Vaccin à nanoparticules pour COVID-19

Avant la pandémie, le laboratoire du biochimiste de l’Université de Stanford Peter S. Kim s’est concentré sur le développement de vaccins contre le VIH, Ebola et la grippe pandémique. Mais, quelques jours après la fermeture de leur espace de laboratoire sur le campus dans le cadre des précautions contre le COVID-19, ils se sont tournés vers un vaccin contre le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19. Bien que le coronavirus ne relève pas du domaine d’expertise spécifique du laboratoire, eux et leurs collaborateurs ont réussi à construire et à tester un candidat vaccin prometteur.

«Notre objectif est de fabriquer un vaccin à injection unique qui ne nécessite pas de chaîne du froid pour le stockage ou le transport. Si nous réussissons à bien le faire, il devrait également être bon marché», a déclaré Kim, qui est le Virginia and DK Professeur Ludwig de biochimie. « La population cible de notre vaccin est constituée des pays à revenu faible ou intermédiaire. »

Leur vaccin, détaillé dans un article publié le 5 janvier dans ACS Central Science, contient des nanoparticules parsemées des mêmes protéines qui composent les pics de surface distinctifs du virus. En plus d’être la raison pour laquelle on les appelle coronavirus – corona est le latin pour «couronne» – ces pointes facilitent l’infection en fusionnant à une cellule hôte et en créant un passage pour que le génome viral entre et détourne la machinerie de la cellule pour produire plus virus. Les pointes peuvent également être utilisées comme antigènes, ce qui signifie que leur présence dans le corps est ce qui peut déclencher une réponse immunitaire.

Les vaccins à nanoparticules équilibrent l’efficacité des vaccins à base virale avec la sécurité et la facilité de production des vaccins sous-unitaires. Les vaccins qui utilisent des virus pour délivrer l’antigène sont souvent plus efficaces que les vaccins qui ne contiennent que des parties isolées d’un virus. Cependant, ils peuvent prendre plus de temps à produire, doivent être réfrigérés et sont plus susceptibles de provoquer des effets secondaires. Les vaccins à base d’acide nucléique – comme les vaccins à ARNm Pfizer et Moderna qui ont récemment été autorisés pour une utilisation d’urgence par la FDA – sont encore plus rapides à produire que les vaccins à nanoparticules, mais ils sont coûteux à fabriquer et peuvent nécessiter plusieurs doses. Les premiers tests chez la souris suggèrent que le vaccin à nanoparticules de Stanford pourrait produire une immunité au COVID-19 après une seule dose.

Les chercheurs espèrent également qu’il pourra être conservé à température ambiante et cherchent à savoir s’il pourrait être expédié et stocké sous forme de poudre lyophilisée. En comparaison, les vaccins les plus avancés aux États-Unis doivent tous être conservés à des températures froides, allant d’environ 8 à -70 degrés Celsius (46 à -94 degrés Fahrenheit).

«C’est vraiment un stade précoce et il reste encore beaucoup de travail à faire», a déclaré Abigail Powell, ancienne chercheuse postdoctorale au laboratoire Kim et auteur principal de l’article. « Mais nous pensons que c’est un point de départ solide pour ce qui pourrait être un schéma de vaccination à dose unique qui ne repose pas sur l’utilisation d’un virus pour générer des anticorps protecteurs après la vaccination. »

Les chercheurs continuent d’améliorer et d’affiner leur candidat vaccin, avec l’intention de le rapprocher des essais cliniques initiaux chez l’homme.

Spikes et nanoparticules

La protéine de pointe du SRAS-CoV-2 est assez grande, de sorte que les scientifiques élaborent souvent des versions abrégées qui sont plus simples à fabriquer et à utiliser. Après avoir examiné de près la pointe, Kim et son équipe ont choisi de supprimer une section près du bas.

Pour compléter leur vaccin, ils ont combiné ce pic raccourci avec des nanoparticules de ferritine – une protéine contenant du fer – qui a déjà été testée chez l’homme. Avant la pandémie, Powell avait travaillé avec ces nanoparticules pour développer un vaccin contre Ebola. En collaboration avec des scientifiques du laboratoire national des accélérateurs du SLAC, les chercheurs ont utilisé la microscopie cryoélectronique pour obtenir une image 3D des nanoparticules de ferritine en pointe afin de confirmer qu’elles avaient la structure appropriée.

Pour les tests sur souris, les chercheurs ont comparé leurs nanoparticules à pointes raccourcies à quatre autres variations potentiellement utiles: des nanoparticules avec des pointes complètes, des pointes complètes ou des pointes partielles sans nanoparticules, et un vaccin contenant uniquement la section du pic qui se lie aux cellules pendant l’infection. Tester l’efficacité de ces vaccins contre le virus SRAS-CoV-2 aurait nécessité le travail à effectuer dans un laboratoire de biosécurité de niveau 3, de sorte que les chercheurs ont plutôt utilisé un pseudo-coronavirus plus sûr qui a été modifié pour porter les pics du SRAS-CoV-2 .

Les chercheurs ont déterminé l’efficacité potentielle de chaque vaccin en surveillant les niveaux d’anticorps neutralisants. Les anticorps sont des protéines sanguines produites en réponse aux antigènes; les anticorps neutralisants sont le sous-ensemble spécifique d’anticorps qui agissent réellement pour empêcher le virus d’envahir une cellule hôte.

Après une dose unique, les deux candidats vaccins nanoparticulaires ont tous deux abouti à des niveaux d’anticorps neutralisants au moins deux fois plus élevés que ceux observés chez les personnes ayant eu COVID-19, et le vaccin à nanoparticules à pointe raccourcie a produit une réponse neutralisante significativement plus élevée que le pic de liaison ou les vaccins à pointe complète (sans nanoparticules). Après une deuxième dose, les souris qui avaient reçu le vaccin à nanoparticules à pointe raccourcie avaient les niveaux les plus élevés d’anticorps neutralisants.

En repensant à ce projet, Powell estime que le délai entre le début et les premières études sur la souris était d’environ quatre semaines. «Tout le monde avait beaucoup de temps et d’énergie à consacrer au même problème scientifique», a-t-elle déclaré. « C’est un scénario tout à fait unique. Je ne m’attends pas vraiment à le retrouver un jour dans ma carrière. »

« Ce qui s’est passé au cours de l’année écoulée est vraiment fantastique, en ce qui concerne la science qui prend le dessus et la capacité de produire plusieurs vaccins différents qui semblent montrer leur efficacité contre ce virus », a déclaré Kim, auteur principal de l’article. . « Il faut normalement une décennie pour fabriquer un vaccin, même si vous réussissez. C’est sans précédent. »

Accès aux vaccins

Bien que le nouveau vaccin de l’équipe soit spécifiquement destiné aux populations qui peuvent avoir plus de difficultés à accéder à d’autres vaccins contre le SRAS-CoV-2, il est possible, compte tenu des progrès rapides d’autres vaccins candidats, qu’il ne soit pas nécessaire pour faire face à la pandémie actuelle. Dans ce cas, les chercheurs sont prêts à pivoter à nouveau et à poursuivre un vaccin plus universel contre le coronavirus pour immuniser contre le SRAS-CoV-1, le MERS, le SRAS-CoV-2 et les futurs coronavirus qui ne sont pas encore connus.

«Les vaccins sont l’une des réalisations les plus profondes de la recherche biomédicale. Ils sont un moyen incroyablement rentable de protéger les gens contre la maladie et de sauver des vies», a déclaré Kim. « Ce vaccin contre le coronavirus fait partie du travail que nous faisons déjà – développer des vaccins qui sont historiquement difficiles ou impossibles à développer, comme un vaccin contre le VIH – et je suis heureux que nous soyons dans une situation où nous pourrions potentiellement apporter quelque chose à supporter si le monde en a besoin.  »

Les autres co-auteurs de Stanford incluent Kaiming Zhang, chercheur scientifique en bio-ingénierie; Mrinmoy Sanyal, chercheur en biochimie; Shaogeng Tang, stagiaire postdoctoral en biochimie; Payton Weidenbacher, étudiant diplômé en chimie; Shanshan Li, chercheurs postdoctoraux en bio-ingénierie; Tho Pham, professeur adjoint de clinique en pathologie à Stanford Medicine (également affilié au Stanford Blood Center de Palo Alto); et Wah Chiu, professeur Wallenberg-Bienenstock à Stanford et au SLAC National Accelerator Laboratory, et professeur de bio-ingénierie et de microbiologie et d’immunologie. Un chercheur de Chan Zuckerberg Biohub est également co-auteur. Kim est membre de Stanford Bio-X, de l’Institut de recherche sur la santé maternelle et infantile (MCHRI) et du Wu Tsai Neurosciences Institute, et membre du corps professoral de Stanford ChEM-H. Il est également affilié au Biohub Chan Zuckerberg. Chiu est membre de Stanford Bio-X et du Wu Tsai Neurosciences Institute, et membre du corps professoral de Stanford ChEM-H.

Ce travail a été financé par le MCHRI, la Damon Runyon Cancer Research Foundation, les National Institutes of Health, le Virginia and DK Ludwig Fund for Cancer Research et Chan Zuckerberg Biohub.