La tarea original de los investigadores fue descubrir cómo ciertos nanomateriales poliméricos proporcionaban una respuesta inmune inflamatoria baja y, sin embargo, eran capaces de impulsar la producción de anticuerpos como parte de una dosis única de vacuna.

Una vez que aprendieron cómo estos nanomateriales de tan solo 20 a 30 mil millonésimas de metro de tamaño actuaban como adyuvantes que ayudaban a las vacunas, decidieron dar el siguiente paso científico.

¿Podrían estos mismos diminutos adyuvantes transportar antígenos del mundo real a las células B del sistema inmunológico y convertirlas en fábricas de secreción de anticuerpos? Además, ¿Podría ser esta una forma alternativa de producir anticuerpos de laboratorio para aplicaciones diagnósticas y terapéuticas?

Las respuestas fueron sí. Los experimentos de cultivo celular con la técnica produjeron anticuerpos contra antígenos clave del coronavirus que causa el COVID-19 y la bacteria que causa la peste neumónica.

La observación inicial y el descubrimiento posterior muestran cómo los investigadores afiliados al Instituto de Nanovacunas con sede en la Universidad Estatal de Iowa ven su investigación desde muchas perspectivas:

"Este es un gran ejemplo del saludable tira y afloja entre un hallazgo de una investigación básica sobre el mecanismo de producción de anticuerpos y un beneficio traslacional de que hayamos inventado una nueva plataforma de producción de anticuerpos, "dijo Balaji Narasimhan, el director del Instituto de Nanovacunas, un profesor distinguido Anson Marston del estado de Iowa en ingeniería y el presidente de la facultad Vlasta Klima Balloun. "El Instituto de Nanovacunas está quemando ambos lados de esa vela".

El periódico Avances de la ciencia publicó recientemente los hallazgos de los investigadores. El primer autor es Sujata Senapati, ex estudiante de doctorado del estado de Iowa en ingeniería química y biológica. Los autores correspondientes son Narasimhan y Surya Mallapragada, un Profesor Distinguido de Ingeniería Anson Marston del Estado de Iowa, un vicepresidente asociado de investigación y la Cátedra Carol Vohs Johnson en Ingeniería Química y Biológica. (Consulte la barra lateral para ver el equipo de investigación completo).

Subvenciones del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas, una parte de los Institutos Nacionales de Salud, apoyó el trabajo de los investigadores.

Es como una escalera

Para los investigadores estaba claro que estos nanomateriales, "micelas de copolímero pentabloque, "según el artículo de los investigadores, ayudó a las células B a iniciar la producción de anticuerpos (las micelas son estructuras que se autoensamblan en agua o aceites a medida que sus moléculas se alinean debido a sus propiedades de amar o odiar el agua).

"De nuestros estudios, comprendimos desde el principio que estas micelas autoensamblables son diferentes de los otros tipos de adyuvantes que existen, ", Dijo Senapati." Lo que no sabíamos era la razón detrás de este tipo único de respuesta inmune generada por ellos y eso para mí fue la parte más intrigante de este proyecto ".

Mallapragada dijo que los investigadores pudieron adaptar la química de los nanomateriales, creando "micelas con funcionalidad añadida".

Una de esas funciones es la capacidad de las micelas cargadas positivamente para asociarse con múltiples antígenos e interactuar directamente con los receptores de las células B, según el papel. Esta reticulación de los receptores de células B condujo a una mejor producción de anticuerpos y una respuesta inmunitaria mejorada a una vacuna.

"Estas micelas actúan como un andamio para entrecruzar dos receptores, "dijo Michael Wannemuehler, director asociado del Nanovaccine Institute y profesor de microbiología veterinaria y medicina preventiva del estado de Iowa.

Dijo que el enlace cruzado es fuerte y estable, como una escalera enganchada en ambos extremos, y es eficaz para estimular la producción de anticuerpos por las células B.

Esa activación celular se produjo sin la respuesta inflamatoria que acompaña a otros adyuvantes de vacunas, potencialmente producir una "respuesta inmune 'justa'" que podría ser "crítica en el diseño racional de vacunas para adultos mayores" que a menudo sufren de inflamación crónica, según el papel.

Fabricación de anticuerpos de laboratorio

Ahora que los investigadores entendieron el mecanismo "entre bastidores" del refuerzo de anticuerpos de las micelas, Senapati dijo que querían ver qué más podían encontrar.

"El siguiente paso obvio fue probar nuestra hipótesis con antígenos de algunos patógenos del mundo real y ver si estas micelas podrían usarse potencialmente para producir anticuerpos contra ellos". " ella dijo.

Utilizaron los andamios de micelas para presentar antígenos para el SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, y Yersinia pestis, la bacteria que causa la peste neumónica, a las células B en cultivo.

Esas células comenzaron a generar "cantidades de anticuerpos terapéuticos a escala de laboratorio" contra los dos antígenos, "ampliar aún más el valor de estos nanomateriales para desarrollar rápidamente contramedidas contra enfermedades infecciosas, "según el periódico.

Esos anticuerpos podrían usarse potencialmente para kits de pruebas de diagnóstico o para tratamientos como los anticuerpos monoclonales que se han desarrollado para tratar COVID-19, Wannemuehler dijo.

"Hay diferentes formas de producir anticuerpos, ", Dijo Narasimhan." El método que encontramos es una alternativa que podría ser bastante poderosa si se generaliza a otras enfermedades. Podría ser una plataforma plug-and-play ".

Debido a que es un adyuvante de vacuna eficaz y un productor de anticuerpos, el documento dice que la plataforma de nanomateriales desarrollada por el equipo de estudio es "una herramienta muy versátil en el desarrollo de múltiples contramedidas contra enfermedades infecciosas emergentes y reemergentes".