Szczepionki z biomateriałów chronią przed szeroką gamą infekcji bakteryjnych i wstrząsu septycznego

Szczepionki z biomateriałów chronią przed szeroką gamą infekcji bakteryjnych i wstrząsu septycznego

Obecne naukowe metody leczenia chorób zakaźnych napotykają na coraz większe przeszkody ze względu na stale rosnącą liczbę lekoopornych zakażeń drobnoustrojami, wybuchy epidemii mikroorganizmów chorobotwórczych oraz ciągłą szansę na zupełnie nowe zagrożenia biologiczne, które mogą pojawić się w przyszłości. Skuteczne szczepionki mogą służyć jako bariera zapobiegająca licznym infekcjom bakteryjnym i jednych z ich najbardziej ekstremalnych następstw, takich jak zatrucie krwi. Według Centrum Kontroli i Prewencji Chorób (CDC) „Każdego roku co najmniej 1.7 miliona dorosłych w Ameryce zapada na sepsę. Prawie 270,000 1 Amerykanów umiera w wyniku sepsy [a] 3 na XNUMX pacjentów, którzy umierają w szpitalu, ma sepsę”. Jednak dla najbardziej typowych drobnoustrojów bakteryjnych, które wywołują zatrucie krwi i wiele różnych innych schorzeń, wciąż nie ma łatwo dostępnych szczepionek.

Teraz, jak informowaliśmy w Charakterystyka inżynierii biomedycznej, multidyscyplinarna grupa naukowców z Harvard's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering oraz John A. Paulson School for Engineering and Applied Sciences (SEAS) faktycznie ustanowiła metodę wstrzykiwania infekcji opartą na biomateriałach (ciVAX) jako usługę, która może być ogólnie związane z tym powszechnym problemem. Szczepionki ciVAX integrują 2 nowoczesne technologie, które są obecnie rozwijane naukowo do różnych innych zastosowań i które ze sobą umożliwiają wychwytywanie immunogennych antygenów z szerokiej gamy mikroorganizmów i ich unifikację bezpośrednio w rusztowaniach biomateriałów rekrutujących komórki odpornościowe. Wstrzykiwane lub wszczepiane pod skórę szczepionki ciVAX przeprogramowują układ odpornościowy organizmu, aby coś z tym zrobić przeciwko mikroorganizmom.

„Moc ochronnych szczepionek, które do tej pory zaprojektowaliśmy i przetestowaliśmy, oraz wywołane przez nie reakcje immunologiczne są niezwykle zachęcające i otwierają szeroki zakres potencjalnych zastosowań szczepionek, od profilaktyki sepsy po szybkie środki przeciwko przyszłym zagrożeniom pandemicznym i zagrożeniom biologicznym, ponieważ a także nowe rozwiązania niektórych wyzwań w medycynie weterynaryjnej” – twierdzi dr David Mooney, który jest uczestnikiem Wydziału Założycielskiego w Instytucie Wyss i kieruje platformą Immuno-Materials w Instytucie. Jest on również pomieszanym profesorem rodziny Roberta P. Pinkasa z bioinżynierii.

W swoim badaniu naukowcy skutecznie porównali innowacyjność ciVAX jako procedury bezpieczeństwa w porównaniu z jedną z najbardziej typowych przyczyn zatrucia krwi, na którą składa się ciśnienie S. aureus korzystne dla Gram i bakterie E. coli niekorzystne dla Gram. Podkreślając możliwość innowacji, odkryli, że profilaktyczny zastrzyk ciVAX chronił wszystkie zaszczepione myszy komputerowe przed niebezpiecznym atakiem opornym na antybiotyki ciśnieniem E. coli, podczas gdy tylko 9% nieszczepionych zwierząt kontrolnych przetrwało. W projekcie świńskiego wstrząsu septycznego wywołanego przez różne ludzkie izolaty E. coli, wstrzyknięcie ciVAX chroniło przed wzrostem zatrucia krwi u wszystkich 4 zwierząt, podczas gdy 4 nieszczepione zwierzęta doznały skrajnego i nieoczekiwanego zatrucia krwi w ciągu 12 godzin. Wreszcie, wykorzystując metodę symulującą procedurę inokulacji pierścienia w populacjach ludzi lub zwierząt, wstrzyknięcie ciVax, po zapakowaniu produktu pochodzącego z patogenów, oddzielonego od zwierząt zakażonych jednym śmiertelnym ciśnieniem E. coli, miało zdolność ochrony krzyżowej zwierząt kontra różne śmiertelne ciśnienie E. coli.

„Nasza metoda wychwytuje większość antygenów glikoproteinowych (i glikolipidowych) z patogenów i prezentuje je w ich natywnej formie układowi odpornościowemu, dając nam dostęp do znacznie większego spektrum potencjalnych antygenów niż szczepionki składające się z pojedynczych lub mieszanin rekombinowanych antygenów ”, twierdził współautor i główny naukowiec z Wyss Michael Super, Ph.D. „Szczepionki ciVAX przeciwko znanym patogenom można wytwarzać i przechowywać, ale dodatkowo wszystkie składniki oprócz antygenów bakteryjnych można wstępnie zmontować z cGMP o długim okresie przydatności do spożycia produkty. Kompletne szczepionki można następnie złożyć w mniej niż godzinę, gdy antygeny będą dostępne, co daje tej technologii wyjątkową przewagę nad innymi podejściami do szczepionek, gdy wymagana jest szybka reakcja”. Super opracował zasadę ciVAX wraz z pierwszym pisarzem Edwardem Doherty, który jako poprzedni główny starszy naukowiec współpracował z Mooneyem nad systemem Wyss Immuno-Material przy szczepionkach opartych na biomateriałach do zastosowań w komórkach rakowych.

Dyrektor założycielski firmy Super and Wyss, dr med. Donald Ingber, który również był autorem badania naukowego, wcześniej opracował innowację w wychwytywaniu wirusów wykorzystywaną w ciVAX, która opiera się na rodzimej opsoninie wiążącej ludzkie patogeny – lektynie wiążącej mannozę (MBL). )– że zintegrowały się z sekcją Fc immunoglobuliny, aby wytworzyć FcMBL. Rekombinowany FcMBL wiąże się z ponad 120 różnymi odmianami wirusów i substancjami toksycznymi, składającymi się z mikroorganizmów, grzybów, infekcji i krwiopijców. We wcześniejszych inicjatywach grupa wykorzystywała FcMBL do wielu zagadnień analitycznych, a innowacja jest obecnie sprawdzana w profesjonalnym teście przez start-up Wyss BOA Biomedical jako składnik zupełnie nowej terapii zatrucia krwi.

Mooney i jego zespół w Wyss Institute i SEAS, wraz z partnerami naukowymi z Dana-Farber Cancer, ustanowili drugi innowacyjny element ciVAX element, innowację wstrzykiwaną na bazie biomateriałów jako koncepcyjnie zupełnie nowy rodzaj immunoterapii komórek rakowych. Instytut. Zatwierdzony w profesjonalnym teście na ludzkich komórkach rakowych, specjalnie stworzony zastrzyk komórek rakowych wzmocnił znaczne działanie przeciwnowotworowe. Novartis obecnie działa, aby reklamować innowację w zakresie wstrzykiwania dla niektórych zastosowań komórek rakowych, a związana z tym metoda wstrzykiwania oparta na biomateriałach jest poszukiwana przez start-up Wyss Attivare Therapeutics, z Doherty i poprzednimi naukowcami z Wyss Benjaminem Seilerem i Fernandą Langellotto, PhD ., które również były współautorem tego badania, jako członkowie statutu.

Aby przygotować szczepionki ciVAX, grupa wykorzystała FcMBL na ziarnach magnetycznych do wyłapania zawieszonych bakteryjnych cząsteczek zawierających węglowodany, zwanych Patogenicznymi Wzorcami Molekularnymi (PAMP) z wirusa selekcji, a następnie po prostu zmieszała obiekty z kawałkami mezoporowatych krzemionka (MPS) i komórki odpornościowe – rekrutacja i włączanie pierwiastków. Pod skórą MPS tworzy chłonne, naturalnie degradowalne rusztowanie, które wykorzystuje komórki dendrytyczne (DC) układu odpornościowego organizmu, przeprogramowuje je na istniejące fragmenty zarejestrowanych PAMP i uruchamia je ponownie. Następnie DC przenoszą się do sąsiednich węzłów chłonnych rur drenażowych, gdzie koordynują szerokie działanie odpornościowe przeciwko wirusowi bakteryjnemu. Grupa odkryła, że ​​szczepionki ciVAX szybko przyspieszyły nagromadzenie i aktywację DC na stronach internetowych z zastrzykami oraz liczbę DC, limfocytów B wytwarzających przeciwciała i różne klucze limfocytów T w odprowadzaniu rur do węzłów chłonnych, a tym samym wytworzyły skuteczną, skierowaną na patogen działania.

„Oprócz możliwości zmniejszenia ryzyka sepsy w szpitalach i poza nimi, nasza technologia szczepionek ciVAX może uratować życie wielu osobom zagrożonym przez wiele patogenów, a także potencjalnie zapobiegać rozprzestrzenianiu się infekcji w populacjach zwierząt lub zwierząt gospodarskich, zanim dotrą do ludzi. Jest to wspaniały przykład tego, jak badacze z Wyss z różnych dyscyplin i doświadczeń skupiają się wokół problemów medycznych, które pilnie muszą zostać rozwiązane, aby stworzyć nowe, potężne podejścia” – twierdzi Ingber, który jest również profesorem biologii naczyniowej Judah Folkman w HMS i Boston Children's Szpital i profesor bioinżynierii w Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.