Les ingénieurs du MIT ont développé un nouveau type de vaccin facilement personnalisable qui peut être fabriqué en une semaine, lui permettant d'être rapidement déployé en réponse aux épidémies. Jusque là, ils ont conçu des vaccins contre Ebola, grippe H1N1, et Toxoplasma gondii (un parent du parasite qui cause le paludisme), qui étaient efficaces à 100 pour cent dans des tests sur des souris.

Le vaccin se compose de brins de matériel génétique connus sous le nom d'ARN messager, qui peut être conçu pour coder pour n'importe quel virus, bactérien, ou protéine parasite. Ces molécules sont ensuite emballées dans une molécule qui délivre l'ARN dans les cellules, où il est traduit en protéines qui provoquent une réponse immunitaire de l'hôte.

En plus de cibler les maladies infectieuses, les chercheurs utilisent cette approche pour créer des vaccins contre le cancer qui apprendraient au système immunitaire à reconnaître et à détruire les tumeurs.

« Cette approche de nanoformulation nous permet de fabriquer des vaccins contre de nouvelles maladies en seulement sept jours, permettant de faire face à des épidémies soudaines ou d'apporter des modifications et des améliorations rapides, " dit Daniel Anderson, professeur agrégé au département de génie chimique du MIT et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research et de l'Institute for Medical Engineering and Science (IMES) du MIT.

Anderson est l'auteur principal d'un article décrivant les nouveaux vaccins dans le Actes de l'Académie nationale des sciences la semaine du 4 juillet, 2016. Le projet a été mené par Jasdave Chahal, un post-doctorant au Whitehead Institute for Biomedical Research du MIT, et Omar Khan, un post-doctorat à l'Institut Koch; tous deux sont les premiers auteurs de l'article.

Vaccins personnalisables

La plupart des vaccins traditionnels consistent en une forme inactivée d'un virus ou d'un autre agent pathogène. Ces vaccins prennent généralement beaucoup de temps à fabriquer, et pour certaines maladies, ils sont trop risqués. D'autres vaccins sont constitués de protéines normalement produites par le microbe, mais ceux-ci n'induisent pas toujours une forte réponse immunitaire, obligeant les chercheurs à rechercher un adjuvant (un produit chimique qui améliore la réponse).

Les vaccins à ARN sont attrayants car ils induisent les cellules hôtes à produire de nombreuses copies des protéines qu'elles codent, ce qui provoque une réaction immunitaire plus forte que si les protéines étaient administrées seules. L'idée d'utiliser des molécules d'ARN messager comme vaccins existe depuis environ 30 ans, mais l'un des principaux obstacles a été de trouver un moyen sûr et efficace de les livrer.

Khan a décidé d'emballer les vaccins à ARN dans une nanoparticule fabriquée à partir d'une molécule ramifiée connue sous le nom de dendrimère. Un avantage clé de ce matériau est que les chercheurs peuvent lui donner une charge positive temporaire, ce qui lui permet de former des associations étroites avec l'ARN, qui est chargé négativement. Khan peut également contrôler la taille et le motif de la structure finale. En induisant plusieurs fois la structure dendrimère-ARN à se replier sur elle-même, Khan a généré des particules de vaccin sphériques d'un diamètre d'environ 150 nanomètres. Cela les rend de taille similaire à celle de nombreux virus, permettant aux particules d'entrer dans les cellules en exploitant les mêmes protéines de surface que les virus utilisent à cette fin.

En personnalisant les séquences d'ARN, les chercheurs peuvent concevoir des vaccins qui produisent presque toutes les protéines qu'ils souhaitent. Les molécules d'ARN comprennent également des instructions pour l'amplification de l'ARN, pour que la cellule produise encore plus de protéine.

Le vaccin est conçu pour être administré par injection intramusculaire, le rendant facile à administrer. Une fois que les particules pénètrent dans les cellules, l'ARN est traduit en protéines qui sont libérées et stimulent le système immunitaire. Significativement, les vaccins ont pu stimuler les deux bras du système immunitaire :une réponse des lymphocytes T et une réponse des anticorps.

Dans des tests sur des souris, les animaux qui ont reçu une dose unique de l'un des vaccins n'ont présenté aucun symptôme après l'exposition au véritable agent pathogène - Ebola, grippe H1N1, ou Toxoplasma gondii .

"Peu importe l'antigène que nous avons choisi, nous avons pu conduire les réponses complètes des anticorps et des lymphocytes T, " dit Khan.

Les chercheurs pensent également que leurs vaccins seraient plus sûrs que les vaccins à ADN, une autre alternative que les scientifiques poursuivent, car contrairement à l'ADN, L'ARN ne peut pas être intégré dans le génome de l'hôte et provoquer des mutations.

« La possibilité de créer rapidement une formulation entièrement synthétique qui peut être efficace en tant que vaccin est un ajout important aux stratégies vaccinales actuellement disponibles, " dit Hidde Ploegh, un professeur de biologie au MIT, membre du Whitehead Institute, et auteur de l'article, qui a ajouté qu'il sera important d'évaluer la sécurité et le coût.

Déploiement rapide

La capacité de concevoir et de fabriquer rapidement ces vaccins pourrait être particulièrement bénéfique pour lutter contre la grippe, parce que la méthode de fabrication de vaccin antigrippal la plus courante, qui nécessite que les virus soient cultivés à l'intérieur d'œufs de poule, prend des mois. Cela signifie que lorsqu'une souche grippale inattendue apparaît, comme le virus H1N1 pandémique de 2009, il n'y a aucun moyen de produire rapidement un vaccin contre elle.

« En règle générale, un vaccin devient disponible longtemps après la fin de l’épidémie, ", dit Chahal. "Nous pensons que nous pouvons devenir interventionnels au cours d'une véritable épidémie."

Khan et Chahal prévoient de créer une entreprise pour licencier et commercialiser la technologie. En plus des vaccins qu'ils ont déjà conçus, ils espèrent créer des vaccins contre le virus Zika et la maladie de Lyme.

Ils travaillent également sur des vaccins contre le cancer. Lors d'un récent concours « Mission :Possible » organisé par l'Institut Koch, Khan et Chahal faisaient partie d'une équipe qui a fini par se retirer du concours parce qu'un bailleur de fonds extérieur, la Fondation pour la recherche médicale avancée, proposé de les soutenir.

Pour ce projet, les chercheurs ont conçu des vaccins qui ciblent des gènes qui ne sont normalement activés que pendant le développement embryonnaire. Ces gènes, dormant chez les adultes, sont souvent réactivés dans un type de cancer connu sous le nom de tumeurs pulmonaires non à petites cellules.

« Nous sommes tous enthousiasmés par le potentiel de cette nouvelle approche pour fournir un nouveau mode d'administration des vaccins, " dit Robert Langer, le professeur de l'Institut David H. Koch au MIT et auteur de l'article.