Многие вакцины, например, против гепатита В и коклюша, состоят из фрагментов вирусных или бактериальных белков. Эти вакцины часто включают в себя другие молекулы, называемые адъювантами, которые помогают усилить реакцию иммунной системы на белок. Большинство этих адъювантов состоят из солей алюминия или других молекул, вызывающих неспецифический иммунный ответ. Команда исследователей Массачусетского технологического института теперь показала, что тип наночастиц, называемый металлоорганическим каркасом (MOF), также может вызывать сильный иммунный ответ, активируя врожденную иммунную систему — первую линию защиты организма от любого патогена.
Ученые сосредоточились на MOF под названием ZIF-8, который состоит из решетки тетраэдрических единиц. Эта решетка включает ион цинка, присоединенный к четырем молекулам органического соединения имидазола. Предыдущая работа показала, что ZIF-8 может значительно усиливать иммунные реакции, но как эта частица активирует иммунную систему, было неизвестно.
Чтобы выяснить это, команда MIT создала экспериментальную вакцину, состоящую из белка, который связывается с рецептором SARS-CoV-2, встроенного в частицы ZIF-8. Эти частицы имеют диаметр от 100 до 200 нанометров. Такой размер позволяет им проникать в лимфатические узлы организма напрямую или через иммунные клетки, такие как макрофаги. Как только частицы попадают в клетки, MOF разрушаются, высвобождая вирусные белки. Исследователи обнаружили, что компоненты имидазола затем активируют толл-подобные рецепторы (TLR), которые помогают стимулировать врожденный иммунный ответ.
Секвенирование РНК клеток лимфатических узлов показало, что у мышей, вакцинированных частицами ZIF-8 с вирусным белком, активируется путь TLR-7, что приводит к увеличению выработки цитокинов и других молекул, участвующих в воспалении. У мышей, вакцинированных этими частицами, была гораздо более сильная реакция на вирусный белок, чем у грызунов, которые получали белок сам по себе.
Наночастицы позволили доставить белок более контролируемым способом, а их структура действовала как адъювант, то есть помогала усилить и продлить ответ иммунной системы. Ученым удалось достичь специфической реакции на белок Covid-19, при этом сокращая дозу, необходимую для вакцинации, по сравнению с использованием отдельного белка.
Исследование продемонстрировало, что частицы ZIF-8 обладают иммуногенными свойствами и могут активировать иммунный ответ. Однако для дальнейшего использования этих частиц в качестве носителей вакцин требуется дополнительная работа по оценке их безопасности и масштабируемости производства. Результаты исследования могут помочь разработать аналогичные наночастицы для доставки субъединичных вакцин. Субъединичные вакцины, в отличие от мРНК-вакцин, обычно легче и дешевле производить.
