Des nano-ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé des candidats vaccins COVID-19 qui peuvent supporter la chaleur. Leurs ingrédients clés ? Virus provenant de plantes ou de bactéries.

Les nouveaux vaccins COVID-19 sans réfrigérateur sont encore à un stade précoce de développement. Chez la souris, les candidats vaccins ont déclenché une production élevée d'anticorps neutralisants contre le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19. S'ils s'avèrent sûrs et efficaces chez les humains, les vaccins pourraient changer la donne pour les efforts de distribution mondiaux, y compris ceux des zones rurales ou des communautés pauvres en ressources.

"Ce qui est passionnant avec notre technologie vaccinale, c'est qu'elle est thermiquement stable, afin qu'il puisse facilement atteindre des endroits où installer des congélateurs à ultra-basse température, ou faire circuler des camions avec ces congélateurs, ne sera pas possible, " a déclaré Nicole Steinmetz, professeur de nano-ingénierie et directeur du Center for Nano-ImmunoEngineering de l'UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Les vaccins sont détaillés dans un article publié le 7 septembre dans le Journal de l'American Chemical Society .

Les chercheurs ont créé deux candidats vaccins COVID-19. L'un est fabriqué à partir d'un virus végétal, appelé virus de la mosaïque du niébé. L'autre est fabriqué à partir d'un virus bactérien, ou bactériophage, appelé Q bêta.

Les deux vaccins ont été fabriqués en utilisant des recettes similaires. Les chercheurs ont utilisé des plants de niébé et E. coli bactéries pour faire croître des millions de copies du virus et du bactériophage des plantes, respectivement, sous forme de nanoparticules sphériques. Les chercheurs ont récolté ces nanoparticules, puis ont attaché un petit morceau de la protéine de pointe SARS-CoV-2 à la surface. Les produits finis ressemblent à un virus infectieux afin que le système immunitaire puisse les reconnaître, mais ils ne sont pas infectieux chez les animaux et les humains. Le petit morceau de la protéine de pointe attaché à la surface est ce qui stimule le corps à générer une réponse immunitaire contre le coronavirus.

Les chercheurs notent plusieurs avantages à utiliser des virus végétaux et des bactériophages pour fabriquer leurs vaccins. Pour un, ils peuvent être faciles et peu coûteux à produire à grande échelle. "La culture des plantes est relativement facile et implique une infrastructure pas trop sophistiquée, " a déclaré Steinmetz. " Et la fermentation utilisant des bactéries est déjà un processus établi dans l'industrie biopharmaceutique. "

Un autre grand avantage est que le virus végétal et les nanoparticules de bactériophage sont extrêmement stables à haute température. Par conséquent, les vaccins peuvent être stockés et expédiés sans avoir besoin d'être conservés au froid. Ils peuvent également être soumis à des processus de fabrication utilisant la chaleur. L'équipe utilise de tels processus pour emballer leurs vaccins dans des implants polymères et des patchs micro-aiguilles. Ces processus consistent à mélanger les candidats vaccins avec des polymères et à les faire fondre ensemble dans un four à des températures proches de 100 degrés Celsius. Le fait de pouvoir mélanger directement le virus végétal et les nanoparticules de bactériophage avec les polymères dès le départ facilite et simplifie la création d'implants et de patchs vaccinaux.

L'objectif est de donner aux gens plus d'options pour obtenir un vaccin COVID-19 et le rendre plus accessible. Les implants, qui sont injectés sous la peau et libèrent lentement le vaccin au cours d'un mois, ne devrait être administré qu'une seule fois. Et les patchs micro-aiguilles, qui peut être porté au bras sans douleur ni inconfort, permettrait aux gens de s'auto-administrer le vaccin.

"Imaginez si des patchs vaccinaux pouvaient être envoyés dans les boîtes aux lettres de nos personnes les plus vulnérables, plutôt que de les faire quitter leur domicile et s'exposer au risque, " a déclaré Jon Pokorski, professeur de nano-ingénierie à la UC San Diego Jacobs School of Engineering, dont l'équipe a développé la technologie pour fabriquer les implants et les patchs micro-aiguilles.

"Si les cliniques pouvaient offrir un implant à dose unique à ceux qui auraient vraiment du mal à s'en sortir pour leur deuxième injection, cela offrirait une protection à une plus grande partie de la population et nous pourrions avoir une meilleure chance d'endiguer la transmission, " a ajouté Pokorski, qui est également membre fondateur du corps professoral de l'Institute for Materials Discovery and Design de l'université.

Dans les essais, les candidats vaccins COVID-19 de l'équipe ont été administrés à des souris soit via des implants, patchs de micro-aiguille, ou comme une série de deux plans. Les trois méthodes ont produit des niveaux élevés d'anticorps neutralisants dans le sang contre le SRAS-CoV-2.

Vaccin potentiel contre le pan-coronavirus

Ces mêmes anticorps neutralisés également contre le virus du SRAS, les chercheurs ont trouvé.

Tout se résume au morceau de protéine de pointe du coronavirus qui est attaché à la surface des nanoparticules. Une de ces pièces que l'équipe de Steinmetz a choisie, appelé épitope, est presque identique entre le SARS-CoV-2 et le virus original du SRAS.

"Le fait que la neutralisation soit si profonde avec un épitope si bien conservé parmi un autre coronavirus mortel est remarquable, " a déclaré le co-auteur Matthew Shin, un doctorat en nano-ingénierie. étudiant dans le laboratoire de Steinmetz. "Cela nous donne l'espoir d'un vaccin potentiel contre le pan-coronavirus qui pourrait offrir une protection contre de futures pandémies."

Un autre avantage de cet épitope particulier est qu'il n'est affecté par aucune des mutations du SRAS-CoV-2 qui ont été signalées jusqu'à présent. C'est parce que cet épitope provient d'une région de la protéine de pointe qui ne se lie pas directement aux cellules. Ceci est différent des épitopes dans les vaccins COVID-19 actuellement administrés, qui proviennent de la région de liaison de la protéine de pointe. C'est une région où beaucoup de mutations se sont produites. Et certaines de ces mutations ont rendu le virus plus contagieux.

Les épitopes d'une région non liante sont moins susceptibles de subir ces mutations, a expliqué Oscar Ortega-Rivera, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Steinmetz et premier auteur de l'étude. « Sur la base de nos analyses de séquences, l'épitope que nous avons choisi est hautement conservé parmi les variantes du SARS-CoV-2."

Cela signifie que les nouveaux vaccins COVID-19 pourraient potentiellement être efficaces contre les variantes préoccupantes, dit Ortega-Rivera, et des tests sont actuellement en cours pour voir quel effet ils ont contre la variante Delta, par exemple.

Vaccin plug and play

Une autre chose qui excite vraiment Steinmetz à propos de cette technologie vaccinale est la polyvalence qu'elle offre pour fabriquer de nouveaux vaccins. "Même si cette technologie n'a pas d'impact pour COVID-19, il peut être rapidement adapté à la prochaine menace, le prochain virus X, " dit Steinmetz.

Faire ces vaccins, elle dit, est "plug and play" :cultiver des nanoparticules de virus de plantes ou de bactériophages à partir de plantes ou de bactéries, respectivement, puis attachez un morceau du virus cible, agent pathogène, ou biomarqueur à la surface.

"Nous utilisons les mêmes nanoparticules, les mêmes polymères, le même équipement, et la même alchimie pour tout assembler. La seule variable est vraiment l'antigène que l'on colle à la surface, " dit Steinmetz.

Les vaccins obtenus n'ont pas besoin d'être conservés au froid. Ils peuvent être conditionnés dans des implants ou des patchs micro-aiguilles. Ou, ils peuvent être directement administrés de manière traditionnelle via des injections.

Les laboratoires de Steinmetz et Pokorski ont utilisé cette recette dans des études précédentes pour fabriquer des candidats vaccins contre des maladies comme le VPH et le cholestérol. Et maintenant, ils ont montré que cela fonctionnait également pour la fabrication de candidats vaccins COVID-19.

Prochaines étapes

Les vaccins ont encore un long chemin à parcourir avant de passer aux essais cliniques. Avancer, l'équipe testera si les vaccins protègent contre l'infection par COVID-19, ainsi que ses variantes et autres coronavirus mortels, in vivo.