Недавнее исследование, опубликованное в журнале MDPI, Pathogens описывает пептидный вакцинный антиген коронавируса в форме составов на основе наноалмаза, которые продемонстрировали устойчивый и продолжительный иммунный ответ. Наноалмазы оказались мощной и универсальной платформой для конъюгации антигенов. Это может сделать его безопасной и эффективной стратегией производства готовых вакцин против нескольких коронавирусов.

Справочная информация

Большинство вакцин для человека основано на инактивированных вирусах или вирусных белках. Первые обычно связаны с сильным иммунным ответом, поскольку они представляют несколько антигенов, которые стимулируют как В-, так и Т-клеточные ответы. И наоборот, вакцины на основе белков менее иммуногенны, и в результате может потребоваться большее количество доз. В качестве альтернативы, для улучшения иммунного ответа используются адъюванты.

Использование вакцинного пептида обычно влечет за собой конъюгацию антигенного эпитопа с более иммуногенным белком-носителем или закрепление эпитопов на поливалентной наноструктуре. Среди последних большой интерес представляют новые углеродные материалы, включая фуллерен, графен, углеродные нанотрубки, углеродные квантовые точки и наноалмазы.

В частности, привлекательными являются наноалмазы (НА), поскольку они наименее токсичны из этих наноструктур, но было показано, что они действуют несколькими способами, эффективно ингибируя E. coli образование биопленок. Было предпринято множество попыток использовать их при разработке вакцин, при этом размер алмазных наночастиц (NP) был важным фактором.

НЕТоз и воспаление

НЧ должны быть меньше 40 нм, чтобы они могли быть захвачены нейтрофильно-внеклеточными ловушками (NET), сетями нейтрофильной ДНК, экструдированными для нейтрализации патогена. НЕТоз, в свою очередь, вызывает воспаление в месте вакцинации.

Такое воспаление проходит спонтанно, воспалительный стимул задерживается внутри СЕТИ. Эта реакция наблюдается также с квасцовым адъювантом, а также с природными НЧ, такими как игольчатые кристаллы мононатрия урата, обнаруженные при подагре, которые вызывают стойкое, но самоограничивающееся воспаление.

Ранее исследователи описали этот механизм и подчеркнули необходимость нейтрофилов для инициирования воспаления, которое отвечает за повышенную иммуногенность нанопроволок оксида алюминия при использовании в качестве адъювантов.

ND-конъюгированный пептид панкоронавируса

Более раннее исследование показывает, что когда пептидные ингибиторы гептадного повтора 1 (HR1) конъюгировали с золотыми НЧ, полученные структуры были способны ингибировать слияние мембран между MERS-CoV и клетками-хозяевами. В текущем исследовании использовался набор ингибиторов пептида HR2, либо ковалентно связанных с поверхностью ND, либо просто смешанных с ND, чтобы позволить им связываться с его поверхностью.

Таким образом, ингибирование слияния мембран, опосредованного HR1 / HR2, является эффективным методом предотвращения проникновения вируса.

В текущей работе в качестве основы для используемых вакцин использовалась технология «реагируй и вводи». Был использован синтетический пептид пан-коронавируса, названный пептидом гептадного повтора 2 (HR2). Это на 81% идентично таковому, обнаруженному в коронавирусе ближневосточного респираторного синдрома (БВРС-КоВ), и только на 46% – пептиду SARS-CoV-2.

Этот пептид может вызывать перекрестный иммунитет между коронавирусами.

В экспериментах на грызунах синтетические ND, конъюгированные с панкоронавирусным пептидом, были способны легко индуцировать антительный ответ после инъекции.

Ни одна из протестированных углеродных частиц не показала цитотоксического действия на культивируемые клетки через 24 часа. Однако все ND, конъюгированные с овальбумином, вызвали устойчивый иммуномодулирующий ответ, приводящий к продукции специфических антител.

Превосходная иммуногенность ND

НА были более иммуногенными, чем другие наночастицы на основе углерода, такие как углеродные квантовые точки (CQD) и пегилированный оксид графена (GO-PEG). Титр антител к последним двум был подобен титру, полученному с коммерческим адъювантом оксигидроксидом алюминия (AlOOH), но ND давали значительно более высокие уровни антител.

Фактически, титры, полученные с помощью ND, аналогичны титрам, достигнутым с использованием сильного адъюванта CFA / IFA, но без цитотоксичности последнего. Фактически, ND вызывают только самоограничивающееся воспаление в месте инъекции.

Исследователи обнаружили, что ND-конъюгированный панкоронавирусный пептид индуцировал выработку иммуноглобулинов, как IgM, так и IgG, против самого себя, достигая титра 000 после двух доз. Через 28 дней антитела острой фазы IgM имели низкий титр, что обеспечивало низкий риск образования иммунных комплексов и, таким образом, предотвращало возможное повреждение почек.

Этот состав также вызывал клеточную иммунную реакцию. Воспаление, вызванное этим составом, также было определено как ответ CD4 + Т-хелперных клеток типа 1 (Th1), связанный с выработкой интерферона-γ.

Было обнаружено, что иммунизированные мыши проявляют реакцию гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) с пиком через 24 часа.

ND, конъюгированные с панкоронавирусным пептидом, также вызывали усиленное образование антител и поглощались НЕТозом при контакте с нейтрофилами в организме. Группа ученых заметила, что после инъекции конъюгированного пептида он блокируется нейтрофилами через NET. Липкая ДНК приводила к агрегации нейтрофилов, отделяя их от окружающих тканей.

Считается, что устойчивый иммунный ответ обусловлен образованием гранулемы вокруг наноадъюванта, воспринимаемого как инородное тело, которое стимулирует нейтрофилы и вызывает НЕТоз. Это улавливает конъюгат наноалмаза и ограничивает его областью инъекции без распространения в кровоток или другие органы.

Устойчивый иммунный ответ

При использовании пептида ND-панкоронавируса титры антител IgG сохранялись до 120 дней на более высоком уровне, чем при использовании адъюванта CFA / IFA. Было обнаружено, что антиген проявляет высокую реактивность с сывороткой выздоравливающих пациентов с COVID-19, что указывает на его потенциал в качестве иммунизирующего агента.

Этот состав вызывал множественные антитела, направленные против множества эпитопов на спайковом белке SARS-CoV-2. Среди этих эпитопов некоторые могут принадлежать к консервативным антигенам среди различных штаммов коронавируса и потенциально могут вызывать устойчивый иммунный ответ против таких неизвестных штаммов, а также известных штаммов.

Однако исследователи отмечают, что антитела, вызванные этим составом, хотя и имеют высокий титр, не могут нейтрализовать инфекцию MERS-CoV, потому что они не нацелены на рецептор-связывающий домен (RBD) белка шипа, ни вторичная нейтрализующая мишень, область HR1-HR2. Это основные места нейтрализации, в отличие от области HR2, связанной с нынешней формулировкой.

Каковы последствия?

Пептиды, конъюгированные с ND, можно использовать для производства аварийных вакцин против многих появляющихся вирусов или бактерий, поскольку пептид можно легко адаптировать в соответствии с геномом интересующего патогена. Хотя они не нейтрализуют репликацию вируса и, следовательно, не могут обеспечить стерилизующий иммунитет, когда вирус не может передаваться от инфицированного пациента, они обеспечивают высокие и устойчивые титры антител, которые, вероятно, будут защищать от серьезных заболеваний.

И НЧ, и оборудование для синтеза пептидов можно транспортировать в удаленные места с высоким риском появления патогенов, чтобы снизить риск передачи таких агентов и облегчить местное производство вакцин в экстренных случаях, тем самым предотвращая эскалацию ситуации.