A pandemia de COVID-19 trouxe as vacinas de RNA mensageiro (mRNA) para o centro das atenções globais. Após a conclusão dos ensaios clínicos, a primeira vacina de mRNA contra a COVID-19 foi administrada em 8 de dezembro de 2020. Os investigadores estimaram posteriormente, através de modelos, que estas vacinas preveniram pelo menos 14,4 milhões de mortes em todo o mundo no seu primeiro ano.
Devido aos seus efeitos potentes, os cientistas começaram a desenvolver vacinas de mRNA para outras doenças infecciosas. Os ensaios clínicos em andamento têm como alvo o vírus influenza, o vírus sincicial respiratório (RSV), o HIV, o zika, o vírus Epstein-Barr e a bactéria da tuberculose. Ao mesmo tempo, os estudos da vacina contra a COVID-19 revelaram limitações importantes, apontando para a necessidade de novas estratégias vacinais.
Desafios com o desempenho e produção de vacinas de mRNA
A proteção imunológica induzida pela vacina de mRNA contra a COVID-19 pode variar muito de pessoa para pessoa e a proteção não dura indefinidamente. Este problema é dificultado pela constante evolução do SARS-CoV-2, que cria novas variantes que escapam parcialmente ao sistema imunitário. Como resultado, as vacinas precisam ser atualizadas com frequência.
Existem também desafios práticos. A geração de vacinas de mRNA é complexa e cara, e é difícil controlar quantas moléculas de mRNA são empacotadas em nanopartículas lipídicas. Estas vacinas também requerem armazenamento refrigerado e podem causar efeitos indesejados fora do alvo. A superação destas limitações pode melhorar a forma como o mundo se prepara e responde a futuras ameaças de doenças infecciosas.
A plataforma de vacina DNA Origami oferece uma alternativa
Para abordar estas questões, uma equipa multidisciplinar do Wyss Institute da Universidade de Harvard, do Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) e de instituições parceiras procurou uma abordagem diferente. Eles usaram uma plataforma de nanotecnologia de origami de DNA chamada DoriVac, que atua tanto como vacina quanto como adjuvante.
Os investigadores conceberam a vacina Dorivac para atingir uma região peptídica (HR2) encontrada na proteína spike de vários vírus, incluindo SARS-CoV-2, VIH e Ébola. Em camundongos, a vacina SARS-CoV-2 HR2 induziu fortes respostas imunológicas, incluindo atividade dirigida por anticorpos (humoral) e por células T (celular).
A equipe também testou a vacina em um modelo humano pré-clínico usando a tecnologia microfluídica de chip de órgão humano do Wyss Institute, que imita os gânglios linfáticos humanos in vitro. Neste sistema, a vacina SARS-CoV-2 HR2 induziu forte imunidade específica ao antígeno em células humanas.
Quando diretamente comparada com uma vacina de mRNA SARS-CoV-2 administrada através de nanopartículas lipídicas, uma vacina DoriVac contendo a mesma variante da proteína spike induziu respostas imunológicas igualmente fortes em modelos humanos. No entanto, a vacina de origami de DNA apresentou vantagens em termos de estabilidade e foi fácil de armazenar e fabricar. Esses resultados são relatados Engenharia Biomédica da Natureza.
“Com a plataforma DoriVac, desenvolvemos um chassi altamente flexível com uma série de vantagens importantes, incluindo um controle sem precedentes sobre a formulação da vacina e a capacidade de programar o reconhecimento imunológico em células imunes direcionadas em nível molecular para obter melhores respostas”. Novos conceitos de vacinas. “Nosso estudo mostra a versatilidade e o potencial do Dorivac ao examinar mais de perto as mudanças no sistema imunológico necessárias para combater vírus infecciosos”. Shih é professor da Harvard Medical School e da DFCI.
Como são feitas as vacinas de DNA Origami
Em 2024, a equipe de Shih no Wyss Institute e Dana-Farber apresentaram o DoriVac como uma plataforma de vacina baseada em nanotecnologia de DNA com amplo potencial de aplicação. Yang (Claire) Zeng, MD, Ph.D., que liderou o esforço com colaboradores, mostrou que DoriVac pode fornecer com precisão moléculas auxiliares imunoestimulantes às células em nanoescala.
Estudos preliminares em ratos portadores de tumores mostraram que estas vacinas produziram respostas imunitárias mais fortes do que as versões sem a estrutura de origami de ADN. As vacinas DoriVac são feitas de minúsculas nanoestruturas quadradas de DNA automontadas. Um lado exibe moléculas auxiliares dispostas em distâncias nanométricas cuidadosamente controladas, enquanto o lado oposto apresenta antígenos selecionados, como peptídeos ou proteínas de tumores ou patógenos.
“Quando estávamos desenvolvendo a plataforma para aplicações contra o câncer, a pandemia de Covid-19 ainda estava em pleno vigor. Portanto, surgiu rapidamente a questão de saber se a atividade adjuvante superior do DoriVac também poderia ser alcançada em ambientes de doenças infecciosas”, disse Zeng, como primeiro e coautor correspondente do novo estudo, e agora cofundador e CEO da Translation e CEO da tecnologia. aplicativo
Para explorar essa ideia, Zeng e a co-autora Olivia Yang, PhD, ex-aluna de pós-graduação do grupo de Shiher, colaboraram com a equipe de Donald Ingber no Wiss Institute. O grupo de Ingber se concentra na inovação antiviral usando sistemas microfluídicos de chips de órgãos humanos, bem como abordagens baseadas em IA e multiômicas. Juntamente com o coautor Longlong C, PhD, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Ingber, os pesquisadores desenvolveram vacinas DoriVac direcionadas ao SARS-CoV-2, HIV e Ebola. Estas vacinas contêm o peptídeo HR2, que atua como um antígeno conservado na proteína spike viral.
“Nossa análise das respostas imunológicas provocadas por esta primeira vacina Dorivac em camundongos levou a uma série de observações encorajadoras, incluindo uma ativação significativamente maior e mais ampla da imunidade humoral e celular em uma gama de células imunológicas relevantes do que poderia ser provocada por antígenos livres de Origami”, disse “Descobrimos que células B produtoras de anticorpos, células dendríticas apresentadoras de antígenos (DCs) ativadas e memória específica de antígeno e tipos de células T citotóxicas, que são essenciais para proteção de longo prazo, estão todas aumentadas, especialmente no caso do SARS-CoV-2 HR2”, explicou Zheng.
De estudos com ratos a modelos humanos
Um desafio no desenvolvimento de vacinas é que a resposta imunitária em ratos muitas vezes não reflecte totalmente o que ocorre nos seres humanos. Muitos tratamentos promissores falharam durante esta lacuna nos ensaios clínicos. Para prever melhor os resultados em humanos, a equipe testou a vacina Dorivac usando linfonodos humanos em um chip (chip LN humano), que imitam aspectos do sistema imunológico humano.
Este sistema, desenvolvido pelo coautor Min Wen Koo e pelo coautor correspondente Girija Goyal, PhD, diretor de terapêutica bioinspirada do Instituto Wyss, mostrou que a vacina SARS-CoV-2-HR2 DoriVac ativou DCs humanas e aumentou sua produção em comparação com a vacina não estimulada ou componente. Também aumentou o número de células T CD4+ e CD8+ com múltiplas funções protetoras, apoiando ainda mais o potencial da plataforma para uso humano.
“O poder preditivo dos chips LN humanos nos deu um campo de testes ideal para a vacina DoriVac, e os perfis e atividades de células imunológicas específicas de antígenos induzidos provavelmente refletem aqueles que ocorreriam em receptores de vacinas humanas. Essa convergência de tecnologias nos permitiu criar oportunidades taxonômicas dramaticamente novas para o desenvolvimento futuro de vacinas”, disse o co-autor Ingber, MD, Ph.D. que é Judah Folkman Professor de Biologia Vascular na Harvard Medical School e Boston Children’s Hospital, e Harvard John A. Hansjörg Weiss Professor de Engenharia Biologicamente Inspirada na Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Uma comparação direta com vacinas de mRNA
Os pesquisadores avaliaram uma vacina DoriVac que representa toda a proteína spike do SARS-CoV-2. Liderada por Zeng e pelo coautor Qiancheng Xiong, a equipe comparou diretamente as vacinas de nanopartículas lipídicas (LNP) de mRNA Moderna e Pfizer/BioNTech que codificam a mesma proteína spike.
Usando um regime de reforço padrão em camundongos, ambos os tipos de vacina provocaram respostas semelhantes de células T antivirais e células B produtoras de anticorpos.
“Isso ressalta o potencial da DoriVac como uma plataforma de vacina autoconjugada e habilitada para nanotecnologia de DNA. Mas as vacinas DoriVac têm muitas outras vantagens: elas não têm os mesmos requisitos de cadeia de frio que as vacinas mRNA-LNP e, portanto, podem ser administradas de forma mais eficaz em algumas regiões, e especialmente em algumas regiões. A enorme complexidade de fabricação das vacinas formuladas com LNP, para citar duas principais”, disse Shih. Estudos recentes sobre DoriNano também demonstraram que DoriVac apresenta um perfil de segurança promissor.
Outros autores do estudo são Sylvie Bernier, Hawa Dembele, Georgia Isinelli, Tal Gilboa, Joe Swank, Su Hyun Seok, Anjali Rajwar, Amanda Jiang, Yunhao Zhai, Latonia Williams, Caleb Hellman, Chris Wintersinger, Amanda Gravelin, Melina Birches, Melina Varches, Melzin. Joo Hee Ryu e Ik Chan Kwon. A pesquisa foi financiada pelo Programa de Financiamento e Projeto de Validação do Diretor do Wyss Institute; Claudia Adams Bar Program no DFCI; os Institutos Nacionais de Saúde (concessão U54 CA244726-01); o Fundo Global CRDF EUA-Japão (concessão R-202105-67765); a Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (concede MSIT, RS-2024-00463774, RS-2023-00275456); Programa de Pesquisa Intramural do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST); e a Fundação Bill e Melinda Gates (INV-002274).
