Prima della pandemia, il laboratorio del biochimico della Stanford University Peter S. Kim si è concentrato sullo sviluppo di vaccini per l’HIV, l’Ebola e l’influenza pandemica. Ma, entro pochi giorni dalla chiusura del loro spazio di laboratorio del campus come parte delle precauzioni COVID-19, hanno rivolto la loro attenzione a un vaccino per SARS-CoV2. Sebbene il coronavirus fosse al di fuori dell’area specifica di competenza del laboratorio, loro ei loro collaboratori sono riusciti a costruire e testare un promettente candidato vaccinale. Il suo obiettivo è realizzare un vaccino a iniezione singola che non richieda una catena del freddo per la conservazione o il trasporto. Se si riesce a farlo bene, dovrebbe essere anche economico. La popolazione target per il vaccino è costituita dai paesi a reddito medio e basso. Il loro vaccino, dettagliato in un documento pubblicato il 5 gennaio su ACS Central Science, contiene nanoparticelle tempestate con le stesse proteine che compongono i picchi superficiali distintivi del virus. Oltre ad essere il motivo per cui questi sono chiamati coronavirus, questi picchi facilitano l’infezione fondendosi con una cellula ospite e creando un passaggio per il genoma virale per entrare e dirottare il meccanismo della cellula per produrre più virus.
I picchi possono anche essere usati come antigeni, il che significa che la loro presenza nel corpo è ciò che può innescare una risposta immunitaria. I vaccini con nanoparticelle bilanciano l’efficacia dei vaccini a base virale con la sicurezza e la facilità di produzione dei vaccini a subunità. I vaccini che utilizzano i virus per fornire l’antigene sono spesso più efficaci dei vaccini che contengono solo parti isolate di un virus. Tuttavia, possono richiedere più tempo per la produzione, devono essere refrigerati e hanno maggiori probabilità di causare effetti collaterali. I vaccini contro gli acidi nucleici – come i vaccini mRNA Pfizer e Moderna che sono stati recentemente autorizzati per uso di emergenza dalla FDA – sono ancora più veloci da produrre rispetto ai vaccini con nanoparticelle, ma sono costosi da produrre e possono richiedere dosi multiple. I test iniziali sui topi suggeriscono che il vaccino con nanoparticelle di Stanford potrebbe produrre l’immunità COVID-19 dopo una sola dose. I ricercatori sperano anche che possa essere conservato a temperatura ambiente e stanno studiando se possa essere spedito e conservato sotto forma di polvere liofilizzata.
In confronto, i vaccini più avanzati in fase di sviluppo negli Stati Uniti devono essere tutti conservati a basse temperature, che vanno da circa 8 a -70 gradi Celsius. I ricercatori stanno continuando a migliorare e mettere a punto il loro candidato vaccino, con l’intenzione di avvicinarlo agli studi clinici iniziali sugli esseri umani. La proteina spike di SARS-CoV-2 è piuttosto grande, quindi gli scienziati spesso formulano versioni abbreviate che sono più semplici da realizzare e più facili da usare. Dopo aver esaminato attentamente il picco, Kim e il suo team hanno scelto di rimuovere una sezione vicino al fondo. Per completare il loro vaccino, hanno combinato questo picco ridotto con nanoparticelle di ferritina, una proteina contenente ferro, che è stata precedentemente testata sugli esseri umani. Prima della pandemia, gli scienziati avevano lavorato con queste nanoparticelle per sviluppare un vaccino contro l’Ebola. Insieme agli scienziati del SLAC National Accelerator Laboratory, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia crioelettronica per ottenere un’immagine 3D delle nanoparticelle di ferritina spike per confermare che avevano la struttura corretta.
Per i test sui topi, i ricercatori hanno confrontato le loro nanoparticelle con punte accorciate con altre quattro varianti potenzialmente utili: nanoparticelle con punte complete, punte complete o punte parziali senza nanoparticelle e un vaccino contenente solo la sezione della punta che si lega alle cellule durante l’infezione. Testare l’efficacia di questi vaccini contro l’effettivo virus SARS-CoV2 avrebbe richiesto che il lavoro fosse svolto in un laboratorio di livello 3 di biosicurezza, quindi i ricercatori hanno invece utilizzato uno pseudo-coronavirus più sicuro che è stato modificato per trasportare i picchi di SARS-CoV-2 . I ricercatori hanno determinato la potenziale efficacia di ciascun vaccino monitorando i livelli di anticorpi neutralizzanti. Gli anticorpi sono proteine del sangue prodotte in risposta agli antigeni; gli anticorpi neutralizzanti sono il sottoinsieme specifico di anticorpi che effettivamente agiscono per impedire al virus di invadere una cellula ospite. Dopo una singola dose, i due candidati al vaccino con nanoparticelle hanno entrambi portato a neutralizzare i livelli di anticorpi almeno il doppio di quelli osservati nelle persone che hanno avuto COVID-19.
Il vaccino con nanoparticelle a punta accorciata ha prodotto una risposta neutralizzante significativamente più alta rispetto ai vaccini a picco di legame o a picco completo (non nanoparticelle). Dopo una seconda dose, i topi che avevano ricevuto il vaccino con nanoparticelle a punta accorciata avevano i livelli più alti di anticorpi neutralizzanti. Sebbene il nuovo vaccino del team sia destinato specificamente alle popolazioni che potrebbero avere maggiori difficoltà ad accedere ad altri vaccini SARS-CoV2, è possibile, dato il rapido progresso di altri vaccini candidati, che non sarà necessario per affrontare l’attuale pandemia. In tal caso, i ricercatori sono pronti a ruotare di nuovo e perseguire un vaccino contro il coronavirus più universale per immunizzare contro SARS, MERS, SARS-CoV-2 e futuri coronavirus che non sono ancora noti.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Referenza: Powell AE et al. ACS Central Sci 2021 Jan 5.
