تغيير طريقة تصميم وتصنيع لقاحات السرطان

استخدم العلماء الكيمياء وتكنولوجيا النانو لتغيير الموقع الهيكلي للمواد المساعدة والمستضدات داخل اللقاح النانوي وداخله، مما أدى إلى زيادة أداء اللقاح بشكل كبير. يستهدف المستضد الجهاز المناعي، والمادة المساعدة عبارة عن محفز يزيد من فعالية المستضد.

سيتم نشر الدراسة في 30 يناير طبيعة الهندسة الطبية الحيوية.

وقال الباحث الرئيسي تشاد أ. ميركين، مدير معهد IIN: 'يُظهر العمل أن بنية اللقاح، وليس فقط المكونات، هي عامل حاسم في تحديد فعالية اللقاح'. 'أين وكيف نضع المستضدات والمواد المساعدة داخل بنية واحدة يغير بشكل ملحوظ كيفية تعرف الجهاز المناعي عليها ومعالجتها.

ميركين هو أيضًا أستاذ جورج ب. راثمان للكيمياء في كلية واينبرغ للآداب والعلوم وأستاذ الطب في كلية الطب بجامعة نورث وسترن فاينبرغ.

وقال ميركين إن هذا التركيز الجديد المتزايد على البنية لديه القدرة على تحسين فعالية لقاحات السرطان التقليدية، والتي لم تعمل بشكل جيد تاريخياً.

قام فريق ميركين بدراسة تأثير بنية اللقاح في سياق سبعة أنواع مختلفة من السرطان حتى الآن، بما في ذلك سرطان الثدي الثلاثي السلبي، وسرطان عنق الرحم الناجم عن فيروس الورم الحليمي، وسرطان الجلد، وسرطان القولون، وسرطان البروستاتا لتحديد البنية الأكثر فعالية لعلاج كل منها. مرض.

تأخذ اللقاحات التقليدية نهج الخلاط

في معظم اللقاحات التقليدية، يتم مزج المستضد والمادة المساعدة وحقنهما في المريض. لا توجد سيطرة على بنية اللقاح، وبالتالي، هناك سيطرة محدودة على تداول مكونات اللقاح وتصنيعها. وبالتالي، لا توجد سيطرة على مدى فعالية اللقاح.

قالت ميشيل تيبلينسكي، مؤلفة الدراسة وزميلة ما بعد الدكتوراه السابقة في جامعة نورثويسترن، ميشيل تيبلنسكي: 'إن التحدي الذي تواجهه اللقاحات التقليدية هو أنه من هذا المزيج الممزوج، قد تلتقط الخلية المناعية 50 مستضدًا وعاملًا مساعدًا واحدًا أو مستضدًا واحدًا و50 مادة مساعدة'. أستاذ مساعد في جامعة بوسطن. 'ولكن يجب أن تكون هناك نسبة مثالية من كل منها من شأنها أن تزيد من فعالية اللقاح '

أدخل SNAs (الأحماض النووية الكروية)، وهي المنصة الهيكلية - التي اخترعها وطورها ميركين - المستخدمة في هذه الفئة الجديدة من اللقاحات المعيارية. تسمح أنظمة SNA للعلماء بتحديد عدد المستضدات والمواد المساعدة التي يتم تسليمها إلى الخلايا. كما تمكّن أنظمة الحسابات القومية العلماء من تصميم كيفية تقديم مكونات اللقاح هذه، ومعدل معالجتها. مثل هذه الاعتبارات الهيكلية، التي تؤثر بشكل كبير على فعالية اللقاح، يتم تجاهلها إلى حد كبير في الأساليب التقليدية.

توفر اللقاحات التي تم تطويرها من خلال 'علم اللقاحات العقلاني' جرعات دقيقة لتحقيق أقصى قدر من الفعالية

تم إنشاء هذا النهج للتحكم بشكل منهجي في مواقع المستضدات والمواد المساعدة ضمن بنيات اللقاح المعيارية بواسطة ميركين، الذي صاغ مصطلح علم اللقاحات العقلاني لوصفه. وهو يعتمد على مفهوم أن العرض الهيكلي لمكونات اللقاح لا يقل أهمية عن المكونات نفسها في تعزيز الفعالية.

وقال ميركين، وهو أيضًا عضو في مركز روبرت إتش. لوري الشامل للسرطان: 'إن اللقاحات التي تم تطويرها من خلال علم اللقاحات العقلاني تقدم جرعة دقيقة من المستضد والمواد المساعدة لكل خلية مناعية، لذا فهي جميعها مهيأة بشكل متساوٍ لمهاجمة الخلايا السرطانية'. من جامعة نورث وسترن. 'إذا كانت خلاياك المناعية عبارة عن جنود، فإن اللقاح التقليدي يترك بعضها غير مسلح؛ أما لقاحنا فيسلحها جميعًا بسلاح قوي لقتل السرطان. أي 'جنود' من الخلايا المناعية تريد أن تهاجم خلاياك السرطانية؟' تساءل ميركين خطابيا.

بناء لقاح أفضل (حتى).

طور الفريق لقاحًا للسرطان أدى إلى مضاعفة عدد الخلايا التائية الخاصة بمستضد السرطان وزيادة تنشيط هذه الخلايا بنسبة 30% من خلال إعادة تشكيل بنية اللقاح ليحتوي على أهداف متعددة لمساعدة الجهاز المناعي في العثور على الخلايا السرطانية.

قام الفريق بالتحقيق في الاختلافات في مدى جودة التعرف على اثنين من المستضدات بواسطة الجهاز المناعي اعتمادًا على موضعهما - في قلب أو محيط - بنية SNA. بالنسبة لنظام SNA ذو الموضع الأمثل، يمكنهم زيادة الاستجابة المناعية ومدى سرعة تحفيز اللقاح النانوي لإنتاج السيتوكين (بروتين الخلية المناعية) لتعزيز الخلايا التائية التي تهاجم الخلايا السرطانية. ودرس العلماء أيضًا كيف أثرت المواضع المختلفة على قدرة الجهاز المناعي على تذكر الغازي، وما إذا كانت الذاكرة طويلة المدى.

وقال ميركين: 'أين وكيف نضع المستضدات والمواد المساعدة ضمن بنية واحدة يغير بشكل ملحوظ كيفية تعرف الجهاز المناعي عليها ومعالجتها'.

يلقي الهيكل الأقوى لكمتين للتغلب على الورم الماكر المتحور

تظهر بيانات الدراسة أن ربط مستضدين مختلفين بنظام SNA الذي يشتمل على غلاف من المادة المساعدة كان النهج الأكثر فعالية لبنية لقاح السرطان. لقد أدى ذلك إلى زيادة بنسبة 30% في تنشيط الخلايا التائية الخاصة بمستضد محدد ومضاعفة عدد الخلايا التائية المتكاثرة مقارنة بالبنية التي تم فيها ربط نفس المستضدين باثنين من أنظمة SNA المنفصلة.

هذه الهياكل النانوية SNA المُصممة هندسيًا أوقفت نمو الورم في نماذج حيوانية متعددة.

وقال ميركين: 'إنه أمر رائع'. 'عند تغيير موضع المستضدات في لقاحين متطابقين تقريبًا من الناحية التركيبية، تتغير فائدة العلاج ضد الأورام بشكل كبير. أحد اللقاحين قوي ومفيد، في حين أن الآخر أقل فعالية بكثير.'

تم تصميم العديد من لقاحات السرطان الحالية لتنشيط الخلايا التائية السامة للخلايا بشكل أساسي، وهي دفاع واحد فقط ضد الخلية السرطانية. ونظرًا لأن الخلايا السرطانية تتحور دائمًا، فيمكنها بسهولة الهروب من مراقبة الخلايا المناعية، مما يجعل اللقاح غير فعال بسرعة. تزداد احتمالات أن تتعرف الخلية التائية على الخلية السرطانية المتحورة إذا كان لديها طرق أكثر - مستضدات متعددة - للتعرف عليها.

وقال تيبلنسكي: 'أنت بحاجة إلى تنشيط أكثر من نوع واحد من الخلايا التائية، حتى تتمكن من مهاجمة الخلايا السرطانية بسهولة أكبر'. 'كلما زاد عدد أنواع الخلايا التي يتعين على الجهاز المناعي ملاحقة الأورام فيها، كان ذلك أفضل. إن اللقاحات التي تتكون من مستضدات متعددة تستهدف أنواعًا متعددة من الخلايا المناعية ضرورية للحث على شفاء الورم بشكل معزز وطويل الأمد'

هناك ميزة أخرى لنهج علم اللقاحات العقلاني، خاصة عند استخدامه مع بنية نانوية مثل نظام الحسابات القومية، وهي أنه من السهل تغيير بنية اللقاح لاستهداف نوع مختلف من المرض. وقال ميركين إنهم ببساطة قاموا باستبدال الببتيد، وهو جزء من بروتين سرطاني بمقبض كيميائي 'يلتصق' بالهيكل، على نحو لا يختلف عن إضافة تعويذة جديدة إلى السوار.

الطريق إلى اللقاح الأكثر فعالية لأي نوع من أنواع السرطان

وقال تيبلينسكي: 'الأهمية الجماعية لهذا العمل تكمن في أنه يضع الأساس لتطوير أكثر أشكال اللقاحات فعالية لأي نوع من أنواع السرطان تقريبًا'. 'يتعلق الأمر بإعادة تعريف كيفية تطوير اللقاحات في جميع المجالات، بما في ذلك لقاحات الأمراض المعدية'

في ورقة بحثية منشورة سابقًا، أظهر ميركين وتيبلينسكي وزملاؤه أهمية بنية اللقاح لكوفيد-19 من خلال إنشاء لقاحات أظهرت مناعة وقائية بنسبة 100% من الحيوانات ضد العدوى الفيروسية المميتة.

وقال ميركين: 'إن التغييرات الصغيرة في وضع المستضد على اللقاح تزيد بشكل كبير من التواصل بين الخلايا والتحدث المتبادل والتآزر بين الخلايا'. 'إن التطورات التي تم إجراؤها في هذا العمل توفر طريقاً للمضي قدماً لإعادة التفكير في تصميم اللقاحات المضادة للسرطان والأمراض الأخرى ككل.'

دكتوراه شمال غرب. المرشح مايكل إيفانجيلوبولوس هو أيضًا مؤلف الورقة البحثية التي تحمل عنوان 'لقاحات السرطان ذات الحمض النووي الكروي متعدد المستضدات'.

تأسست IIN في عام 2000 كمنظمة جامعة لتجميع وتعزيز جهود تكنولوجيا النانو، وتمثل IIN وتوحد أكثر من مليار دولار في أبحاث تكنولوجيا النانو، والبرامج التعليمية، والبنية التحتية الداعمة.

تستند هذه الدراسة إلى العمل الذي يدعمه معهد بولسكي لسرطان المسالك البولية التابع لمركز روبرت لوري الشامل للسرطان التابع لجامعة نورث وسترن في مستشفى نورث وسترن ميموريال، وإدوارد باشراش والمعهد الوطني للسرطان التابع للمعاهد الوطنية للصحة (R01CA208783، وR01CA257926، وP50CA221747). ). تلقى Teplensky أيضًا دعمًا من جائزة برنامج التدريب على تكنولوجيا النانو في مجال السرطان بجامعة نورث وسترن (T32CA186897). تم دعم إيفانجيلوبولوس جزئيًا من قبل زمالة الدكتور جون ن. نيكولسون ومؤسسة ألكسندر س. أوناسيس للمنفعة العامة.