Gesundheit

Ein nanomaterial Weg nach vorn für COVID-19-Impfstoff-Entwicklung

Von mRNA-Impfstoffen Eingabe von klinischen Studien, auf Peptid-basierte Impfstoffe und die Verwendung von molecular farming, zu skalieren-Impfstoff-Produktion, die COVID-19-Pandemie, drängen neue und aufkommende Nanotechnologien in der Front und den Schlagzeilen.

Nanoengineers an der UC San Diego detail die aktuellen Ansätze der COVID-19-Impfstoff-Entwicklung, und markieren Sie, wie die Nanotechnologie ermöglicht hat, diese Fortschritte, in einem review-Artikel in Nature Nanotechnology veröffentlicht Juli 15.

„Nanotechnologie spielt eine wichtige Rolle in der Impfstoff-design“, die Forscher, geführt von UC-San Diego Nanoengineering Professor Nicole Steinmetz, geschrieben haben. Steinmetz ist auch der Gründer und Leiter von UC San Diego Center for Nano ImmunoEngineering. „Nanomaterialien sind ideal für die Lieferung von Antigenen, dienen als Ergänzende Plattformen, und die Nachahmung von viralen Strukturen. Die ersten Kandidaten startete in klinischen Studien basieren auf der neuartigen Nanotechnologien und sind bereit, eine Wirkung zu erzielen.“

Steinmetz ist ein führender National Science Foundation finanzierte Anstrengung, sich zu entwickeln—mit einem Pflanzen-virus— stabil, einfach herzustellen COVID-19-Impfstoff-patch kann versendet werden auf der ganzen Welt und schmerzlos selbst verabreicht durch den Patienten. Sowohl die Impfung selbst und die microneedle patch-delivery-Plattform setzen auf Nanotechnologie. Dieser Impfstoff fällt in der Peptid-basierten Ansatz beschrieben.

„Von einem Impfstoff-Technologie-Entwicklung-Sicht, dies ist eine spannende Zeit und neue Technologien und Ansätze sind bereit, einen klinischen Auswirkungen für die erste Zeit. Zum Beispiel, um Datum, keine mRNA-Impfstoff wurde klinisch geprüft, noch Moderna die mRNA-Impfstoff-Technologie für COVID-19 macht Fortschritte und wurde der erste Impfstoff für klinische Tests in den USA.“

Ab 1. Juni gibt es 157 COVID-19 Impfstoffkandidaten in der Entwicklung, mit 12 in klinischen Studien.

„Es gibt viele Nanotechnologie-Plattform-Technologien setzen in Richtung Anwendungen gegen SARS-CoV-2; während sehr vielversprechend, viele von diesen kann jedoch mehrere Jahre Weg von der Bereitstellung und kann daher keine Wirkung auf die SARS-CoV-2 Pandemie,“ Steinmetz schrieb. „Trotzdem, so verheerend wie COVID-19 ist, kann es dienen als Impulse für die wissenschaftliche Gemeinde, Förderstellen und Stakeholdern zu setzen, fokussierter Anstrengungen in Richtung der Entwicklung von Plattform-Technologien vorzubereiten Nationen für die Bereitschaft für zukünftige Pandemien,“ Steinmetz schrieb.

Zu mildern einige der Nachteile der modernen Impfstoffen—und zwar live-attenuierten oder inaktivierten Stämme des virus selbst— Fortschritte in der Nanotechnologie haben es ermöglicht mehrere Arten der nächsten generation von Impfstoffen, einschließlich:

Peptid-basierte Impfstoffe: Verwenden Sie eine Kombination von informatik und immunologische Untersuchung von Antikörpern und patientenseren, verschiedene B – und T-Zell-Epitope der SARS-CoV-2 S-protein identifiziert wurden. Wie die Zeit vergeht, und das serum von Rekonvaleszenten COVID-19 Patienten sind geschirmt für neutralisierende Antikörper, experimentell abgeleiteten Peptid-Epitope bestätigen nützlich Epitop-Regionen und führen zu mehr optimale Antigene in der zweiten generation, die SARS-CoV-2 Peptid-Impfstoffe. Die National Institutes of Health vor kurzem finanzierte La Jolla Institut für Immunologie in diesem Bestreben.

Peptid-basierte Ansätze stellen die einfachste form von Impfstoffen, die sind einfach gestaltet, leicht validiert und schnell hergestellt. Peptid-basierte Impfstoffe formuliert werden können, die als Peptide plus Adjuvans-Gemische oder Peptide geliefert werden kann durch eine entsprechende nanocarrier oder kodiert durch die Nukleinsäure-Vakzine-Formulierungen. Mehrere Peptid-basierte Impfstoffe sowie Peptid-Nanopartikel-Konjugate sind in der klinischen Erprobung und Entwicklung von targeting-chronische Krankheiten und Krebs, und OncoGen und University of Cambridge/DIOSynVax mit immunoinformatics-abgeleitete Peptid-Sequenzen von S-protein in Ihren COVID-19 Impfstoff-Formulierungen.

Eine faszinierende Klasse von Nanotechnologie für die Peptid-Impfstoffe gegen virus-wie Partikel (VLPs) aus dem Bakteriophagen und Pflanzenviren. Während die nicht-infektiöse gegenüber Säugetieren, diese imitieren VLPs die molekularen Muster im Zusammenhang mit Krankheitserregern, so dass Sie gut sichtbar für das Immunsystem. Dies ermöglicht es der VLPs dienen nicht nur als delivery-Plattform, sondern auch als adjuvante. VLPs verbessern die Aufnahme von viralen Antigenen durch antigen-präsentierende Zellen, und Sie bieten den zusätzlichen immun-stimulus führt zu Aktivierung und Verstärkung der resultierenden Immunantwort. Steinmetz und Professor Jon Pokorski erhielt eine NSF-Schnelle Forschung Antwort Zuschuss für die Entwicklung eines Peptid-basierten COVID-19 Impfstoff, der aus einem Pflanzen-virus. Ihr Ansatz nutzt das Cowpea-Mosaik-virus, infiziert, Hülsenfrüchte, engineering es zu schauen, wie SARS-CoV-2, und Weben antigen-Peptide auf Ihrer Oberfläche, die eine Immunantwort stimulieren.

Ihr Konzept, sowie andere pflanzliche expressionssysteme können leicht skaliert, bis die Verwendung im molecular farming. Im molecular farming, jede pflanze ist ein Bioreaktor. Je mehr Pflanzen angebaut werden, der mehr Impfstoff hergestellt werden. Die Geschwindigkeit und Skalierbarkeit der Plattform wurde vor kurzem gezeigt, durch Medicago Herstellung von 10 Millionen Dosen influenza-Impfstoff innerhalb von einem Monat. Im Jahr 2014 Ebola-Epidemie, wurden die Patienten behandelt, die mit ZMapp, einen Antikörper-cocktail hergestellt durch molecular farming. Molecular farming hat die geringen Herstellungskosten, und ist sicherer, da menschliche Krankheitserreger nicht replizieren, in pflanzlichen Zellen.

Nuklein-Säure-basierte Impfstoffe: Für schnell entstehende virale Infektionen und Pandemien wie COVID-19, die schnelle Entwicklung und den großflächigen Einsatz von Impfstoffen ist eine kritische Notwendigkeit, die nicht erfüllt werden können, die von subunit-Impfstoffen. Liefert den genetischen code für das in-situ-Produktion von viralen Proteinen ist eine vielversprechende alternative zu konventionellen Impfstoff-Ansätzen. Beide DNA-Impfstoffe und mRNA-Impfstoffe fallen unter diese Kategorie und werden verfolgt im Rahmen der COVID-19-Pandemie.

* DNA-Impfstoffe bestehen aus kleinen, kreisförmigen Stücke von bakteriellen Plasmiden, die so ausgelegt sind, dass Ziel der nuklearen Maschinen und produzieren S-protein von SARS-CoV-2 downstream.

* mRNA-Impfstoffe auf der anderen Seite, basieren auf designer-mRNA geliefert in das Zytoplasma, wo die Wirtszelle Maschinen anschließend wird das gen in ein protein—in diesem Fall die volle-Länge S-protein von SARS-CoV-2. die mRNA-Impfstoffe können hergestellt werden durch in vitro-Transkription, die verhindert, die Notwendigkeit für Zellen und Ihren assoziierten regulatorischen Hürden

Während DNA-Impfstoffe bieten eine höhere Stabilität über die mRNA-Impfstoffen, die mRNA ist nicht-Integration und daher stellt keine Gefahr der insertionellen Mutagenese. Darüber hinaus werden die Halbwertszeit, Stabilität und Immunogenität von mRNA kann optimiert werden durch etablierte Modifikationen.

Mehrere COVID-19-Impfstoffe unter Verwendung von DNA-oder RNA weiterentwickelt: Inovio Pharmaceuticals hat eine Phase-I-Studie im Gange, und Entos Pharmeuticals auf dem Weg zu einer klinischen Phase I-Studie mit DNA. Moderna die mRNA-basierte Technologie war der Schnellste, um klinische Phase-I-Studie in den USA begann am 16. März und BioNTech-Pfizer hat vor kurzem angekündigt Zulassung in Deutschland für die Phase 1/2 der klinischen Studien zu testen vier Blei-mRNA-Kandidaten.

Subunit-Impfstoffe: Subunit-Impfstoffe verwenden Sie nur minimale strukturelle Elemente des pathogenen virus, die prime schützende Immunität— entweder Proteine für das virus selbst oder montiert VLPs. Subunit-Impfstoffe können auch nicht-infektiösen VLPs abgeleitet aus dem Erreger selbst als antigen. Diese VLPs sind frei von genetischem material und behalten einige oder alle der strukturellen Proteine des Erregers, so imitiert die immunogene topologischen Eigenschaften der infektiösen Viren, und kann hergestellt werden über rekombinante expression und skalierbare durch fermentation oder das molecular farming. Die Spitzenreiter unter den Entwicklern sind Novavax initiierte Phase I/II-Studie am 25. Mai 2020. Auch Sanofi Pasteur/GSK, Vaxine, Johnson & Johnson und der University of Pittsburgh haben angekündigt, dass Sie erwarten, zu beginnen klinischen Phase I-Studien innerhalb der nächsten paar Monate. Andere, einschließlich Klee Biopharmazeutika und der University of Queensland, Australien sind unabhängig voneinander zu der Entwicklung von subunit-Impfstoffe entwickelt, präsentieren sich die prefusion trimer Bestätigung von S-protein mit der molekularen clamp-Technik und die Trimer-tag-Technologie Kennzeichnen darf, beziehungsweise.

Lieferung device development

Schließlich, beachten Sie die Forscher, dass sich die Nanotechnologie Einfluss auf die COVID-19-Impfstoff-Entwicklung endet nicht mit der Impfung selbst, sondern erstreckt sich durch die Entwicklung von Geräten und Plattformen zu verwalten, den Impfstoff. Dies hat in der Vergangenheit umständlich, die von attenuierten und inaktivierten Impfstoffen erfordern Konstante Kühlung, genügend Fachkräfte des Gesundheitswesens, wo die Impfstoffe, die benötigt werden.“Vor kurzem, moderne alternativen zu solchen distribution-und access-Herausforderungen ans Licht gekommen sind, wie single-dose slow-release-Implantate-und microneedle-basierte Flecken, die könnte verringern die Abhängigkeit von der Kühlkette und gewährleisten die Impfung auch in Situationen, in denen qualifizierte Fachkräfte des Gesundheitswesens sind selten, oder auch in der hohen Nachfrage“, schreiben die Forscher. „Microneedle-basierte Flecken könnte sogar selbst verabreicht werden, das wäre dramatisch beschleunigen die Einführung und Verbreitung dieser Impfstoffe sowie Verringerung der Belastung für das Gesundheitssystem.“

Pokorski und Steinmetz sind co-Entwicklung einer microneedle-delivery-Plattform mit Ihrer Anlage virus COVID-19-Impfstoff für beide dieser Gründe.