Des vaccins à ARNm entrant dans les essais cliniques aux vaccins à foundation de peptides et utilisant l’agriculture moléculaire pour augmenter la manufacturing de vaccins, la pandémie de COVID-19 pousse les nanotechnologies nouvelles et émergentes en première ligne et en manchettes.



Les nanoingénieurs de l’UC San Diego détaillent les approches actuelles du développement de vaccins COVID-19 et soulignent remark la nanotechnologie a permis ces avancées, dans un short article de revue dans Mother nature Nanotechnology publié le 15 juillet.

« La nanotechnologie joue un rôle majeur dans la conception des vaccins », ont écrit les chercheurs, dirigés par Nicole Steinmetz, professeur de nanotechnologie à l’Université de San Diego. Steinmetz est également le directeur fondateur du Middle for Nano ImmunoEngineering de l’UC San Diego. « Les nanomatériaux sont idéaux pour la livraison d’antigènes, servant de plates-formes adjuvantes et imitant les buildings virales. Les premiers candidats lancés dans les essais cliniques sont basés sur de nouvelles nanotechnologies et sont prêts à avoir un affect. »



Steinmetz dirige un hard work financé par la National Science Basis pour développer – à l’aide d’un virus végétal – un patch de vaccin COVID-19 steady et facile à fabriquer qui peut être expédié dans le monde entier et car-administré sans douleur par les clients. Le vaccin lui-même et la plate-forme d’administration de patch de micro-aiguilles reposent tous deux sur la nanotechnologie. Ce vaccin s’inscrit dans l’approche basée sur les peptides décrite ci-dessous.

« Du level de vue du développement de la technologie des vaccins, c’est une période passionnante et de nouvelles technologies et approches sont sur le issue d’avoir un effects clinique pour la première fois. Par exemple, à ce jour, aucun vaccin à ARNm n’a été cliniquement approuvé, mais le vaccin à ARNm de Moderna La technologie de COVID-19 progresse et a été le leading vaccin à entrer dans les exams cliniques aux États-Unis.  »

Au 1er juin, il y avait 157 vaccins candidats COVID-19 en développement, dont 12 en essais cliniques.

« Il existe de nombreuses systems de plate-forme de nanotechnologie destinées à des applications contre le SRAS-CoV-2 bien que très prometteuses, beaucoup d’entre elles peuvent cependant être à plusieurs années du déploiement et donc ne pas avoir d’impact sur la pandémie de SRAS-CoV-2 », Steinmetz a écrit. « Néanmoins, aussi dévastateur que soit COVID-19, il peut inciter la communauté scientifique, les organismes de financement et les parties prenantes à déployer des attempts additionally ciblés vers le développement de systems de plate-forme pour préparer les pays à se préparer à de futures pandémies », a écrit Steinmetz.

Pour atténuer certains des inconvénients des vaccins contemporains – à savoir les souches vivantes atténuées ou inactivées du virus lui-même – les progrès de la nanotechnologie ont permis plusieurs types de vaccins de prochaine génération, notamment:

Vaccins à base de peptides: à l’aide d’une combinaison d’informatique et d’investigation immunologique des anticorps et du sérum des sufferers, divers épitopes de cellules B et T de la protéine SARS-CoV-2 S ont été identifiés. À mesure que le temps passe et que le sérum des people convalescents COVID-19 est criblé pour détecter les anticorps neutralisants, les épitopes peptidiques dérivés expérimentalement confirmeront les régions d’épitopes utiles et conduiront à des antigènes as well as optimaux dans les vaccins peptidiques de deuxième génération SARS-CoV-2. Les Countrywide Institutes of Health ont récemment financé La Jolla Institute for Immunology dans cette entreprise.

Les approches basées sur les peptides représentent la forme la in addition straightforward de vaccins faciles à concevoir, à valider et à fabriquer rapidement. Les vaccins à base de peptides peuvent être formulés sous forme de peptides plus des mélanges d’adjuvants ou des peptides peuvent être délivrés par un nanoporteur approprié ou être codés par des formulations de vaccins d’acide nucléique. Plusieurs vaccins à base de peptides ainsi que des conjugués peptides-nanoparticules sont en cours d’essais cliniques et de développement ciblant les maladies chroniques et le most cancers, et OncoGen et l’Université de Cambridge / DIOSynVax utilisent des séquences peptidiques de protéine S dérivées de l’immunoinformatique dans leurs formulations de vaccins COVID-19.

Une classe intrigante de nanotechnologie pour les vaccins peptidiques est constituée de particules de form viral (VLP) provenant de bactériophages et de virus végétaux. Bien que non infectieuses envers les mammifères, ces VLP imitent les schémas moléculaires associés aux agents pathogènes, les rendant très visibles pour le système immunitaire. Cela permet aux VLP de servir non seulement de plate-forme d’administration mais également d’adjuvant. Les VLP améliorent l’absorption des antigènes viraux par les cellules présentatrices d’antigène et fournissent le stimulus immunitaire supplémentaire conduisant à l’activation et à l’amplification de la réponse immunitaire qui s’ensuit. Steinmetz et le professeur Jon Pokorski ont reçu une subvention NSF Speedy Study Response pour développer un vaccin COVID-19 à foundation de peptides à partir d’un virus végétal. Leur approche utilise le virus de la mosaïque du niébé qui infecte les légumineuses, le concevant pour ressembler au SRAS-CoV-2 et tissant des peptides antigéniques à sa surface, ce qui stimulera une réponse immunitaire.

Leur approche, ainsi que d’autres systèmes d’expression à base de plantes, peuvent être facilement étendus à l’aide de l’agriculture moléculaire. En agriculture moléculaire, chaque plante est un bioréacteur. In addition il y a de plantes cultivées, plus le vaccin est fabriqué. La vitesse et l’évolutivité de la plateforme ont été récemment démontrées par Medicago fabriquant 10 millions de doses de vaccin contre la grippe en un mois. Lors de l’épidémie d’Ebola de 2014, les clients ont été traités avec ZMapp, un cocktail d’anticorps fabriqué par l’agriculture moléculaire. L’agriculture moléculaire a de faibles coûts de fabrication et est moreover sûre car les agents pathogènes humains ne peuvent pas se répliquer dans les cellules végétales.

Vaccins à foundation d’acide nucléique: pour les infections virales à émergence rapide et les pandémies telles que COVID-19, le développement rapide et le déploiement à grande échelle de vaccins est un besoin critique qui peut ne pas être satisfait par les vaccins à sous-unités. La fourniture du code génétique pour la output in situ de protéines virales est une alternate prometteuse aux approches vaccinales conventionnelles. Les vaccins à ADN et les vaccins à ARNm entrent dans cette catégorie et se poursuivent dans le contexte de la pandémie de COVID-19.

  • Les vaccins à ADN sont constitués de petits morceaux circulaires de plasmides bactériens qui sont conçus pour cibler les devices nucléaires et produire la protéine S du SRAS-CoV-2 en aval
  • Les vaccins à ARNm, d’autre part, sont basés sur l’ARNm de concepteur délivré dans le cytoplasme où la machinerie des cellules hôtes traduit ensuite le gène en une protéine – dans ce cas, la protéine S pleine longueur du SARS-CoV-2. Les vaccins à ARNm peuvent être produits par transcription in vitro, ce qui exclut le besoin de cellules et leurs hurdles réglementaires associés

Alors que les vaccins à ADN offrent une stabilité supérieure aux vaccins à ARNm, l’ARNm ne s’intègre pas et ne présente donc aucun risque de mutagenèse insertionnelle. De furthermore, la demi-vie, la stabilité et l’immunogénicité de l’ARNm peuvent être ajustées grâce à des modifications établies.

Plusieurs vaccins COVID-19 utilisant de l’ADN ou de l’ARN sont en cours de développement: Inovio Pharmaceuticals a un essai clinique de period I en cours et Entos Pharmeuticals est en bonne voie pour un essai clinique de section I utilisant de l’ADN. La technologie basée sur l’ARNm de Moderna a été la in addition rapide de l’essai clinique de stage I aux États-Unis, qui a commencé le 16 mars, et BioNTech-Pfizer a récemment annoncé l’approbation réglementaire en Allemagne pour les essais cliniques de stage 1/2 pour tester quatre candidats principaux pour l’ARNm.

Vaccins à sous-unités: Les vaccins à sous-unités n’utilisent que des éléments structuraux minimaux du virus pathogène qui amorcent l’immunité protectrice – soit les protéines du virus lui-même, soit les VLP assemblées. Les vaccins à sous-unités peuvent également utiliser des VLP non infectieux dérivés du pathogène lui-même comme antigène. Ces VLP sont dépourvues de matériel génétique et conservent une partie ou la totalité des protéines structurelles du pathogène, imitant ainsi les caractéristiques topologiques immunogènes du virus infectieux, et peuvent être produites par expression recombinante et évolutives par fermentation ou tradition moléculaire. Parmi les développeurs, les premiers sont Novavax qui a lancé un essai de section I / II le 25 mai 2020. Sanofi Pasteur / GSK, Vaxine, Johnson & Johnson et l’Université de Pittsburgh ont également annoncé qu’ils prévoyaient de commencer les essais cliniques de phase I au cours du prochain quelques mois. D’autres, dont Clover Biopharmaceuticals et l’Université du Queensland, en Australie, développent indépendamment des vaccins sous-unitaires conçus pour présenter la affirmation de la perfusion de la protéine S en utilisant respectivement la technologie du clamp moléculaire et la technologie Trimer-tag.

Développement de dispositifs de livraison

Enfin, les chercheurs notent que l’impact de la nanotechnologie sur le développement du vaccin COVID-19 ne s’arrête pas au vaccin lui-même, mais s’étend au développement de dispositifs et de plateformes pour administrer le vaccin. Cela a été historiquement compliqué par des vaccins vivants atténués et inactivés nécessitant une réfrigération constante, ainsi que par un nombre insuffisant de professionnels de la santé où les vaccins sont nécessaires. « Récemment, des solutions modernes à de tels problèmes de distribution et d’accès sont apparues, telles que les implants à libération lente à dose distinctive et les patchs à base d’aiguilles qui pourraient réduire la dépendance à la chaîne du froid et assurer la vaccination même dans les circumstances où les professionnels de la santé qualifiés sont rares. ou en forte demande « , écrivent les chercheurs. « Les patchs à base de microneedle pourraient même être auto-administrés, ce qui accélérerait considérablement le déploiement et la diffusion de ces vaccins, tout en réduisant la cost du système de santé. »

Pokorski et Steinmetz développent conjointement une plate-forme d’administration de microaiguilles avec leur vaccin à base de virus végétal COVID-19 pour ces deux raisons.

Ce travail est soutenu par une subvention de la Countrywide Science Foundation (NSF CMMI-2027668)

« Les progrès de la bio / nanotechnologie et de la nanofabrication avancée couplés à des rapports ouverts et au partage de données jettent les bases d’un développement rapide de systems vaccinales innovantes pour avoir un impact pendant la pandémie de COVID-19 », ont écrit les chercheurs. « Plusieurs de ces systems de plate-forme peuvent servir de systems plug-and-perform qui peuvent être adaptées aux souches saisonnières ou nouvelles de coronavirus. COVID-19 recèle le potentiel de devenir une maladie saisonnière, soulignant la nécessité d’investir en permanence dans les vaccins contre les coronavirus. »