Учёные разработали быструю бесклеточную платформу для сборки прототипов вакцины против вируса Нипах

Исследователи из Корнеллского и Северо-Западного университетов разработали быстрый бесклеточный метод создания наночастичных вакцин, которые имитируют вирусы на молекулярном уровне. Это предлагает мощный новый инструмент для реагирования на возникающие пандемии.

Технология производит и сворачивает полноразмерные вирусные мембранные белки непосредственно в синтетические липидные пузырьки — липосомы. Это позволяет создавать кандидаты в вакцины за часы, а не недели или месяцы, и может проложить путь к более быстрым и адаптивным стратегиям иммунизации против смертельных вирусов, таких как Нипах.

Исследование, представленное в статье "Cell-Free Expression of Nipah Virus Transmembrane Proteins for Proteoliposome Vaccine Design", опубликовано в журнале ACS Nano.

Работа сосредоточена на вирусе Нипах — заболевании, поражающем нервную и дыхательную системы, с уровнем летальности до 75%. В настоящее время против него нет одобренных терапий или вакцин. Из-за этого Всемирная организация здравоохранения (WHO) включает Нипах в свой список вирусов с пандемическим потенциалом. Команда начала разработку вакцины во время пандемии COVID-19, осознав необходимость более быстрых методов разработки вакцин.

"В некотором смысле нам повезло с COVID-19, что уже было проведено много исследований коронавирусов, что позволило ведущим учёным понять, какие эффективные антигены следует доставлять в вакцине", — сказал Камат.

"Но в случае будущей эпидемии, когда о потенциальном вирусе известно меньше, это может легко не сработать. Нам нужны способы быстрой сборки и скрининга вакцинных формул, которые представляют наиболее эффективные белки для данного вируса".

Помимо конкретных результатов по вирусу Нипах, платформа может быть адаптирована для решения широкого спектра вирусных угроз или даже терапевтических вакцин против рака. Простота и скорость метода делают его особенно перспективным для глобального доступа к вакцинам, особенно в регионах с ограниченным охлаждением и инфраструктурой.

Новый подход позволяет быстро изготавливать компоненты вакцины без живых клеток, что сокращает время и сложность, обычно связанные с разработкой традиционных вакцин. Системы бесклеточного синтеза белка содержат молекулярные механизмы из клеток, но работают in vitro, позволяя экспрессировать белки всего за несколько часов.

Система производит мембранные белки, которые могут сворачиваться и встраиваться в липидные везикулы без помощи белков-шаперонов, которые обычно требуются внутри живых клеток.

"Устраняя необходимость в живых клетках для производства этих вакцинных частиц, мы больше не ограничены специфическими условиями, которые необходимы для поддержания этих живых клеток", — сказал Даниэль. "Это означает, что мы можем производить эти вакцины в более простых условиях, и это приводит к гораздо более быстрому времени производства".

Новый метод команды создаёт крошечные пузырьки на основе жиров — липосомы, которые копируют структуру настоящих вирусов. Эти пузырьки демонстрируют на своей поверхности важные белки вируса Нипах, что помогает иммунной системе распознавать и реагировать на потенциальную инфекцию.

В этом исследовании учёные добавили два ключевых белка Нипах, NiV F и NiV G, в липосомы. NiV F помогает вирусу сливаться с клетками хозяина, а NiV G — прикрепляться. Чтобы улучшить производство и встраивание этих белков в липосомы, команда удалила сегмент из NiV F, который в живой клетке направляет белок в нужную органеллу, но при работе вне клеток становится ненужным, что упрощает работу.

Они также скорректировали типы жиров в липосоме, добавив такие ингредиенты, как фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин, что сделало мембрану более гибкой и помогло белкам лучше в неё встроиться. Эти изменения привели к более сильному иммунному ответу.

Исследователи также добавили липид A — компонент, усиливающий иммунный ответ, — в смесь для липосом. Мыши, получившие липосомы с обоими вирусными белками и липидом A, вырабатывали больше антител, чем те, которые получали более простые версии. Из двух протестированных белков NiV G вызывал более сильный иммунный ответ, что делает его доминирующим.

"Красота этой системы и подхода к формулировке в том, что мы можем создавать вакцинные частицы, адаптированные с определёнными компонентами, что позволяет нам тестировать влияние каждого компонента на иммунный ответ", — сказал Даниэль.

"Эта адаптируемость означает, что мы можем производить вакцинные частицы, оптимизированные для наилучшей эффективности, одновременно изучая, какие компоненты вносят вклад в этот успех".