De nombreux vaccins, notamment ceux contre l’hépatite B et la coqueluche, sont constitués de fragments de protéines virales ou bactériennes. Ces vaccins contiennent souvent d'autres molécules appelées adjuvants, qui contribuent à renforcer la réponse du système immunitaire à la protéine.
La plupart de ces adjuvants sont constitués de sels d’aluminium ou d’autres molécules qui provoquent une réponse immunitaire non spécifique. Une équipe de chercheurs du MIT a maintenant montré qu'un type de nanoparticule appelé structure organique métallique (MOF) peut également provoquer une forte réponse immunitaire, en activant le système immunitaire inné (la première ligne de défense de l'organisme contre tout agent pathogène) par le biais de protéines cellulaires appelées récepteurs de type péage.
Dans une étude sur des souris, les chercheurs ont montré que ce MOF pouvait encapsuler et délivrer avec succès une partie de la protéine de pointe du SRAS-CoV-2, tout en agissant également comme adjuvant une fois le MOF décomposé à l'intérieur des cellules.
Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour adapter ces particules à une utilisation comme vaccins, l'étude démontre que ce type de structure peut être utile pour générer une forte réponse immunitaire, affirment les chercheurs.
"Comprendre comment le véhicule d'administration du médicament peut améliorer une réponse immunitaire adjuvante pourrait être très utile dans la conception de nouveaux vaccins", déclare Ana Jaklenec, chercheuse principale à l'Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer du MIT et l'un des auteurs principaux du nouveau étudier.
Robert Langer, professeur au MIT Institute et membre du Koch Institute, et Dan Barouch, directeur du Center for Virology and Vaccine Research au Beth Israel Deaconess Medical Center et professeur à la Harvard Medical School, sont également les auteurs principaux de l'article, qui apparaît dans Science Advances . L'auteur principal de l'article est Shahad Alsaiari, ancien postdoctorant au MIT et boursier Ibn Khaldun.
Dans cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur un MOF appelé ZIF-8, constitué d’un réseau d’unités tétraédriques constitué d’un ion zinc attaché à quatre molécules d’imidazole, un composé organique. Des travaux antérieurs ont montré que le ZIF-8 peut stimuler considérablement les réponses immunitaires, mais on ne sait pas exactement comment cette particule active le système immunitaire.
Pour tenter de comprendre cela, l’équipe du MIT a créé un vaccin expérimental composé de la protéine de liaison au récepteur (RBD) du SRAS-CoV-2 intégrée dans les particules ZIF-8. Ces particules mesurent entre 100 et 200 nanomètres de diamètre, une taille qui leur permet de pénétrer directement dans les ganglions lymphatiques du corps ou par l'intermédiaire de cellules immunitaires telles que les macrophages.
Une fois que les particules pénètrent dans les cellules, les MOF sont décomposés, libérant les protéines virales. Les chercheurs ont découvert que les composants imidazole activent ensuite les récepteurs de type péage (TLR), qui aident à stimuler la réponse immunitaire innée.
"Ce processus est analogue à la création d'une équipe opérationnelle secrète au niveau moléculaire pour transporter les éléments essentiels du virus COVID-19 jusqu'au système immunitaire de l'organisme, où ils peuvent activer des réponses immunitaires spécifiques pour renforcer l'efficacité du vaccin", explique Alsaiari.
Le séquençage de l'ARN des cellules des ganglions lymphatiques a montré que les souris vaccinées avec des particules ZIF-8 portant la protéine virale activaient fortement une voie TLR connue sous le nom de TLR-7, ce qui conduisait à une plus grande production de cytokines et d'autres molécules impliquées dans l'inflammation.
Les souris vaccinées avec ces particules ont généré une réponse beaucoup plus forte à la protéine virale que les souris ayant reçu la protéine seule.
"Non seulement nous livrons la protéine de manière plus contrôlée via une nanoparticule, mais la structure de cette particule agit également comme un adjuvant", explique Jaklenec. "Nous avons pu obtenir des réponses très spécifiques à la protéine COVID, et avec un effet d'économie de dose par rapport à l'utilisation de la protéine seule pour vacciner."
Bien que cette étude et d'autres aient démontré la capacité immunogène du ZIF-8, des travaux supplémentaires doivent être effectués pour évaluer la sécurité des particules et leur potentiel de production à grande échelle. Si le ZIF-8 n'est pas développé comme support de vaccin, les résultats de l'étude devraient aider les chercheurs à développer des nanoparticules similaires qui pourraient être utilisées pour administrer des vaccins sous-unitaires, explique Jaklenec.
"La plupart des vaccins sous-unitaires comportent généralement deux composants distincts :un antigène et un adjuvant", explique Jaklenec. "La conception de nouveaux vaccins qui utilisent des nanoparticules avec des fragments chimiques spécifiques qui non seulement facilitent la délivrance d'antigènes mais peuvent également activer des voies immunitaires particulières ont le potentiel d'améliorer la puissance du vaccin."
L’un des avantages du développement d’un vaccin sous-unitaire contre le COVID-19 est que ces vaccins sont généralement plus faciles et moins chers à fabriquer que les vaccins à ARNm, ce qui pourrait faciliter leur distribution dans le monde entier, affirment les chercheurs.
"Les vaccins sous-unitaires existent depuis longtemps et ils ont tendance à être moins chers à produire, ce qui ouvre davantage l'accès aux vaccins, surtout en période de pandémie", explique Jaklenec.
Plus d'informations : Shahad Alsaiari et al, Les cadres d'imidazolate zéolitique activent les récepteurs endosomiques de type Toll et potentialisent l'immunogénicité du trimère de protéine de pointe du SRAS-CoV-2, Science Advances (2024). DOI :10.1126/sciadv.adj6380. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6380
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par le Massachusetts Institute of Technology
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, de l'innovation et de l'enseignement du MIT.
