не только оказаться полезной для вакцинации людей в странах, которые в настоящее время имеют ограниченный доступ к вакцинам, но и позволит создать бустеры, которые обеспечит защиту от более широкого спектра штаммов SARS-CoV-2 или других коронавирусов.
«В принципе, эта модульность позволяет рассмотреть вопрос об адаптации к новым вариантам или о предоставлении усилителя защиты от коронавируса», — говорит Лав.