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Vacunas en parches e implantes contra COVID-19 obtenidas en plantas y bacterias biotecnológicas


Nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado vacunas candidatas para COVID-19 que pueden soportar el calor. ¿Sus ingredientes clave? Partículas virales producidas en plantas o bacterias genéticamente modificadas. Además, lograron fundirlos con polímeros para ser liberados en la piel a través de parches e implantes.


UC San Diego.- Las nuevas vacunas COVID-19 sin necesidad de refrigeración aún se encuentran en la etapa inicial de desarrollo. En ratones, as vacunas candidatas desencadenaron una alta producción de anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19. Si demuestran ser seguras y efectivas en las personas, estasvacunas podrían ser un gran cambio 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 es posible”, dijo Nicole Steinmetz, profesora de nanoingeniería y directora del Center for Nano-ImmunoEngineering de la UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Las vacunas se detallan en un estudio publicado el 7 de septiembre en la revista Journal of the American Chemical Society.

Los investigadores desarrollaron dos candidatas a vacuna para COVID-19. Una está hecho de un virus vegetal, llamado virus del mosaico del caupí. El otro está hecho de un virus que infecta a bacterias, conocidos como «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 spike (o ‘espícula’ en español) del SARS-CoV-2 a la superficie. Los productos terminados parecen un virus infeccioso para que el sistema inmunológico pueda reconocerlos, pero no son infecciosos en animales y humanos. La pequeña parte de la proteína espícula 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 producidos en 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 Celsius. Ser capaz de mezclar directamente el virus producido en plantas 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 las 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, las vacunas candodatas a COVID-19 del equipo se administraron a ratones mediante 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.

La profesora Nicole Steinmetz planea usar un virus vegetal que infecta las leguminosas y modificarlo genéticamente para que se vea como el nuevo coronavirus (SARS-COV-2) a fin de desarrollar una vacuna.

Posible vacuna contra el coronavirus

Estos mismos anticuerpos también neutralizan contra el virus del SARS, según encontraron los investigadores.

Todo se reduce a la parte de la proteína spike del 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, estudiante del doctorado en nanoingeniería 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 para 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 «enchufar y listo»

Otra cosa que 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.

Fabricar estas vacunas, dice, es «enchufar y listo»: cultivar nanopartículas en bacteriófagos o virus 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 se adhiere 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 virus del papiloma humano (VPH) y el colesterol alto. Y ahora han demostrado que también funciona para hacer vacunas candidatas para COVID-19.

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.

Este trabajo fue financiado en parte por la National Science Foundation tanto a través de una subvención RAPID (CMMI-2027668) como a través del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales de UC San Diego (MRSEC, subvención DMR-2011924).



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