「合理的なワクチン学」は、抗原、アジュバントの構造的位置を変えることで効力を増大させる ‘Rational vaccinology’ increases potency by changing the structural location of antigens, adjuvants
2023-01-30 ノースウェスタン大学
◆研究者たちは化学とナノテクノロジーを駆使して、ナノスケールのワクチン上およびワクチン内のアジュバントと抗原の構造的位置を変え、ワクチンの性能を大幅に向上させました。抗原は免疫系を標的とし、アジュバントは抗原の有効性を高める刺激剤です。
◆「今回の研究成果は、ワクチンの効果を決定する上で、成分だけでなく、ワクチンの構造が重要な要素であることを示しています。と、IINのディレクターであるChad A. Mirkinは述べています。「1つの構造体の中で抗原とアジュバントをどこに、どのように配置するかによって、免疫系がどのように認識し処理するかが著しく変化するのです。
◆従来のワクチンの多くは、抗原とアジュバントをブレンドして患者さんに注射します。ワクチンの構造を制御することはできず、その結果、ワクチン成分の取引や加工に関する制御も限られています。従って、ワクチンがどの程度効くかについてはコントロールできません。
◆SNA(球状核酸)は、Mirkinによって発明・開発された、この新しいクラスのモジュール式ワクチンに使われる構造的プラットフォームなのです。SNAは、抗原やアジュバントがどれだけ細胞に運ばれているかを正確に特定することを可能にする。また、SNAによって、これらのワクチン成分の提示方法と処理速度を調整することができます。
◆研究チームは、チェックポイント阻害剤単独療法と比較して、腫瘍の成長を4倍以上抑制し、生存期間中央値を40%延長させるがんワクチンを開発した。
◆SNAは、複数の標的を含むワクチンの構造を再構成することで、免疫系が腫瘍細胞を見つけることを可能にする。 研究チームは、2つの抗原の配置(SNA構造の中心部または周辺部)によって、免疫系がどの程度認識するかが異なることを調べた。最適な配置のSNAでは、免疫反応を高めることができ、ナノワクチンがサイトカイン(免疫細胞のたんぱく質)の産生をいかに早く促し、がん細胞を攻撃するT細胞を増加させるかが明らかになった。また、配置の違いによって、免疫系が侵入者を記憶する能力にどのような影響があるのか、その記憶は長期的なものかどうかも研究されました。
◆この研究データは、アジュバントのシェルからなるSNAに2つの異なる抗原を付着させることが、がんワクチン構造として最も強力なアプローチであることを示している。これらの設計されたSNAナノ構造は、複数の動物モデルにおいて腫瘍の成長を停止させた。
◆合理的ワクチン学アプローチのもう一つの利点は、特にSNAのようなナノ構造で使われる場合、異なるタイプの病気を狙うために、ワクチンの構造を変えるのが簡単なことです。マーキン教授によれば、ペプチドを入れ替えるだけで、癌タンパク質の断片を化学的なハンドルで構造に「クリップ」することができ、ブレスレットに新しいチャームをつけるのと同じようにできるそうです。
<関連情報>
- https://news.northwestern.edu/stories/2023/01/transforming-the-way-cancer-vaccines-are-designed-and-made/
- https://www.nature.com/articles/s41551-022-01000-2
多抗原球状核酸がんワクチン Multi-antigen spherical nucleic acid cancer vaccines
Michelle H. Teplensky,Michael Evangelopoulos,Jasper W. Dittmar,Connor M. Forsyth,Andrew J. Sinegra,Shuya Wang & Chad A. Mirkin
Nature Biomedical Engineering Published:30 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41551-022-01000-2
Abstract
Cancer vaccines must activate multiple immune cell types to be effective against aggressive tumours. Here we report the impact of the structural presentation of two antigenic peptides on immune responses at the transcriptomic, cellular and organismal levels. We used spherical nucleic acid (SNA) nanoparticles to investigate how the spatial distribution and placement of two antigen classes affect antigen processing, cytokine production and the induction of memory. Compared with single-antigen SNAs, a single dual-antigen SNA elicited a 30% increase in antigen-specific T cell activation and a two-fold increase in T cell proliferation. Antigen placement within dual-antigen SNAs altered the gene expression of T cells and tumour growth. Specifically, dual-antigen SNAs encapsulating antigens targeting helper T cells and with externally conjugated antigens targeting cytotoxic T cells elevated antitumour genetic pathways, stalling lymphoma tumours in mice. Additionally, when combined with the checkpoint inhibitor anti-programmed-cell-death protein-1 in a mouse model of melanoma, a specific antigen arrangement within dual-antigen SNAs suppressed tumour growth and increased the levels of circulating memory T cells. The structural design of multi-antigen vaccines substantially impacts their efficacy.
