A nova tecnologia de entrega de medicamentos dos cientistas é um possível avanço para vacinas multi-cepas
Estrutura e montagem da nanogaiola de ferritina. A) A nanogaiola é composta por 24 subunidades. Cada subunidade possui quatro hélices α formando um feixe e uma hélice α C-terminal curta apontando para a cavidade interna. B) O processo proposto de automontagem espontânea de subunidades. C) Dois métodos de desmontagem/remontagem de nanogaiolas de ferritina. O método de desmontagem/remontagem do pH é usado para encapsular um medicamento hidrofílico (topo), e o método de engenharia extensiva de proteínas introduz locais de ligação de íons metálicos na interface de duas subunidades. Crédito:Pequeno (2024). DOI:10.1002/smll.202310913 Uma nova forma de administrar medicamentos utilizando uma proteína comum poderia ser usada para desenvolver vacinas em mosaico, que são vacinas eficazes contra múltiplas estirpes de um vírus como o COVID-19, entre outros medicamentos, numa estreia mundial.
Desde meados da década de 2000, a ferritina, uma proteína que controla o ferro em todos os organismos, tem sido usada para criar vacinas, bem como para fornecer medicamentos anticancerígenos e outros medicamentos ao corpo. Isto se deve em grande parte à sua alta estabilidade à temperatura ambiente, facilidade de produção em grandes quantidades e baixa chance de rejeição pelo organismo hospedeiro.
No entanto, o método único de automontagem da proteína impediu os cientistas de desenvolver uma abordagem universal para fornecer uma ampla gama de medicamentos, até agora.
Em um novo estudo publicado na revista de nanotecnologia Small , pesquisadores do King's College London, liderados pelo Dr. Kourosh Ebrahimi, relatam uma nova maneira de contornar essa automontagem, copiando o comportamento de vírus como o HIV-1.
A ferritina é composta de 24 subunidades interligadas que se automontam espontaneamente para formar uma esfera tridimensional oca por dentro. O interior destas pequenas “nanogajas” pode ser preenchido com medicamentos terapêuticos, mas a estrutura da proteína precisa ser quebrada antes que estes sejam inseridos no seu interior.
Tradicionalmente, ácidos têm sido usados para quebrar a estrutura da ferritina, mas esses métodos podem danificar a estrutura da proteína e não permitem que as nanocages sejam usadas com medicamentos que não podem ser dissolvidos em água, como o tratamento anticâncer sensível ao pH e insolúvel em água, camptotecina. .
Mais importante ainda, estes métodos tradicionais não podem ser utilizados para criar medicamentos polivalentes, como as vacinas em mosaico que utilizam antigénios, a parte de uma vacina que ensina o corpo a combater doenças, de diferentes estirpes do mesmo vírus e os combina para desencadear uma resposta imunitária mais ampla. .
“A incapacidade de controlar facilmente a montagem de nanogaiolas de proteínas naturais como a ferritina tem sido um revés para o uso desses materiais seguros e biocompatíveis como sistema de administração de medicamentos para tornar vacinas modernas eficazes contra vários vírus”, diz o pesquisador de pós-graduação Yujie Sheng.
Este método tem uma vantagem sobre as vacinas de mRNA, como a recente vacina contra a COVID-19, que utiliza RNA mensageiro para ensinar às células como produzir antígenos para doenças específicas. Como essas vacinas de mRNA expressam apenas parte de um vírus, em vez de uma versão enfraquecida dele como as vacinas tradicionais, as vacinas de mRNA são mais rápidas de produzir, mas podem não induzir uma resposta imunológica duradoura porque o corpo não enfrenta uma reação semelhante a um vírus real. partícula.
Embora sejam mais duradouros, o desenvolvimento de vacinas tradicionais é dispendioso e requer muitos anos de investigação e desenvolvimento para comercializar uma candidata segura. Ao introduzir um sistema nanocage “plug-in”, o laboratório de Kourosh criou agora uma plataforma que combina as vantagens do mRNA e das vacinas tradicionais baseadas em vírus.
Como a plataforma nanocage semelhante a vírus é segura, ela não precisa ser testada clinicamente cada vez que um antígeno diferente é adicionado a ela, assim como uma plataforma de mRNA. Ao mesmo tempo, diferentes antígenos podem ser facilmente conectados à plataforma para criar vacinas eficazes semelhantes às do vírus. Imitando a forma como vírus como o VIH-1 operam, os investigadores ligaram duas das subunidades através de uma cadeia de aminoácidos chamada péptido.
Isso interrompeu a automontagem da ferritina e abriu a proteína para vários medicamentos solúveis e insolúveis em água, ao mesmo tempo que permitiu aos pesquisadores conectar diferentes antígenos na superfície das nanogaiolas.
Os pesquisadores também descobriram que este novo método levou a um aumento de quatro vezes no encapsulamento de medicamentos tanto para tratamentos solúveis quanto insolúveis em água. Além de fornecer mais medicamentos como a doxorrubicina, um medicamento anticâncer amplamente utilizado, às partes afetadas do corpo, isso promete ampliar o espectro de medicamentos que a ferritina pode transportar.
"Nossa tecnologia combina os benefícios da tecnologia de mRNA e das vacinas tradicionais. É uma plataforma segura como a tecnologia de mRNA e, ao mesmo tempo, diferentes antígenos podem ser conectados e gerar partículas semelhantes a vírus que imitam as vacinas tradicionais.... Esperamos que isso aconteça." a estabilidade e facilidade de produção apresentadas por esta plataforma serão reconhecidas pelos fabricantes farmacêuticos", afirma Sheng.
O novo processo também espera abrir as portas para um novo tipo de terapêutica que possa atuar simultaneamente como vacina e medicamento, visando prevenir a doença e seus sintomas.
Yujie Sheng, Ph.D. do segundo ano. estudante do laboratório de Kourosh no King's Institute of Pharmaceutical Science e primeiro autor do estudo, disse:"A incapacidade de controlar facilmente a montagem de nanogaiolas de proteínas naturais como a ferritina tem sido um revés para o uso desses materiais seguros e biocompatíveis como um sistema de administração de medicamentos para fazer vacinas modernas eficazes contra múltiplos vírus.
“Nossa tecnologia combina os benefícios da tecnologia de mRNA e das vacinas tradicionais. É uma plataforma segura como a tecnologia de mRNA e, ao mesmo tempo, diferentes antígenos podem ser conectados e gerar partículas semelhantes a vírus que imitam as vacinas tradicionais.
“Além disso, usando a nossa tecnologia, poderíamos misturar e combinar antígenos de diferentes vírus e criar uma vacina candidata capaz de treinar o corpo contra vários vírus. Essa vacina em mosaico provavelmente reduzirá o custo e o tempo de resposta a futuras pandemias virais.
“Esperamos que a estabilidade e facilidade de produção apresentadas por esta plataforma sejam reconhecidas pelos fabricantes farmacêuticos”.
O King's College obteve uma patente para esta tecnologia. O próximo passo do laboratório é utilizar a sua tecnologia nanocage e desenvolver novas terapêuticas contra uma série de doenças, como o cancro e as infecções virais, que esperam pesquisar num spin-out comercial.
