Un descobriment transforma el disseny i la fabricació de vacunes contra set tipus de càncer

Els investigadors han desenvolupat una nova manera d'augmentar significativament la potència de gairebé qualsevol vacuna usant la química i la nanotecnologia per a canviar la ubicació estructural dels adjuvants i els antígens d'una vacuna a nanoescala, la qual cosa augmenta enormement el seu rendiment, segons publiquen en la revista Nature Biomedical Engineering.

Els científics de l'Institut Internacional de Nanotecnologia (IIN) de la Universitat Northwestern (els Estats Units) van utilitzar la química i la nanotecnologia per a canviar la ubicació estructural dels adjuvants i els antígens en i dins d'una vacuna a nanoescala, la qual cosa va augmentar enormement el rendiment de la vacuna. L'antigen es dirigeix al sistema immunitari, i l'adjuvant és un estimulador que augmenta l'eficàcia de l'antigen.

«El treball demostra que l'estructura de la vacuna, i no sols els seus components, és un factor crític per a determinar la seva eficàcia», afirma l'investigador principal Txad A. Mirkin, director del IIN. «On i com col·loquem els antígens i l'adjuvant dins d'una mateixa arquitectura canvia notablement la forma en què el sistema immunitari la reconeix i processa».

Aquest nou èmfasi en l'estructura té el potencial de millorar l'eficàcia de les vacunes convencionals contra el càncer, que històricament no han funcionat bé, apunta Mirkin.

Fins avui, l'equip de Mirkin ha estudiat l'efecte de l'estructura de les vacunes en el context de set tipus diferents de càncer, entre ells el càncer de mama triple negatiu, el càncer de coll d'úter induït pel papilomavirus, el melanoma, el càncer de còlon i el càncer de pròstata, amb la finalitat de determinar l'arquitectura més eficaç per a tractar cada malaltia.

En la majoria de les vacunes convencionals, l'antigen i l'adjuvant es barregen i s'injecten al pacient. No hi ha control sobre l'estructura de la vacuna i, en conseqüència, el control sobre el trànsit i el processament dels components de la vacuna és limitat. Per tant, no hi ha control sobre l'eficàcia de la vacuna.

«Un dels problemes de les vacunes convencionals és que, d'aquesta mescla, una cèl·lula immunitària pot captar 50 antígens i un adjuvant, o un antigen i 50 adjuvants», explica Michelle Teplensky, autora de l'estudi i antiga associada postdoctoral de Northwestern i ara professora adjunta en la Universitat de Boston. «Però ha d'haver-hi una proporció òptima de cadascun que maximitzi l'eficàcia de la vacuna».

Els SNA (àcids nucleics esfèrics) són la plataforma estructural, inventada i desenvolupada per Mirkin, utilitzada en aquesta nova classe de vacunes modulars. Permeten als científics determinar exactament quants antígens i adjuvants s'administren a les cèl·lules.

També permeten als científics adaptar la forma en què es presenten aquests components de la vacuna i la velocitat a la qual es processen. Aquestes consideracions estructurals, que influeixen enormement en l'eficàcia de les vacunes, s'ignoren en gran manera en els enfocaments convencionals.

Les vacunes desenvolupades mitjançant «vacunología racional» ofereixen un dosatge precís per a aconseguir la màxima eficàcia.

Aquest enfocament de control sistemàtic de la ubicació d'antígens i adjuvants en arquitectures modulars de vacunes va ser creat per Mirkin, que va encunyar el terme vacunología racional per a descriure'l. Es basa en el concepte que la presentació estructural dels components de la vacuna és tan important com els propis components a l'hora d'impulsar l'eficàcia.

«Les vacunes desenvolupades mitjançant vacunología racional administren la dosi precisa d'antigen i adjuvant a cada cèl·lula immunitària, de manera que totes estiguin igualment preparades per a atacar a les cèl·lules canceroses», explica Mirkin, que també és membre del Centre Oncològic Robert H. Lurie de la Universitat Northwestern.

«Si les seves cèl·lules immunitàries són soldats, una vacuna tradicional deixa desarmades a algunes; la nostra vacuna les arma a totes amb una potent arma amb la qual acabar amb el càncer. Quins 'soldats' de les cèl·lules immunitàries vol vostè que ataquin a les seves cèl·lules canceroses?», pregunta Mirkin retòricament.

L'equip va desenvolupar una vacuna contra el càncer que duplicava el nombre de cèl·lules T específiques d'antígens cancerígens i augmentava l'activació d'aquestes cèl·lules en un 30% reconfigurant l'arquitectura de la vacuna perquè contingués múltiples dianes que ajudessin el sistema immunitari a trobar les cèl·lules tumorals.

L'equip va investigar les diferències en el reconeixement de dos antígens pel sistema immunitari en funció de la seva ubicació (en el nucli o en el perímetre) de l'estructura dels SNA. En el cas d'un SNA amb una col·locació òptima, van poder augmentar la resposta immunitària i la rapidesa amb la qual la nanovacuna desencadenava la producció de citocines (una proteïna de les cèl·lules immunitàries) per a impulsar a les cèl·lules T a atacar a les cèl·lules canceroses. Els científics també van estudiar com afectaven les diferents col·locacions a la capacitat del sistema immunitari per a recordar a l'invasor, i si el record era a llarg termini.

«On i com col·loquem els antígens i l'adjuvant dins d'una mateixa arquitectura canvia notablement la forma en què el sistema immunitari el reconeix i processa», afirma Mirkin.

Les dades de l'estudi demostren que la unió de dos antígens diferents a un SNA amb una coberta d'adjuvant va ser l'enfocament més potent per a una estructura de vacuna contra el càncer. Es va produir un augment del 30% en l'activació de cèl·lules T antigen-específiques i es va duplicar el nombre de cèl·lules T proliferants en comparació amb una estructura en la qual els mateixos dos antígens estaven units a dos SNA separats.

«Es necessita més d'una mena de cèl·lula T activada per a poder atacar més fàcilment a una cèl·lula tumoral», explica Teplensky. «Quants més tipus de cèl·lules tingui el sistema immunitari per a anar pels tumors, millor. Les vacunes compostes per múltiples antígens dirigits a múltiples tipus de cèl·lules immunitàries són necessàries per a induir una remissió tumoral millorada i duradora».

Un altre avantatge de l'enfocament de la vacunología racional, sobretot quan s'utilitza amb una nanoestructura com un SNA, és que resulta fàcil alterar l'estructura d'una vacuna per a anar després d'un tipus diferent de malaltia. Segons Mirkin, n'hi ha prou amb canviar un pèptid, un fragment d'una proteïna cancerígena amb una ansa química que es «enganxa» a l'estructura, alguna cosa semblança a afegir un nou vaig dir a una polsera.

«La importància col·lectiva d'aquest treball és que estableix les bases per a desenvolupar les formes més eficaces de vacuna per a gairebé qualsevol tipus de càncer», subratlla Teplensky. «Es tracta de redefinir com desenvolupem vacunes en tots els àmbits, incloses les destinades a malalties infeccioses».