“合理疫苗學(xué)”：疫苗設(shè)計和制造新方式，改變抗原和佐劑的結(jié)構(gòu)位置可大幅提高效力|科技創(chuàng)新世界潮

圖片來源：視覺中國

科技日報記者 張夢然

有沒有能顯著提高所有疫苗效力的通用方法？

美國西北大學(xué)國際納米技術(shù)研究所（IIN）研究人員正在為此努力。他們發(fā)現(xiàn)，使用化學(xué)和納米技術(shù)改變納米級疫苗內(nèi)部佐劑和抗原的結(jié)構(gòu)位置，可大大提高疫苗的性能。

IIN所長、首席研究員查得·米爾金說：“除了成分，結(jié)構(gòu)也是決定疫苗功效的關(guān)鍵因素。將抗原和佐劑置于單一結(jié)構(gòu)中的位置和方式，顯著改變了免疫系統(tǒng)識別和處理它的方式。”這種對結(jié)構(gòu)的高度重視有可能提高傳統(tǒng)癌癥疫苗的有效性，而在歷史上，傳統(tǒng)癌癥疫苗效果不彰。

迄今為止，米爾金團隊研究了疫苗結(jié)構(gòu)對7種不同類型癌癥的影響，包括三陰性乳腺癌、乳頭瘤病毒誘發(fā)的宮頸癌、黑色素瘤、結(jié)腸癌和前列腺癌，以確定治療每種癌癥的最有效結(jié)構(gòu)。

“攪拌機”，常規(guī)疫苗的老方法

大多數(shù)常規(guī)疫苗，是將抗原和佐劑混合后注射到患者體內(nèi)。由于對疫苗結(jié)構(gòu)沒有控制，因此對疫苗成分的運輸和加工控制也有限，從而對疫苗效果也很難把握。

傳統(tǒng)疫苗的一個挑戰(zhàn)是，在混合物中，一個免疫細胞可能會吸收50種抗原和一種佐劑，或者一種抗原和50種佐劑。但必須達成每一種的最佳比例，才能最大限度地提高疫苗的有效性。

鑒于此，米爾金發(fā)明了球形核酸（SNA）結(jié)構(gòu)平臺，以用于新型模塊化疫苗。SNA使科學(xué)家能準(zhǔn)確地辨認有多少抗原和佐劑被輸送到細胞，還能調(diào)整這些疫苗成分的呈現(xiàn)方式及其處理速度。這種對疫苗有效性具有很大影響的結(jié)構(gòu)性考量，在傳統(tǒng)方法中基本上被忽略了。

你體內(nèi)，每個士兵都有武器

在模塊化疫苗結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)地控制抗原和佐劑位置的方法，被米爾金命名為“合理疫苗學(xué)”。它基于這樣一個概念，即疫苗成分的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)與驅(qū)動功效的成分本身一樣重要。

米爾金稱：“通過合理疫苗學(xué)開發(fā)的疫苗，向每個免疫細胞提供精確劑量的抗原和佐劑，它們都同樣準(zhǔn)備好去攻擊癌細胞。如果你的免疫細胞是士兵，那么傳統(tǒng)疫苗中一些士兵仍然手無寸鐵；而我們的疫苗為它們提供了一種強大的武器?！?/p>

雙拳出擊，打敗狡猾“變異者”

米爾金團隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變兩種從成分角度來看幾乎相同的疫苗中的抗原位置時，其對腫瘤的治療效果會發(fā)生顯著變化：一種疫苗有效且有用，而另一種疫苗的效果要差得多。

這取決于它們在SNA結(jié)構(gòu)中的位置。數(shù)據(jù)表明，將兩種不同的抗原附加到包含佐劑殼的SNA上，是“最佳位置”，也就是癌癥疫苗最有效的結(jié)構(gòu)。與將相同的兩種抗原連接到兩個單獨的SNA結(jié)構(gòu)相比，它導(dǎo)致抗原特異性T細胞活化增加30%，并且增殖的T細胞數(shù)量增加了一倍。

這些工程化的SNA納米結(jié)構(gòu)，在多種動物模型中都阻止了腫瘤的生長。

許多當(dāng)前的癌癥疫苗被設(shè)計為主要激活細胞毒性T細胞，這只是針對癌細胞的一種防御。由于腫瘤細胞總是在變異，它們很容易“逃脫監(jiān)視”，從而迅速使疫苗失效。如果T細胞有更多抗原來識別它，那么T細胞識別突變癌細胞的幾率也會更高。

研究人員表示，需要激活不止一種類型的T細胞，才能更容易地攻擊腫瘤細胞。免疫系統(tǒng)對抗腫瘤的細胞類型越多越好。因此，由針對多種免疫細胞類型的多種抗原組成的疫苗非常必要。

不止有效，還可開發(fā)任何癌癥疫苗

“合理疫苗學(xué)”的一大優(yōu)勢，是與SNA等納米結(jié)構(gòu)一起使用時，可很容易地改變疫苗的結(jié)構(gòu)以治療不同類型的疾病。

研究人員稱，這項工作的重要性在于，它為開發(fā)針對幾乎所有類型癌癥的最有效疫苗形式奠定了基礎(chǔ)。這將重新定義如何全面開發(fā)疫苗，包括傳染病疫苗。該研究已于1月30日發(fā)表在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》上。

在稍早時間發(fā)表的一篇論文中，米爾金團隊還證明了疫苗結(jié)構(gòu)對新冠預(yù)防的重要性，該疫苗在100%的動物實驗中表現(xiàn)出針對致命病毒感染的保護性免疫力。

米爾金稱，疫苗上抗原位置的微小變化，會顯著提高細胞間的通訊、串?dāng)_和細胞協(xié)同作用。這項研究取得的進展為人類重新思考癌癥和其他疾病疫苗的整體設(shè)計提供了一條新途徑。