La tâche initiale des chercheurs était de comprendre comment certains nanomatériaux polymères fournissaient une réponse immunitaire faiblement inflammatoire tout en étant capables de stimuler la production d'anticorps dans le cadre d'une dose unique de vaccin.

Une fois qu'ils ont appris comment ces nanomatériaux mesurant seulement 20 à 30 milliardièmes de mètre agissaient comme adjuvants pour la vaccination, ils ont décidé de franchir la prochaine étape scientifique.

Ces mêmes minuscules adjuvants pourraient-ils transporter des antigènes du monde réel vers les cellules B du système immunitaire et les transformer en usines sécrétant des anticorps ? En outre, cela pourrait-il être une alternative pour produire des anticorps de laboratoire pour des applications diagnostiques et thérapeutiques ?

Les réponses étaient oui. Des expériences de culture cellulaire avec la technique ont produit des anticorps contre les antigènes clés du coronavirus qui cause le COVID-19 et la bactérie qui cause la peste pulmonaire.

L'observation initiale et la découverte ultérieure montrent comment les chercheurs affiliés au Nanovaccine Institute basé à l'Iowa State University envisagent leurs recherches sous de nombreux angles :

« C'est un excellent exemple du bras de fer sain entre une découverte de recherche fondamentale sur le mécanisme de production d'anticorps et un avantage translationnel que nous avons peut-être inventé une nouvelle plate-forme de production d'anticorps, " dit Balaji Narasimhan, le directeur de l'Institut des nanovaccins, un Iowa State Anson Marston Distinguished Professor in Engineering et la chaire de la faculté Vlasta Klima Balloun. "Le Nanovaccine Institute brûle les deux côtés de cette bougie."

Le journal Avancées scientifiques a récemment publié les conclusions des chercheurs. Le premier auteur est Sujata Senapati, un ancien doctorant de l'État de l'Iowa en génie chimique et biologique. Les auteurs correspondants sont Narasimhan et Surya Mallapragada, un Iowa State Anson Marston Distinguished Professor in Engineering, vice-président associé pour la recherche et titulaire de la chaire Carol Vohs Johnson en génie chimique et biologique. (Voir l'encadré pour l'équipe de recherche complète.)

Bourses de l'Institut national des allergies et des maladies infectieuses, une partie des National Institutes of Health, soutenu le travail des chercheurs.

C'est comme une échelle

Il était clair pour les chercheurs que ces nanomatériaux - "les micelles de copolymères pentablocs, " selon l'article des chercheurs, les cellules B ont aidé à initier la production d'anticorps. (Les micelles sont des structures qui s'auto-assemblent dans l'eau ou les huiles lorsque leurs molécules s'alignent en raison de leurs propriétés qui aiment ou détestent l'eau.)

« De nos études, nous avons compris très tôt que ces micelles auto-assemblantes sont différentes des autres types d'adjuvants existants, " a déclaré Senapati. "Ce que nous ne savions pas, c'était la raison de ce type unique de réponse immunitaire générée par eux et cela était pour moi la partie la plus intrigante de ce projet."

Mallapragada a déclaré que les chercheurs ont pu adapter la chimie des nanomatériaux, créer des « micelles avec des fonctionnalités supplémentaires ».

L'une de ces fonctions est la capacité des micelles chargées positivement à s'associer à plusieurs antigènes et à interagir directement avec les récepteurs des cellules B, selon le papier. Cette réticulation des récepteurs des cellules B a conduit à une meilleure production d'anticorps et à une réponse immunitaire améliorée à un vaccin.

"Ces micelles agissent comme un échafaudage pour réticuler deux récepteurs, " a déclaré Michael Wannemuehler, un directeur associé du Nanovaccine Institute et un professeur de l'État de l'Iowa en microbiologie vétérinaire et en médecine préventive.

Il a dit que la réticulation est forte et stable, comme une échelle accrochée aux deux extrémités, et est efficace pour stimuler la production d'anticorps par les cellules B.

Cette activation cellulaire est venue sans la réponse inflammatoire qui accompagne d'autres adjuvants vaccinaux, produisant potentiellement une « réponse immunitaire « juste » » qui pourrait être « critique dans la conception rationnelle de vaccins pour les personnes âgées » qui souffrent souvent d'inflammation chronique, selon le papier.

Fabriquer des anticorps de laboratoire

Maintenant que les chercheurs ont compris le mécanisme "en coulisses" de la stimulation des anticorps des micelles, Senapati a dit qu'ils voulaient voir ce qu'ils pourraient trouver d'autre.

"La prochaine étape évidente était alors de tester notre hypothèse avec des antigènes de certains agents pathogènes du monde réel et de voir si ces micelles pourraient être potentiellement utilisées pour produire des anticorps contre eux, " elle a dit.

Ils ont utilisé les échafaudages micellaires pour présenter les antigènes du SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, et Yersinia pestis, la bactérie responsable de la peste pulmonaire, aux cellules B en culture.

Ces cellules ont commencé à générer des "quantités d'anticorps thérapeutiques à l'échelle du laboratoire" contre les deux antigènes, « accroître encore la valeur de ces nanomatériaux pour développer rapidement des contre-mesures contre les maladies infectieuses, " selon le journal.

Ces anticorps pourraient potentiellement être utilisés pour des kits de test de diagnostic ou pour des traitements tels que les anticorps monoclonaux qui ont été développés pour traiter le COVID-19, dit Wannemuehler.

"Il existe différentes manières de produire des anticorps, " Narasimhan a déclaré. " La méthode que nous avons trouvée est une alternative qui pourrait être assez puissante si elle est généralisée à d'autres maladies. Cela pourrait être une plate-forme plug-and-play."

Parce que c'est un adjuvant vaccinal efficace et un producteur d'anticorps, le document indique que la plate-forme de nanomatériaux développée par l'équipe d'étude est "un outil très polyvalent dans le développement de multiples contre-mesures contre les maladies infectieuses émergentes et réémergentes".