Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado candidatas a la vacuna COVID-19 que pueden soportar el calor. ¿Sus ingredientes clave? Virus de plantas o bacterias.
por la Universidad de California – San Diego
Las nuevas vacunas COVID-19 sin refrigeradores aún se encuentran en la etapa inicial de desarrollo. En ratones, los candidatos a vacuna desencadenaron una alta producción de anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19. Si resultan ser seguras y efectivas en las personas, las vacunas podrían ser un gran cambio de juego para los esfuerzos de distribución global, incluidos aquellos en áreas rurales o comunidades de escasos recursos.
«Lo emocionante de nuestra tecnología de vacunas es que es térmicamente estable, por lo que podría llegar fácilmente a lugares donde instalar congeladores de temperatura ultrabaja o hacer que los camiones conduzcan con estos congeladores no será posible», dijo Nicole Steinmetz, una profesor de nanoingeniería y director del Center for Nano-ImmunoEngineering de la UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Las vacunas se detallan en un artículo publicado el 7 de septiembre en la revista Journal of the American Chemical Society .
Los investigadores crearon dos candidatas a la vacuna COVID-19. Uno está hecho de un virus vegetal , llamado virus del mosaico del caupí. El otro está hecho de un virus bacteriano, o bacteriófago, llamado Q beta.
Ambas vacunas se elaboraron con recetas similares. Los investigadores utilizaron plantas de caupí y bacterias E. coli para hacer crecer millones de copias del virus de la planta y del bacteriófago, respectivamente, en forma de nanopartículas en forma de bola. Los investigadores recolectaron estas nanopartículas y luego unieron una pequeña porción de la proteína de pico SARS-CoV-2 a la superficie. Los productos terminados se ven como un virus infeccioso para que el sistema inmunológico pueda reconocerlos, pero no son infecciosos en animales y humanos. La pequeña parte de la proteína de la punta adherida a la superficie es lo que estimula al cuerpo a generar una respuesta inmune contra el coronavirus.
Los investigadores notan varias ventajas de usar virus de plantas y bacteriófagos para fabricar sus vacunas. Por un lado, pueden ser fáciles y económicos de producir a gran escala. «Cultivar plantas es relativamente fácil e implica una infraestructura que no es demasiado sofisticada», dijo Steinmetz. «Y la fermentación con bacterias ya es un proceso establecido en la industria biofarmacéutica».
Otra gran ventaja es que el virus vegetal y las nanopartículas de bacteriófagos son extremadamente estables a altas temperaturas. Como resultado, las vacunas se pueden almacenar y enviar sin necesidad de mantenerlas frías. También pueden someterse a procesos de fabricación que utilizan calor. El equipo está utilizando estos procesos para empaquetar sus vacunas en implantes de polímero y parches de microagujas. Estos procesos implican mezclar los candidatos a vacunas con polímeros y fundirlos en un horno a temperaturas cercanas a los 100 grados centígrados. Poder mezclar directamente el virus de la planta y las nanopartículas de bacteriófagos con los polímeros desde el principio hace que sea fácil y sencillo crear implantes y parches de vacunas.
El objetivo es brindar a las personas más opciones para recibir la vacuna COVID-19 y hacerla más accesible. Los implantes, que se inyectan debajo de la piel y liberan lentamente la vacuna en el transcurso de un mes, solo deberían administrarse una vez. Y los parches de microagujas, que se pueden usar en el brazo sin dolor ni molestias, permitirían a las personas autoadministrarse la vacuna.
«Imagínese si los parches de vacunas pudieran enviarse a los buzones de correo de nuestras personas más vulnerables, en lugar de que abandonen sus hogares y se expongan al riesgo», dijo Jon Pokorski, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, cuyo equipo desarrolló la tecnología para hacer los implantes y parches de microagujas.
«Si las clínicas pudieran ofrecer un implante de una dosis a aquellos que tendrían dificultades para lograr su segunda inyección, eso ofrecería protección para una mayor parte de la población y podríamos tener una mejor oportunidad de detener la transmisión», agregó Pokorski. , quien también es miembro fundador de la facultad del Instituto de Descubrimiento y Diseño de Materiales de la universidad.
En las pruebas, los candidatos a la vacuna COVID-19 del equipo se administraron a ratones a través de implantes, parches de microagujas o como una serie de dos inyecciones. Los tres métodos produjeron altos niveles de anticuerpos neutralizantes en la sangre contra el SARS-CoV-2.
Potencial vacuna contra el pan-coronavirus
Estos mismos anticuerpos también neutralizan contra el virus del SARS, encontraron los investigadores.
Todo se reduce a la parte de la proteína del pico de coronavirus que está adherida a la superficie de las nanopartículas. Una de estas piezas que eligió el equipo de Steinmetz, llamada epítopo, es casi idéntica entre el SARS-CoV-2 y el virus del SARS original.
«El hecho de que la neutralización sea tan profunda con un epítopo que está tan bien conservado entre otro coronavirus mortal es notable», dijo el coautor Matthew Shin, un Ph.D. en nanoingeniería. estudiante en el laboratorio de Steinmetz. «Esto nos da la esperanza de una posible vacuna contra el pan-coronavirus que podría ofrecer protección contra futuras pandemias».
Otra ventaja de este epítopo en particular es que no se ve afectado por ninguna de las mutaciones del SARS-CoV-2 que se han informado hasta ahora. Eso es porque este epítopo proviene de una región de la proteína de pico que no se une directamente a las células. Esto es diferente de los epítopos de las vacunas COVID-19 que se administran actualmente, que provienen de la región de unión de la proteína de pico. Esta es una región donde se han producido muchas de las mutaciones. Y algunas de estas mutaciones han hecho que el virus sea más contagioso.
Los epítopos de una región no vinculante tienen menos probabilidades de sufrir estas mutaciones, explicó Oscar Ortega-Rivera, investigador postdoctoral en el laboratorio de Steinmetz y primer autor del estudio. «Según nuestros análisis de secuencia, el epítopo que elegimos está altamente conservado entre las variantes del SARS-CoV-2».
Esto significa que las nuevas vacunas COVID-19 podrían ser potencialmente efectivas contra las variantes de interés, dijo Ortega-Rivera, y actualmente se están realizando pruebas para ver qué efecto tienen contra la variante Delta, por ejemplo.
Vacuna plug and play
Otra cosa que realmente entusiasma a Steinmetz con esta tecnología de vacuna es la versatilidad que ofrece para hacer nuevas vacunas. «Incluso si esta tecnología no tiene un impacto para COVID-19, se puede adaptar rápidamente para la próxima amenaza, el próximo virus X», dijo Steinmetz.
Hacer estas vacunas, dice, es «plug and play»: cultivar nanopartículas de virus o bacteriófagos de plantas a partir de plantas o bacterias, respectivamente, y luego adjuntar una parte del virus, patógeno o biomarcador objetivo a la superficie.
«Usamos las mismas nanopartículas, los mismos polímeros, el mismo equipo y la misma química para unir todo. La única variable realmente es el antígeno que pegamos a la superficie», dijo Steinmetz.
Las vacunas resultantes no necesitan mantenerse frías. Se pueden empaquetar en implantes o parches de microagujas . O pueden administrarse directamente de la forma tradicional mediante inyecciones.
Los laboratorios de Steinmetz y Pokorski han utilizado esta receta en estudios anteriores para crear candidatos a vacunas para enfermedades como el VPH y el colesterol . Y ahora han demostrado que también funciona para hacer candidatos a la vacuna COVID-19 .
Próximos pasos
Las vacunas aún tienen un largo camino por recorrer antes de que se conviertan en ensayos clínicos. En el futuro, el equipo probará si las vacunas protegen contra la infección por COVID-19, así como sus variantes y otros coronavirus mortales, in vivo.
