Bekæmpelse af COVID: Trekantforskere skaber potentiel inhalerbar vaccine

Udgivelsesdato: 6. juli 2022

Forskere har skabt en inhalerbar COVID-19-vaccine, der er holdbar ved stuetemperatur i op til tre måneder, retter sig specifikt og effektivt mod lungerne og giver mulighed for selvadministration via en inhalator.

Forskerne fandt også ud af, at leveringsmekanismen for denne vaccine - et lunge-afledt exosom kaldet LSC-Exo - er mere effektiv til at undgå lungens slimhindebeklædning end de lipidbaserede nanopartikler, der i øjeblikket er i brug, og kan bruges effektivt med proteinbaserede vacciner.

Ke Cheng, Randall B. Terry Jr. Distinguished Professor i Regenerativ Medicin ved NC State og professor i NC State/UNC-Chapel Hill Joint Department of Biomedical Engineering, sammen med kolleger fra UNC-Chapel Hill og Duke University, ledede udvikling af vaccineprototypen fra proof-of-concept til dyreforsøg.

"Der er flere udfordringer forbundet med levering af vaccine, vi ønskede at løse," siger Cheng. "For det første er det mindre effektivt at tage vaccinen via intramuskulært skud til at få den ind i lungesystemet, og det kan derfor begrænse dens effektivitet. Inhalationsvacciner vil øge deres fordel mod COVID-19.

"For det andet kræver mRNA-vacciner i deres nuværende formulering køleopbevaring og uddannet medicinsk personale til at levere dem. En vaccine, der er stabil ved stuetemperatur, og som kan administreres selv, vil i høj grad reducere ventetider for patienter samt stress på lægestanden under en pandemi. Det er dog nødvendigt at omformulere leveringsmekanismen, for at den kan fungere gennem inhalation."

For at levere vaccinen direkte til lungerne brugte forskerne exosomer (Exo) udskilt fra lungesfæroide celler (LSC'er). Exosomer er vesikler i nanostørrelse, der for nylig er blevet anerkendt som et fremragende middel til lægemiddellevering.

Først undersøgte forskerne, om LSC-Exo var i stand til at levere protein eller mRNA "last" gennem lungerne. Forskerne sammenlignede fordelingen og retentionen af LSC-Exo med nanopartikler svarende til lipid-nanopartikler, der i øjeblikket bruges med mRNA-vacciner. I et papir i Ekstracellulær vesikel, viste forskerne, at lunge-afledte nanopartikler var mere effektive til at levere mRNA og proteinlast til bronkioler og dybt lungevæv end syntetiske liposompartikler.

Dernæst skabte og testede forskerne en inhalerbar, proteinbaseret, viruslignende partikelvaccine (VLP) ved at dekorere ydersiden af LSC-Exo med en del af spikeproteinet - kendt som receptorbindingsdomænet eller RBD - fra SARS-CoV-2 virus. En artikel, der beskriver forskningen, er publiceret i Natur biomedicinsk teknik.

"Vacciner kan virke på forskellige måder," siger Cheng. "For eksempel leverer mRNA-vacciner et script til din celle, der instruerer den i at producere antistoffer mod spikeproteinet. Denne VLP-vaccine introducerer på den anden side en del af spidsproteinet til kroppen, hvilket udløser immunsystemet til at producere antistoffer mod spidsproteinet."

I gnavermodeller fremkaldte den RBD-dekorerede LSC-Exo-vaccine (RBD-Exo) produktion af antistoffer, der er specifikke for RBD, og beskyttede gnaverne, efter to vaccinedoser, mod infektion med levende SARS-CoV-2. Derudover forblev RBD-Exo-vaccinen stabil ved stuetemperatur i tre måneder.

Forskerne bemærker, at selvom arbejdet er lovende, er der stadig udfordringer forbundet med produktion og oprensning af exosomer i stor skala. LSC'er, celletypen der bruges til at generere RBD-Exo, er i øjeblikket i et fase I klinisk forsøg af de samme forskere til behandling af patienter med degenerative lungesygdomme.

"En inhalerbar vaccine vil give både slimhinde- og systemisk immunitet, den er mere bekvem at opbevare og distribuere og kan administreres selv i stor skala," siger Cheng. "Så selvom der stadig er udfordringer forbundet med at opskalere produktionen, mener vi, at dette er en lovende vaccine, der er værdig til yderligere forskning og udvikling."

Arbejdet blev støttet af National Institutes of Health og American Heart Association. North Carolina State University har indgivet et foreløbigt patent på de teknologier, der er rapporteret i disse publikationer, og patentretten er eksklusivt licenseret til Xsome Biotech, en NC State startup-virksomhed, der er medstiftet af Cheng.

(C) NCSU

Original artikelkilde: WRAL Techwire