而没有意识到这一点,科学家们一直在准备COVID-19大流行多年。2012年,中东呼吸综合症(即),冠状病毒引起的一种疾病,促使美国国家过敏症和传染病研究所(NIAID)来开发一个程序用于更好地理解和防止冠状病毒感染。

Kayvon Modjarrad,新发传染病的创始董事分支水里德陆军研究所的研究开发了一种新型的SARS-CoV-2疫苗与稀有SARS-CoV-1防护和SARS-CoV-2变体的担忧。

“很多这样的事情,在一个可怕的方式,是意外。下次我们可能没有那么幸运,“说Kayvon Modjarrad,新发传染病部门主任沃尔特里德陆军研究所(WRAIR)。“我们必须投资策略,解决多种病原体,家庭不仅仅是冠状病毒。”

即流行期间,Modjarrad担任研究员在巴尼NIAID格雷厄姆的实验室,在那里他发达的稀有疫苗平台来防止多个流感株。Modjarrad也导致NIAID的冠状病毒研究工作大约一年之前WRAIR建造一个新单位,致力于新兴传染病。

”的一个基本原则,我试图灌输这个新单位是疫苗的开发平台,是解决家庭的病原体,而不是单个病原体,”Modjarrad说。他招募了他的前同事和专家结构生物学家戈登·乔伊斯的计划。与SARS-CoV-2的出现,Modjarrad时学到的知识和乔伊斯应用开发稀有平台即NIAID的疫苗和流感发展一部小说,更有效SARS-CoV-2疫苗与稀有保护现有的冠状病毒和新兴SARS-CoV-2变体。¹

大自然的纳米颗粒

开发新疫苗,Modjarrad和乔伊斯转向天然分子称为铁蛋白。铁蛋白是一种高度保守的蛋白质iron-carrying魔法变成一个球形颗粒与24个单元,每个可以结合抗原。Modjarrad和乔伊斯绑定的多个副本SARS-CoV-2突起蛋白铁蛋白分子和混合ferritin-fusion重组蛋白与脂质体配方作为佐剂。

的铁蛋白纳米颗粒(SpFN)疫苗,显示在一个电子显微镜的图像,包含峰值铁蛋白纳米颗粒(小亮光形状)和脂质体(大圆圈)作为辅助。

“设计阶段总是最困难的部分,我们加速——可能只是纯粹的勇气和决心与一小群——两年的工作分成几个月张成的空间,“Modjarrad说。他的研究小组测试了200多个设计构造近2000只老鼠在解决一个主要候选人。他们被称为新的SARS-CoV-2疫苗飙升铁蛋白纳米颗粒(SpFN)。

测试SpFN的效率,他们注射两剂疫苗4周分解为32岁男性和女性SARS-CoV-2天真的猕猴。四个星期过去注射后,Modjarrad和乔伊斯暴露了动物SARS-CoV-2和调查他们的免疫反应。

SpFN疫苗诱导的抗体中和SARS-CoV-2十倍强有力地比现有SARS-CoV-2疫苗。该小组还观察到一个健壮的Th1 CD4 + T细胞辅助反应接种疫苗的动物感染,建议增加抗原记忆B细胞的生产。

背后的秘密强有力的反应引起的SARS-CoV-2 ferritin-based疫苗可能在于其命令突起蛋白表达免疫系统。大多数疫苗抗原的一个副本,但铁蛋白独特的结构允许研究人员现在在单分子抗原的多个副本。这训练免疫系统更好地识别入侵的病原体,收益率比传统疫苗方法更强的免疫反应。

“当你看看ferritin-spike纳米电子显微镜,它有这个核心和钉装饰,就像病毒一样,“Modjarrad说。

他认为病毒样结构的铁蛋白纳米颗粒增强身体的免疫反应启动病毒反应。但SpFN力量给研究者们并不是唯一惊喜。SpFN也产生可交叉反应的保护现有的冠状病毒和两个新兴SARS-CoV-2变体。

广泛的保护

“我很兴奋当我看到对SARS-CoV-1引起了这种疫苗的抗体反应,“Modjarrad说。“当我看到时,我想,哇,这真的可能是一个强大的平台。”

研究结果特别令人惊讶,因为提供的铁蛋白纳米颗粒只有SARS-CoV-2突起蛋白。序列标识发散SARS-CoV-1至少30 - 35%。

Modjarrad的团队仍然是分离SpFN稀有保护的来源。一种可能性是,呈现相同的抗原多次反复导致B细胞与抗原相互作用,这可能会引起与可交叉反应的抗体的生产潜力。另一种可能性是,辅助T细胞可能有助于更好的招聘提供了一个更广泛的响应。

“我们也知道纳米颗粒显示抗原多次在一个有序数组被贩卖更有效的生发中心比可溶性抗原的淋巴结。有一些关于生发中心反应和贩卖的生发中心也给你额外的宽度,“Modjarrad说。

SpFN疫苗的另一个重要的优势目前SARS-CoV-2疫苗:稳定。它可以存储在冰箱里六个月甚至在室温下在实验室板凳上一个月没有退化。Modjarrad和他的团队甚至在104华氏度和测试其稳定性观察SpFN抗原性下降只有10%。

“我们为全球疫苗,可以放在冷却器的摩托车在亚马逊或撒哈拉沙漠或南亚的炎热和潮湿的环境中,“Modjarrad说。

2021年4月,Modjarrad和他的团队启动第一个临床试验来测试人类SpFN疫苗的功效。²“我谈论新兴传染病项目,我作为一种创业的创始主任。就像一个小生物技术公司在世界上最大的官僚主义,说:“国防部Modjarrad。他的团队的原型疫苗准备在2020年6月,但就像任何小型企业,必须解决生产、临床试验的赞助和其他挑战。

“不仅仅是科学,必须预先部署。所有这些过程开发的所有其他方面保持一致和到位之前这些疫情发生,”Modjarrad说。“这些小细节没有人知道将成就或者毁掉一个疫苗计划。“Modjarrad和他的团队最终获得了所需要的动力和前进完全充电。

如果试验成功,这种疫苗可能会推进二期研究在世界的其他地方。”也给了我们信心开始开发新一代的设计,解决多个冠状病毒,而不仅仅是那些在人类了。我们要设计下一代疫苗,考虑那些还没有出现的蝙蝠冠状病毒,“Modjarrad说。

在这样一个下一代战略,Modjarrad和他的团队正在接合多个不同冠状病毒抗原物种一个铁蛋白纳米颗粒。疫苗与这个设计不同SARS-CoV-2抗原引起真正的异形的免疫反应在一个家庭的病毒。

Modjarrad和他的团队还计划隔离和转移产生的免疫球蛋白抗体在SpFN人类临床试验动物。然后他们会挑战各种SARS-CoV-2变异和SARS-CoV-1动物。“如果抗体反应SpFN抒发防止SARS-CoV-2变异和SARS-1在动物模型中,哇,”Modjarrad说。“然后我们已经有一个pan-sarbecovirus疫苗。”

引用:

1。乔伊斯毫克、王、Naouar即et al .功效的广泛中和SARS-CoV-2铁蛋白纳米颗粒在非人灵长类动物疫苗。2021:2021.03.24.436523。doi:10.1101 / 2021.03.24.436523。