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L''Aerogel' inalabile scatena l'immunità al COVID-19 nei topi

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Un "aerogel" inalabile caricato con DNA che codifica per la proteina spike della SARS-CoV-2 induce con successo una risposta immunitaria contro il COVID-19 nei polmoni dei topi, secondo una nuova ricerca condotta alla Penn State. Il team ha detto che il suo aerogel potrebbe essere usato per creare un vaccino inalabile che blocca la trasmissione della SARS-CoV-2 impedendo al virus di stabilire un'infezione nei polmoni.

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"Ci sono molti vantaggi potenziali di una formulazione inalabile rispetto a un vaccino iniettabile", ha detto Atip Lawanprasert, studente laureato in ingegneria biomedica e autore principale dello studio, pubblicato sulla rivista Biomacromolecules. "Uno è evitare gli aghi. I vaccini inalabili potrebbero essere in grado di aiutare ad aumentare il tasso di vaccinazione perché così tante persone hanno paura delle iniezioni. Non importa quanto sia alta l'efficacia di un vaccino, se la gente non lo prende, allora non è utile"

Scott Medina, assistente professore di ingegneria biomedica, Penn State, ha aggiunto che i vaccini inalabili possono essere più stabili rispetto ai vaccini tradizionali.

"Importante, i vaccini inalabili possono indurre una risposta anticorpale localmente nei polmoni dove può potenzialmente neutralizzare ed eliminare il virus prima che infetti completamente l'ospite e causi i sintomi" ha detto Medina

Al contrario, Girish Kirimanjeswara, professore associato di scienze veterinarie e biomediche, ha spiegato che i vaccini iniettabili COVID-19 inducono una risposta immunitaria sistemica, che è efficace per combattere le infezioni da SARS-CoV-2, ma non così potente come un vaccino inalabile sarebbe nel fermare l'infezione nel luogo di ingresso del virus nel corpo.

"I vaccini attuali non sono molto buoni nel prevenire la trasmissione perché permettono al virus di replicarsi nel corpo, anche per un breve periodo, e poi trasmettersi ad altri individui", ha detto Kirimanjeswara. "Un vaccino inalabile susciterebbe un'immunità locale nel sito primario dell'infezione, dove la SARS-CoV-2 potrebbe essere rapidamente neutralizzata ed eliminata senza la risposta infiammatoria caratteristica della vaccinazione sistemica"

In precedenza, il team aveva sviluppato e brevettato un materiale simile a un gel, chiamato "aerogel", come veicolo per la consegna di antimicrobici ai polmoni per trattare le infezioni respiratorie batteriche, in particolare la tubercolosi.

"Quando è iniziata la pandemia, abbiamo deciso di sviluppare una formulazione inalabile per COVID-19 combinando il nostro aerogel con un antigene codificato da un acido nucleico, in particolare il DNA che codifica le proteine SARS-CoV-2", ha detto Medina.

I ricercatori hanno sviluppato la loro formulazione COVID-19, che chiamano CoMiP (coronavirus mimetic particle), per colpire i macrofagi alveolari - cellule immunitarie nel tratto respiratorio che ingeriscono le particelle estranee.

"I macrofagi alveolari rappresentano obiettivi attraenti per i vaccini inalabili perché sono abbondanti all'interno dei polmoni, e prove precedenti hanno suggerito che possono essere importanti nella patogenesi iniziale di COVID-19", ha detto Medina.

In particolare, ha spiegato, i macrofagi alveolari possono essere una delle prime cellule ad essere infettate dalla SARS-CoV-2 quando il virus viene inalato.

"I macrofagi alveolari sono uno dei nostri difensori chiave contro l'infezione virale perché servono a presentare gli antigeni al resto del sistema immunitario", ha detto Medina.

Gli scienziati hanno progettato il loro CoMiPs per essere rapidamente ingerito dai macrofagi alveolari, dopo di che i macrofagi avrebbero interpretato l'antigene virale e iniziato a esprimere le proteine virali codificate nel DNA.

"Si sta essenzialmente ingannando il macrofago nell'interpretare questo DNA e nell'esprimere questa proteina spike straniera", ha detto Medina. "Una volta che esprime la proteina estranea, la mostra al resto del sistema immunitario in modo che il sistema immunitario possa imparare a riconoscere la proteina in caso di infezione da SARS-CoV-2"

In laboratorio, quando gli scienziati hanno incubato le loro CoMiPs con cellule progettate per imitare le cellule immunitarie alveolari ingenue, hanno scoperto che i macrofagi hanno prontamente internalizzato le CoMiPs. Successivamente, hanno ottimizzato la formulazione delle CoMiPs per identificare la dose massima sicura nelle cellule in vitro. Hanno scoperto che >80% delle cellule sono rimaste vitali a una dose di ≤0,01 mg/mL.

Per testare l'efficacia del vaccino CoMiP, il team ha immunizzato i topi tramite un'installazione intranasale del vaccino, seguita da una dose di richiamo due settimane dopo. Successivamente, hanno raccolto campioni di siero dagli animali nei giorni 14 e 28 dopo la vaccinazione e il richiamo, rispettivamente. Hanno analizzato questi campioni per le risposte immunitarie sistemiche e non hanno trovato alcun cambiamento statisticamente significativo nei livelli di anticorpi sistemici tra gli animali trattati con CoMiP e gli animali di controllo in entrambi i punti di campionamento.

Per esplorare le risposte immunitarie di naso, gola e polmone, i ricercatori hanno raccolto campioni da topi immunizzati 30 giorni dopo la vaccinazione per valutare le differenze negli anticorpi IgA mucosali polmonari totali e specifici per la proteina spike. Hanno trovato un aumento significativo delle IgA totali per i topi vaccinati con CoMiPs, ma le IgA che puntano specificamente alla proteina spike SARS-CoV-2 erano inferiori a quelle previste per gli animali vaccinati.

"Sul banco, fuori dall'animale, abbiamo visto una buona espressione delle proteine", ha detto Medina. "E poi quando i CoMiPs sono stati consegnati nell'animale, abbiamo visto un aumento degli anticorpi nel polmone che può fornire una certa protezione, ma non era nella misura che vorremmo. Sono dati incoraggianti, ma c'è più ottimizzazione da fare"

Il team prevede di continuare a ricercare l'uso di CoMiPs per proteggere contro COVID-19.

Inoltre, Kirimanjeswara ha notato, "Il blocco della trasmissione, i vaccini inalabili possono anche essere tradotti a più altri virus, come l'influenza, quindi il nostro CoMiP ha il potenziale per essere ampiamente applicabile"