Desde las vacunas de ARNm que ingresan a los ensayos clínicos, hasta las vacunas basadas en péptidos y el uso de la agricultura molecular para escalar la producción de vacunas, la pandemia de COVID-19 está empujando las nanotecnologías nuevas y emergentes a los titulares y a los titulares.
Los nanoingenieros de UC San Diego detallan los enfoques actuales para el desarrollo de la vacuna COVID-19 y destacan cómo la nanotecnología ha permitido estos avances, en un artículo de revisión en Nanotecnología de la naturaleza publicado el 15 de julio
"La nanotecnología juega un papel importante en el diseño de vacunas", escribieron los investigadores, dirigidos por la profesora de nanoingeniería de UC San Diego, Nicole Steinmetz. Steinmetz también es la directora fundadora del Centro de Nanoinmunotecnología de UC San Diego. "Los nanomateriales son ideales para la entrega deantígenos, que sirven como plataformas adyuvantes e imitan estructuras virales. Los primeros candidatos lanzados a ensayos clínicos se basan en nanotecnologías novedosas y están listos para causar un impacto ".
Steinmetz lidera un esfuerzo financiado por la National Science Foundation para desarrollar, utilizando un virus vegetal, un parche de vacuna COVID-19 estable y fácil de fabricar que puede enviarse a todo el mundo y autoadministrarse sin dolor por los pacientes.la vacuna en sí y la plataforma de administración de parches de microagujas dependen de la nanotecnología. Esta vacuna se ajusta al enfoque basado en péptidos que se describe a continuación.
"Desde el punto de vista del desarrollo de la tecnología de vacunas, este es un momento emocionante y las nuevas tecnologías y enfoques están preparados para tener un impacto clínico por primera vez. Por ejemplo, hasta la fecha, ninguna vacuna de ARNm ha sido clínicamente aprobada, pero la ModernaLa tecnología de vacuna de ARNm para COVID-19 está avanzando y fue la primera vacuna en ingresar a las pruebas clínicas en los Estados Unidos ".
A partir del 1 de junio, hay 157 candidatos a la vacuna COVID-19 en desarrollo, con 12 en ensayos clínicos.
"Hay muchas tecnologías de plataformas de nanotecnología destinadas a aplicaciones contra el SARS-CoV-2; aunque son muy prometedoras, muchas de ellas, sin embargo, pueden estar a varios años de su implementación y, por lo tanto, no pueden tener un impacto en la pandemia del SARS-CoV-2,"Steinmetz escribió." Sin embargo, a pesar de lo devastador que es COVID-19, puede servir como un impulso para la comunidad científica, los organismos de financiación y las partes interesadas para poner esfuerzos más enfocados hacia el desarrollo de tecnologías de plataforma para preparar a las naciones para la preparación para futuras pandemias,"Steinmetz escribió.
Para mitigar algunas de las desventajas de las vacunas contemporáneas, es decir, cepas vivas atenuadas o inactivadas del virus en sí, los avances en nanotecnología han permitido varios tipos de vacunas de próxima generación, que incluyen :
Vacunas basadas en péptidos: utilizando una combinación de investigación informática e inmunológica de anticuerpos y sueros de pacientes, se han identificado varios epítopos de células B y T de la proteína SARS-CoV-2 S. A medida que pasa el tiempo y el suero del COVID convaleciente-19 pacientes son examinados para detectar anticuerpos neutralizantes, los epítopos de péptidos derivados experimentalmente confirmarán regiones de epítopos útiles y conducirán a antígenos más óptimos en vacunas de péptidos SARS-CoV-2 de segunda generación. Los Institutos Nacionales de Salud financiaron recientemente el Instituto de Inmunología La Jollaen este esfuerzo.
Los enfoques basados en péptidos representan la forma más simple de vacunas que se diseñan fácilmente, se validan y se fabrican rápidamente. Las vacunas basadas en péptidos pueden formularse como péptidos más mezclas adyuvantes o péptidos pueden administrarse mediante un nanoportador apropiado o codificarse mediante ácido nucleicoformulaciones de vacunas. Varias vacunas basadas en péptidos, así como conjugados péptido-nanopartículas están en pruebas clínicas y desarrollo dirigido a enfermedades crónicas y cáncer, y OncoGen y la Universidad de Cambridge / DIOSynVax están utilizando secuencias de péptidos de proteína S derivadas de inmunoinformática en su COVID-19formulaciones de vacunas.
Una clase intrigante de nanotecnología para las vacunas peptídicas son las partículas similares a virus VLP de bacteriófagos y virus vegetales. Aunque no son infecciosas para los mamíferos, estas VLP imitan los patrones moleculares asociados con los patógenos, haciéndolos altamente visibles para el sistema inmune.permite que las VLP sirvan no solo como plataforma de administración sino también como adyuvante. Las VLP mejoran la absorción de antígenos virales por las células presentadoras de antígenos, y proporcionan el estímulo inmunitario adicional que conduce a la activación y amplificación de la respuesta inmune resultante. Steinmetz yEl profesor Jon Pokorski recibió una subvención de NSF Rapid Research Response para desarrollar una vacuna COVID-19 basada en péptidos a partir de un virus vegetal. Su enfoque utiliza el virus del mosaico Cowpea que infecta las leguminosas, diseñándolo para que parezca SARS-CoV-2, y tejiendo antígenopéptidos en su superficie, lo que estimulará una respuesta inmune.
Su enfoque, así como otros sistemas de expresión basados en plantas, pueden ampliarse fácilmente mediante el cultivo molecular. En el cultivo molecular, cada planta es un biorreactor. Cuantas más plantas crecen, más vacuna se produce. La velocidad y la escalabilidadLa plataforma demostró recientemente que Medicago fabricó 10 millones de dosis de la vacuna contra la influenza en un mes. En la epidemia de ébola de 2014, los pacientes fueron tratados con ZMapp, un cóctel de anticuerpos fabricado a través de la agricultura molecular. La agricultura molecular tiene bajos costos de fabricación y es más seguro desdelos patógenos humanos no pueden replicarse en las células vegetales.
Vacunas basadas en ácido nucleico: para infecciones virales emergentes rápidas y pandemias como COVID-19, el desarrollo rápido y el despliegue a gran escala de vacunas es una necesidad crítica que las vacunas de subunidades no pueden satisfacer. Entregar el código genético para la producción in situde proteínas virales es una alternativa prometedora a los enfoques de vacunas convencionales. Tanto las vacunas de ADN como las de ARNm entran en esta categoría y se están aplicando en el contexto de la pandemia de COVID-19.
Si bien las vacunas de ADN ofrecen una mayor estabilidad que las vacunas de ARNm, el ARNm no se integra y, por lo tanto, no presenta riesgo de mutagénesis por inserción. Además, la vida media, la estabilidad y la inmunogenicidad del ARNm pueden ajustarse mediante modificaciones establecidas.
Varias vacunas COVID-19 que usan ADN o ARN están en desarrollo: Inovio Pharmaceuticals tiene un ensayo clínico de Fase I en curso, y Entos Pharmeuticals está en camino para un ensayo clínico de Fase I usando ADN. La tecnología basada en ARNm de Moderna fue la más rápida a la FaseRealicé un ensayo clínico en los EE. UU., Que comenzó el 16 de marzo, y BioNTech-Pfizer anunció recientemente la aprobación regulatoria en Alemania para los ensayos clínicos de fase 1/2 para evaluar a cuatro candidatos principales de ARNm.
Vacunas de subunidades: las vacunas de subunidades utilizan solo elementos estructurales mínimos del virus patogénico que estimulan la inmunidad protectora, ya sea proteínas del virus en sí o VLP ensambladas. Las vacunas de subunidades también pueden usar VLP no infecciosas derivadas del patógeno como antígeno.Estas VLP carecen de material genético y retienen algunas o todas las proteínas estructurales del patógeno, imitando así las características topológicas inmunogénicas del virus infeccioso, y pueden producirse mediante expresión recombinante y escalables mediante fermentación o cultivo molecular.son Novavax quien inició un ensayo de Fase I / II el 25 de mayo de 2020. También Sanofi Pasteur / GSK, Vaxine, Johnson & Johnson y la Universidad de Pittsburgh han anunciado que esperan comenzar los ensayos clínicos de Fase I en los próximos meses.incluidos Clover Biopharmaceuticals y la Universidad de Queensland, Australia, están desarrollando independientemente vacunas de subunidades diseñadas para preseEn la confirmación del trímero de prefusión de la proteína S utilizando la tecnología de sujeción molecular y la tecnología Trimer-tag, respectivamente.
Desarrollo del dispositivo de entrega
Por último, los investigadores señalan que el impacto de la nanotecnología en el desarrollo de la vacuna COVID-19 no termina con la vacuna en sí, sino que se extiende a través del desarrollo de dispositivos y plataformas para administrar la vacuna. Históricamente esto se ha complicado por vacunas vivas atenuadas e inactivadas que requieren constantesrefrigeración, así como insuficientes profesionales de la salud donde se necesitan las vacunas ". Recientemente, han surgido alternativas modernas a tales desafíos de distribución y acceso, como los implantes de dosis lenta de una sola dosis y los parches a base de microagujas que podrían reducir la dependencia del"Los investigadores escriben", escriben los investigadores. "Los parches a base de microagujas podrían incluso autoadministrarse, lo que aceleraría drásticamente el despliegue y la diseminación de dichas vacunas.como reducir la carga sobre el sistema de salud "
Pokorski y Steinmetz están desarrollando conjuntamente una plataforma de administración de microagujas con su vacuna COVID-19 de virus vegetal por ambas razones.
Este trabajo es apoyado por una subvención de la National Science Foundation NSF CMMI-2027668
"Los avances en bio / nanotecnología y nanofabricación avanzada junto con informes abiertos y el intercambio de datos sientan las bases para el rápido desarrollo de tecnologías innovadoras de vacunas para tener un impacto durante la pandemia COVID-19", escribieron los investigadores. "Varias de estas tecnologías de plataformapuede servir como tecnologías plug-and-play que se pueden adaptar a cepas estacionales o nuevas de coronavirus. COVID-19 alberga el potencial de convertirse en una enfermedad estacional, lo que subraya la necesidad de continuar la inversión en vacunas de coronavirus ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Katherine Connor. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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