Des nanoéponges qui absorbent une toxine porogène dangereuse produite par le SARM (résistant à la méthicilline Staphylococcus aureus ) pourrait servir de vaccin sûr et efficace contre cette toxine. Ce « vaccin nanosponge » a permis au système immunitaire des souris de bloquer les effets indésirables de la toxine alpha-hémolysine du SARM, à la fois dans la circulation sanguine et sur la peau. Nanoingénieurs de l'Université de Californie, San Diego a décrit l'innocuité et l'efficacité de ce vaccin nanoéponge dans le numéro du 1er décembre de Nature Nanotechnologie .

Les nanoéponges à la base de la plateforme expérimentale « vaccin anatoxine » sont des particules biocompatibles constituées d'un noyau de polymère enveloppé dans une membrane de globules rouges. La membrane des globules rouges de chaque nanoéponge saisit et retient le Staphylococcus aureus (staph) toxine alpha-hémolysine sans compromettre l'intégrité structurelle de la toxine par chauffage ou traitement chimique. Ces nanoéponges parsemées de toxines ont servi de vaccins capables de déclencher des anticorps neutralisants et de combattre des doses autrement mortelles de la toxine chez la souris.

Les vaccins toxoïdes protègent contre une toxine ou un ensemble de toxines, plutôt que l'organisme qui produit la ou les toxines. Alors que le problème de la résistance aux antibiotiques s'aggrave, les vaccins toxoïdes offrent une approche prometteuse pour lutter contre les infections sans recourir aux antibiotiques.

"Avec notre vaccin toxoïde, nous n'avons pas à nous soucier de la résistance aux antibiotiques. Nous ciblons directement la toxine alpha-hémolysine, " dit Liangfang Zhang, un professeur de nano-ingénierie à l'UC San Diego Jacobs School of Engineering et l'auteur principal de l'article. Cibler directement la toxine alpha-hémolysine présente un autre avantage. "Ces toxines créent un environnement toxique qui sert de mécanisme de défense qui rend plus difficile pour le système immunitaire de lutter contre les bactéries Staph, " a expliqué Zhang.

Au-delà du SARM et des autres infections à staphylocoques, l'approche du vaccin nanoéponge pourrait être utilisée pour créer des vaccins qui protègent contre un large éventail de toxines, y compris ceux produits par E. coli et H. pylori .

Ce travail du laboratoire de nanomatériaux et de nanomédecine de Zhang à l'UC San Diego comprenait le chercheur postdoctoral en nano-ingénierie Che-Ming "Jack" Hu, Ronnie Fang, étudiant diplômé en nano-ingénierie, et l'étudiant diplômé en bio-ingénierie Brian Luk.

Les chercheurs ont découvert que leur vaccin nanoéponge était sûr et plus efficace que les vaccins toxoïdes fabriqués à partir de toxine staphylococcique traitée thermiquement. Après une injection, seulement 10 pour cent des souris infectées par le staphylocoque traitées avec la version chauffée ont survécu, contre 50 pour cent pour ceux qui ont reçu le vaccin nanoéponge. Avec deux autres injections de rappel, les taux de survie avec le vaccin nanoéponge ont atteint 100 %, contre 90 pour cent avec la toxine traitée thermiquement.

"Le vaccin nanoéponge a également pu empêcher complètement les dommages de la toxine dans la peau, où les infections à SARM se produisent fréquemment, " dit Zhang, qui est également affilié au Moores Cancer Center de l'UC San Diego.

Combattre les toxines formant des pores

Ce travail est une torsion sur un projet que les nano-ingénieurs de l'UC San Diego ont présenté plus tôt cette année :une nano-éponge qui peut absorber une variété de toxines formant des pores - des protéines bactériennes au venin de serpent - dans le corps.

Les toxines formant des pores agissent en perçant des trous dans la membrane d'une cellule et en laissant la cellule fuir jusqu'à la mort. Mais lorsque les toxines attaquent la membrane des globules rouges drapée sur la nanoparticule, « rien ne se passera. Il enferme simplement la toxine là-bas, " expliqua Zhang.

Les nanoingénieurs se sont demandé ce qui se passerait s'ils chargeaient une de leurs nanoéponges de toxine staphylococcique de cette manière, et a présenté l'ensemble à une partie essentielle du système immunitaire appelée cellules dendritiques. Les particules chargées pourraient-elles déclencher une réponse immunitaire et fonctionner comme un vaccin toxoïde ?

La toxine staphylococcique est si puissante qu'elle tue les cellules immunitaires sous sa forme inchangée. La plupart des candidats vaccins, donc, utilisez une version thermique ou chimiquement traitée de la toxine qui démêle certaines de ses protéines et la rend un peu plus faible. Mais ce processus rend également la réponse immunitaire à la toxine un peu plus faible.

"Plus vous le chauffez, plus la toxine est sûre, mais plus tu le chauffes, plus vous endommagez la structure de la protéine, " expliqua Zhang. " Et cette structure est ce que la cellule immunitaire reconnaît, et construit ses anticorps contre."

Le vaccin à l'anatoxine nanoéponge contourne ce problème en retenant – mais sans changer – la toxine staphylococcique. Comme un prisonnier dangereux mais menotté, la toxine staphylococcique peut être dirigée vers les cellules dendritiques du système immunitaire sans causer de dommages.

Avant ça, "il n'y avait aucun moyen de délivrer une toxine native aux cellules immunitaires sans endommager les cellules, ", a déclaré Zhang. "Mais cette technologie nous permet de le faire."

Chaque particule de vaccin a un diamètre d'environ 85 nanomètres; en comparaison, environ 1000 d'entre eux s'adapteraient à la largeur d'un seul cheveu humain. They are cleared from the body after injection in about two weeks, les chercheurs ont trouvé.

Staphylococcus aureus

Staph bacteria are one of the most common causes of skin infections, and can cause blood poisoning and surgical infections as well as pneumonia. According to the Centers for Disease Control and Prevention, about 80, 000 Americans suffer from invasive MRSA infections each year, and over 11, 000 of those individuals die. At the moment, there are no vaccines approved to protect humans against the toxins associated with staph infections, including those caused by MRSA strains.

The idea for a staph vaccine came about when the researchers considered the success of their nanosponge. If the particle was so good at collecting toxins, they wondered, what were the potential uses of a particle full of toxin? "Pour être honnête, we never thought about the vaccine use from the beginning, " Zhang noted. "But when we do research, we always want to look at a problem in reverse."

Dans un sens, the toxoid vaccine hearkens back to their first use for the particles, as a cancer drug delivery device, Zhang noted.

The particles "work so beautifully, " Zhang a dit, that it might be possible to detain several toxins at once on them, creating "one vaccine against many types of pore-forming toxins, " from staph to snake venom.