Un descubrimiento transforma el diseño y la fabricación de vacunas contra siete tipos de cáncer

Los investigadores han desarrollado una nueva forma de aumentar significativamente la potencia de casi cualquier vacuna usando la química y la nanotecnología para cambiar la ubicación estructural de los adyuvantes y los antígenos de una vacuna a nanoescala, lo que aumenta enormemente su rendimiento, según publican en la revista Nature Biomedical Engineering.

Los científicos del Instituto Internacional de Nanotecnología (IIN) de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) utilizaron la química y la nanotecnología para cambiar la ubicación estructural de los adyuvantes y los antígenos en y dentro de una vacuna a nanoescala, lo que aumentó enormemente el rendimiento de la vacuna. El antígeno se dirige al sistema inmunitario, y el adyuvante es un estimulador que aumenta la eficacia del antígeno.

«El trabajo demuestra que la estructura de la vacuna, y no sólo sus componentes, es un factor crítico para determinar su eficacia», afirma el investigador principal Chad A. Mirkin, director del IIN. «Dónde y cómo colocamos los antígenos y el adyuvante dentro de una misma arquitectura cambia notablemente la forma en que el sistema inmunitario la reconoce y procesa».

Este nuevo énfasis en la estructura tiene el potencial de mejorar la eficacia de las vacunas convencionales contra el cáncer, que históricamente no han funcionado bien, apunta Mirkin.

Hasta la fecha, el equipo de Mirkin ha estudiado el efecto de la estructura de las vacunas en el contexto de siete tipos distintos de cáncer, entre ellos el cáncer de mama triple negativo, el cáncer de cuello de útero inducido por el papilomavirus, el melanoma, el cáncer de colon y el cáncer de próstata, con el fin de determinar la arquitectura más eficaz para tratar cada enfermedad.

En la mayoría de las vacunas convencionales, el antígeno y el adyuvante se mezclan y se inyectan al paciente. No hay control sobre la estructura de la vacuna y, en consecuencia, el control sobre el tráfico y el procesamiento de los componentes de la vacuna es limitado. Por lo tanto, no hay control sobre la eficacia de la vacuna.

«Uno de los problemas de las vacunas convencionales es que, de esa mezcla, una célula inmunitaria puede captar 50 antígenos y un adyuvante, o un antígeno y 50 adyuvantes», explica Michelle Teplensky, autora del estudio y antigua asociada postdoctoral de Northwestern y ahora profesora adjunta en la Universidad de Boston. «Pero debe haber una proporción óptima de cada uno que maximice la eficacia de la vacuna».

Los SNA (ácidos nucleicos esféricos) son la plataforma estructural, inventada y desarrollada por Mirkin, utilizada en esta nueva clase de vacunas modulares. Permiten a los científicos determinar exactamente cuántos antígenos y adyuvantes se administran a las células.

También permiten a los científicos adaptar la forma en que se presentan estos componentes de la vacuna y la velocidad a la que se procesan. Estas consideraciones estructurales, que influyen enormemente en la eficacia de las vacunas, se ignoran en gran medida en los enfoques convencionales.

Las vacunas desarrolladas mediante «vacunología racional» ofrecen una dosificación precisa para lograr la máxima eficacia.

Este enfoque de control sistemático de la ubicación de antígenos y adyuvantes en arquitecturas modulares de vacunas fue creado por Mirkin, que acuñó el término vacunología racional para describirlo. Se basa en el concepto de que la presentación estructural de los componentes de la vacuna es tan importante como los propios componentes a la hora de impulsar la eficacia.

«Las vacunas desarrolladas mediante vacunología racional administran la dosis precisa de antígeno y adyuvante a cada célula inmunitaria, de modo que todas estén igualmente preparadas para atacar a las células cancerosas», explica Mirkin, que también es miembro del Centro Oncológico Robert H. Lurie de la Universidad Northwestern.

«Si sus células inmunitarias son soldados, una vacuna tradicional deja desarmadas a algunas; nuestra vacuna las arma a todas con una potente arma con la que acabar con el cáncer. ¿Qué 'soldados' de las células inmunitarias quiere usted que ataquen a sus células cancerosas?», pregunta Mirkin retóricamente.

El equipo desarrolló una vacuna contra el cáncer que duplicaba el número de células T específicas de antígenos cancerígenos y aumentaba la activación de estas células en un 30% reconfigurando la arquitectura de la vacuna para que contuviera múltiples dianas que ayudaran al sistema inmunitario a encontrar las células tumorales.

El equipo investigó las diferencias en el reconocimiento de dos antígenos por el sistema inmunitario en función de su ubicación (en el núcleo o en el perímetro) de la estructura de los SNA. En el caso de un SNA con una colocación óptima, pudieron aumentar la respuesta inmunitaria y la rapidez con la que la nanovacuna desencadenaba la producción de citoquinas (una proteína de las células inmunitarias) para impulsar a las células T a atacar a las células cancerosas. Los científicos también estudiaron cómo afectaban las distintas colocaciones a la capacidad del sistema inmunitario para recordar al invasor, y si el recuerdo era a largo plazo.

«Dónde y cómo colocamos los antígenos y el adyuvante dentro de una misma arquitectura cambia notablemente la forma en que el sistema inmunitario lo reconoce y procesa», afirma Mirkin.

Los datos del estudio demuestran que la unión de dos antígenos diferentes a un SNA con una cubierta de adyuvante fue el enfoque más potente para una estructura de vacuna contra el cáncer. Se produjo un aumento del 30% en la activación de células T antígeno-específicas y se duplicó el número de células T proliferantes en comparación con una estructura en la que los mismos dos antígenos estaban unidos a dos SNA separados.

«Se necesita más de un tipo de célula T activada para poder atacar más fácilmente a una célula tumoral», explica Teplensky. «Cuantos más tipos de células tenga el sistema inmunitario para ir a por los tumores, mejor. Las vacunas compuestas por múltiples antígenos dirigidos a múltiples tipos de células inmunitarias son necesarias para inducir una remisión tumoral mejorada y duradera».

Otra ventaja del enfoque de la vacunología racional, sobre todo cuando se utiliza con una nanoestructura como un SNA, es que resulta fácil alterar la estructura de una vacuna para ir tras un tipo distinto de enfermedad. Según Mirkin, basta con cambiar un péptido, un fragmento de una proteína cancerígena con un asa química que se «engancha» a la estructura, algo parecido a añadir un nuevo dije a una pulsera.

«La importancia colectiva de este trabajo es que sienta las bases para desarrollar las formas más eficaces de vacuna para casi cualquier tipo de cáncer», subraya Teplensky. «Se trata de redefinir cómo desarrollamos vacunas en todos los ámbitos, incluidas las destinadas a enfermedades infecciosas».