En utilisant une nouvelle stratégie capable de générer rapidement des vaccins à ARN personnalisés, Des chercheurs du MIT ont mis au point un nouveau vaccin candidat contre le virus Zika.

Le vaccin se compose de brins de matériel génétique connus sous le nom d'ARN messager, qui sont emballés dans une nanoparticule qui délivre l'ARN dans les cellules. Une fois à l'intérieur des cellules, l'ARN est traduit en protéines qui provoquent une réponse immunitaire de l'hôte, mais l'ARN ne s'intègre pas dans le génome de l'hôte, le rendant potentiellement plus sûr qu'un vaccin à ADN ou vacciner avec le virus lui-même.

« Il fonctionne presque comme un virus synthétique, sauf qu'il n'est pas pathogène et qu'il ne se propage pas, " dit Omar Khan, un post-doctorant à l'Institut Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer et un auteur de la nouvelle étude. "Nous pouvons contrôler combien de temps il est exprimé, et c'est de l'ARN donc il ne s'intégrera jamais dans le génome de l'hôte."

Cette recherche a également permis d'établir une nouvelle référence pour évaluer l'efficacité d'autres candidats vaccins contre le Zika, ce qui pourrait aider d'autres qui travaillent vers le même objectif.

Jasdave Chahal, un post-doctorant au Whitehead Institute for Biomedical Research du MIT, est le premier auteur de l'article, qui apparaît dans Rapports scientifiques . L'auteur principal de l'article est Hidde Ploegh, un ancien professeur de biologie du MIT et membre du Whitehead Institute qui est maintenant chercheur principal dans le programme de médecine cellulaire et moléculaire du Boston Children's Hospital.

Les autres auteurs de l'article sont Tao Fang et Andrew Woodham, les deux anciens post-doctorants du Whitehead Institute dans le laboratoire de Ploegh; Jingjing Ling, un étudiant diplômé du MIT ; et Daniel Anderson, professeur agrégé au Département de génie chimique du MIT et membre du Koch Institute et de l'Institute for Medical Engineering and Science (IMES) du MIT.

Vaccins programmables

L'équipe du MIT a annoncé pour la première fois sa nouvelle approche des vaccins à ARN programmables l'année dernière. Les vaccins à ARN sont attrayants car ils induisent les cellules hôtes à produire de nombreuses copies des protéines codées par l'ARN. Cela provoque une réaction immunitaire plus forte que si les protéines étaient administrées seules. Cependant, trouver un moyen sûr et efficace d'administrer ces vaccins s'est avéré difficile.

Les chercheurs ont conçu une approche dans laquelle ils emballent des séquences d'ARN dans une nanoparticule fabriquée à partir d'une molécule ramifiée basée sur des dendrimères à motif fractal. Cette structure d'ARN de dendrimère modifié peut être induite à se replier sur elle-même plusieurs fois, produisant une particule sphérique d'environ 150 nanomètres de diamètre. Ceci est similaire en taille à un virus typique, permettant aux particules d'entrer dans les cellules par les mêmes mécanismes d'entrée virale. Dans leur article de 2016, les chercheurs ont utilisé cette approche nanoparticulaire pour générer des vaccins expérimentaux contre Ebola, grippe H1N1, et le parasite Toxoplasma gondii.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs se sont attaqués au virus Zika, qui a émergé comme une épidémie centrée au Brésil en 2015 et s'est depuis propagée dans le monde entier, causant de graves malformations congénitales chez les bébés nés de mères infectées. Étant donné que la méthode MIT ne nécessite pas de travailler avec le virus lui-même, les chercheurs pensent qu'ils pourraient être en mesure d'explorer des vaccins potentiels plus rapidement que les scientifiques poursuivant une approche plus traditionnelle.

Au lieu d'utiliser des protéines virales ou des formes affaiblies du virus comme vaccins, quelles sont les stratégies les plus courantes, les chercheurs ont simplement programmé leurs nanoparticules d'ARN avec les séquences qui codent les protéines du virus Zika. Une fois injecté dans le corps, ces molécules se répliquent à l'intérieur des cellules et ordonnent aux cellules de produire les protéines virales.

L'ensemble du processus de conception, produire, et tester le vaccin sur des souris a pris moins de temps qu'il n'en a fallu aux chercheurs pour obtenir l'autorisation de travailler avec des échantillons du virus Zika, qu'ils ont finalement obtenu.

"C'est la beauté de celui-ci, " dit Chahal. " Une fois que nous avons décidé de le faire, en deux semaines, nous étions prêts à vacciner des souris. L'accès au virus lui-même n'était pas nécessaire."

Mesure de la réponse

Lors du développement d'un vaccin, les chercheurs visent généralement à générer une réponse des deux bras du système immunitaire - le bras adaptatif, médiée par les cellules T et les anticorps, et le bras inné, ce qui est nécessaire pour amplifier la réponse adaptative. Pour mesurer si un vaccin expérimental a généré une forte réponse des lymphocytes T, les chercheurs peuvent éliminer les cellules T du corps, puis mesurer leur réaction aux fragments de la protéine virale.

Jusqu'à maintenant, les chercheurs travaillant sur les vaccins contre le Zika ont dû acheter des bibliothèques de différents fragments de protéines, puis tester des cellules T dessus, ce qui est un processus coûteux et long. Parce que les chercheurs du MIT pouvaient générer autant de cellules T à partir de leurs souris vaccinées, ils ont pu rapidement les comparer à cette bibliothèque. Ils ont identifié une séquence de huit acides aminés auxquels les cellules T activées de la souris répondent. Maintenant que cette séquence, aussi appelé épitope, est connu, d'autres chercheurs peuvent l'utiliser pour tester leurs propres vaccins expérimentaux contre le Zika dans les modèles murins appropriés.

"Nous pouvons fabriquer synthétiquement ces vaccins qui sont presque comme infecter quelqu'un avec le virus réel, puis générer une réponse immunitaire et utiliser les données de cette réponse pour aider d'autres personnes à prédire si leurs vaccins fonctionneraient, s'ils se lient aux mêmes épitopes, ", dit Khan. Les chercheurs espèrent éventuellement faire passer leur vaccin Zika à des tests chez l'homme.

"L'identification et la caractérisation des épitopes des lymphocytes T CD8 chez les souris immunisées avec un vaccin à ARN Zika est une référence très utile pour tous ceux qui travaillent dans le domaine du développement d'un vaccin Zika, " dit Katja Fink, chercheur principal au A*STAR Singapore Immunology Network. "Les vaccins à ARN ont reçu beaucoup d'attention ces dernières années, et bien que la grande percée chez l'homme n'ait pas encore été réalisée, la technologie promet de devenir une plate-forme flexible qui pourrait fournir des solutions rapides pour les virus émergents."

Mouchard, qui n'a pas participé à la recherche, a ajouté que "les données initiales sont prometteuses, mais l'approche du vaccin à ARN Zika décrite nécessite des tests supplémentaires pour prouver son efficacité".

Les vaccins contre le cancer constituent un autre domaine d'intérêt majeur pour les chercheurs. De nombreux scientifiques travaillent sur des vaccins qui pourraient programmer le système immunitaire d'un patient pour attaquer les cellules tumorales, mais pour ce faire, ils doivent savoir ce que le vaccin doit cibler. La nouvelle stratégie du MIT pourrait permettre aux scientifiques de générer rapidement des vaccins à ARN personnalisés basés sur la séquence génétique des cellules tumorales d'un patient individuel.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.