麻省理工学院科学家使用一种新型纳米颗粒使疫苗更强大

许多疫苗，包括乙型肝炎和百日咳疫苗，都由病毒或细菌蛋白片段组成。这些疫苗通常包括其他称为佐剂的分子，有助于增强免疫系统对蛋白质的反应。

这些佐剂中的大多数由铝盐或其他引起非特异性免疫反应的分子组成。麻省理工学院的一组研究人员现在已经表明，一种称为金属有机框架（MOF）的纳米颗粒也可以通过激活先天免疫系统（人体对任何病原体的第一道防线）来引发强烈的免疫反应，通过称为toll样受体的细胞蛋白。

在一项对小鼠的研究中，研究人员表明，这种MOF可以成功地封装和递送部分SARS-CoV-2刺突蛋白，同时一旦MOF在细胞内被分解，也可以作为佐剂。

研究人员说，虽然需要更多的工作来调整这些颗粒以用作疫苗，但研究表明，这种类型的结构可用于产生强烈的免疫反应。

“了解药物递送载体如何增强辅助免疫反应对设计新疫苗非常有帮助，”麻省理工学院科赫综合癌症研究所的首席研究员、这项新研究的资深作者之一Ana Jaklenec说。

麻省理工学院教授、科赫研究所成员罗伯特·兰格（Robert Langer）和贝斯以色列女执事医疗中心病毒学和疫苗研究中心主任、哈佛医学院教授丹·巴鲁奇（Dan Barouch）也是该论文的资深作者，该论文今天发表在 《科学进展》上。该论文的主要作者是前麻省理工学院博士后和伊本·哈勒敦研究员沙哈德·阿尔萨亚里。

免疫激活

在这项研究中，研究人员专注于一种名为ZIF-8的MOF，它由一个四面体单元晶格组成，该晶格由一个锌离子组成，该锌离子连接到四个有机化合物咪唑分子上。先前的研究表明，ZIF-8可以显着增强免疫反应，但尚不清楚这种颗粒如何激活免疫系统。

为了弄清楚这一点，麻省理工学院的团队创造了一种实验性疫苗，该疫苗由嵌入ZIF-8颗粒中的SARS-CoV-2受体结合蛋白（RBD）组成。这些颗粒的直径在100到200纳米之间，这个尺寸使它们能够直接或通过巨噬细胞等免疫细胞进入人体的淋巴结。

一旦颗粒进入细胞，MOFs就会被分解，释放出病毒蛋白。研究人员发现，咪唑成分随后会激活toll样受体（TLR），这有助于刺激先天免疫反应。

“这个过程类似于在分子水平上建立一个秘密的操作团队，将Covid-19病毒的基本元素运送到人体的免疫系统，在那里它们可以激活特定的免疫反应以提高疫苗的功效，”Alsaiari说。

淋巴结细胞的RNA测序显示，接种携带病毒蛋白的ZIF-8颗粒的小鼠强烈激活了称为TLR-7的TLR途径，这导致细胞因子和其他参与炎症的分子产生更多。

接种这些颗粒的小鼠对病毒蛋白的反应比单独接受该蛋白的小鼠强得多。

“我们不仅通过纳米颗粒以更可控的方式递送蛋白质，而且这种颗粒的组成结构也充当佐剂，”Jaklenec说。“我们能够实现对 Covid 蛋白的非常特异性的反应，并且与单独使用蛋白质接种疫苗相比，具有节省剂量的效果。”

疫苗获取

虽然这项研究和其他研究已经证明了ZIF-8的免疫原性能力，但还需要做更多的工作来评估这些颗粒的安全性和扩大规模生产的潜力。Jaklenec说，如果ZIF-8没有被开发为疫苗载体，那么该研究的结果应该有助于指导研究人员开发可用于递送亚单位疫苗的类似纳米颗粒。

“大多数亚单位疫苗通常有两个独立的成分：抗原和佐剂，”Jaklenec说。设计利用具有特定化学部分的纳米颗粒的新疫苗，不仅有助于抗原递送，还可以激活特定的免疫途径，有可能提高疫苗效力。

研究人员说，开发 Covid-19 亚单位疫苗的一个优势是，这种疫苗通常比 mRNA 疫苗更容易、更便宜地制造，这可以使它们更容易在世界各地分发。

“亚单位疫苗已经存在了很长时间，而且它们的生产成本往往更低，因此这为获得疫苗提供了更多机会，尤其是在大流行时期，”Jaklenec说。

该研究由沙特阿拉伯妇女伊本·哈勒敦奖学金资助，部分由美国国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）资助。