پیشگیری از پاندمی: دانشمندان MIT واکسنی ساخته‌اند که از شیوع جهانی بعدی جلوگیری می‌کند

پژوهشگرانی از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) گام‌های مهمی در توسعه واکسنی برداشته‌اند که می‌تواند در برابر واریانت‌های نوظهور SARS-CoV-2، ویروسی که مسئول COVID-19 است، و همچنین ویروس‌های مرتبط با آن که به عنوان ساربی‌ویروس‌ها شناخته می‌شوند، حفاظت ارائه دهد.

این ویروس‌ها می‌توانند از حیوانات به انسان منتقل شوند و نگرانی‌هایی در زمینه بهداشت عمومی جهانی ایجاد کنند.

SARS-CoV-2 تنها ویروس در خانواده ساربی‌ویروس‌ها نیست؛ بلکه شامل ویروس سارس اولیه که در اوایل دهه ۲۰۰۰ یک شیوع بزرگ ایجاد کرد نیز می‌شود.

پیشگیری از پاندمی

واریانت‌های فعلی که در حیات وحش، به‌ویژه در خفاش‌ها و پستانداران گوناگون، در گردش هستند، می‌توانند به طور بالقوه در آینده انسان‌ها را آلوده کنند.

برای مقابله با این تهدید قریب الوقوع، پژوهشگران یک واکسن جدید طراحی کرده‌اند که از تکنیک‌های پیشرفته ایمنی‌شناسی و مدل‌های کامپیوتری بهره‌وری می‌کند.

پایه این واکسن نوآورانه استفاده از نانوذرات است. با اتصال تا هشت نسخه متمایز از پروتئین‌های اتصال گیرنده ساربی‌ویروس‌ها (RBDs) به این نانوذرات، تیم واکسنی ایجاد کرده است که تولید آنتی بادی‌هایی را که بخش‌های پایداری از RBDها را هدف قرار می‌دهند، تحریک می‌کند.

این طراحی به طور قابل توجهی احتمال جهش‌های ویروسی که می‌توانند پاسخ ایمنی ایجاد شده توسط واکسن‌ها را فرار کنند، کاهش می‌دهد.

«این پروژه نشان می‌دهد که یکپارچه‌سازی روش‌های محاسباتی با تحقیقات ایمنی‌شناسی می‌تواند بسیار موثر باشد،» آروپ ک. چاکرابورتی، استاد موسسه جان ام. دیوتچ در MIT و عضو هر دو موسسه مهندسی پزشکی و علوم MIT و موسسه راگون MIT، MGH، و دانشگاه هاروارد اظهار می‌کند.

چاکرابورتی و پاملا بیورکمن، استادان زیست‌شناسی و مهندسی زیستی در Caltech، نویسندگان ارشد این مطالعه پیشگام که اخیراً در مجله Cell منتشر شده است، می‌باشند.

این تحقیق توسط اریک وانگ، دانشجوی دکترای Caltech، با مشارکت پسادکتور الکساندر کوهن و دانشجوی دکترا لوئیس کالدرا رهبری شد.

این تحقیق بر پایه تلاش‌های قبلی به رهبری بیورکمن و کوهن بنا شده است که یک نانوذره «موزاییک» ۶۰ مر توسعه داده که هشت پروتئین مختلف RBD ساربی‌ویروس‌ها را نمایش می دهد.

RBD بخشی حیاتی از پروتئین اسپایک ویروسی است که ورود ویروس به سلول‌های میزبان را تسهیل می‌کند و هدف اصلی برای آنتی بادی‌های محافظ است.

معمولاً مناطقی درون RBDها که می‌توانند جهش کنند، به بهترین وجه قابل دسترسی برای آنتی بادی‌های ایجاد شده توسط واکسن‌های سنتی هستند.

آنتی بادی‌هایی که توسط واکسن‌های فعلی mRNA COVID-19 تولید می‌شوند، تمایل دارند مناطق متغیر و به راحتی قابل دسترسی را هدف قرار دهند؛ که این یک دلیل کلیدی است چرا به‌روز رسانی‌ها برای مقابله با واریانت‌های جدید اغلب نیازمندند.

واکسن جدید

در مقابل، این واکسن جدید سعی دارد تولید آنتی بادی‌هایی را تحریک کند که مناطق مشترک و پایدار درون RBDها را هدف قرار می‌دهند که احتمال جهش در آن‌ها کمتر است. این روش گسترده‌تر می‌تواند محافظت پایدارتر در برابر ساربی‌ویروس‌های مختلف فراهم کند.

مکانیزم پشت واکسن شامل تحریک سلول‌های B است که گیرنده‌هایی را توسعه می‌دهند که به آنتی بادی‌ها تبدیل می‌شوند.

برای فعال‌سازی مؤثر، این گیرنده‌ها بهترین عملکرد را زمانی دارند که با چندین نسخه از یک آنتی‌ژن برخورد کنند تا پیوند برقرار کنند. متاسفانه، مناطق محافظت شده RBDها کمتر قابل دسترس هستند، و باعث می‌شود که سلول‌های B به جای آن مناطق متغیرتر و به راحتی دسترس‌پذیرتر را هدف قرار دهند.

واکسن نانوذره‌ای پژوهشگران حاوی ۶۰ نسخه از RBDهای مربوط به هشت ویروس ساربی‌مرتبط است تا این چالش را رفع کند.

تنوع پروتئین‌های نمایش داده شده بر روی هر نانوذره احتمال اینکه RBDهای مشابه در کنار یکدیگر قرار گیرند را کاهش می‌دهد، و احتمال اینکه یک گیرنده سلول B مناطق محافظت‌شده را به درستی شناسایی کرده و پیوند برقرار کند را افزایش می‌دهد.

«ایده پشت واکسن ما این است که با نمایش چندین RBD متفاوت بر روی نانوذره، ما می‌توانیم برای سلول‌های B که قادر به شناسایی و پاسخ به مناطق محافظت‌شده هستند، انتخاب کنیم،» کوهن توضیح می‌دهد.

«این در نهایت به یک پاسخ آنتی بادی گسترده‌تر منجر می‌شود و می‌تواند راه را برای اثرات محافظتی گسترده‌تر باز کند.»

نتایج promising از مطالعات حیوانی نشان داده است که واکسن موزاییک-۸ واکنش‌های قوی آنتی بادی در برابر گستره‌ای از واریانت‌های SARS-CoV-2 و دیگر ساربی‌ویروس‌ها تحریک می‌کند.

همچنین واکسن وقتی حیوانات با SARS-CoV-2 و ویروس سارس اولیه مورد آزمایش قرار گرفتند ، حفاظت ارائه داد.

پس از تحقیقات قبلی منتشر شده در 2021 و 2022، تیم Caltech با آزمایشگاه چاکرابورتی در MIT همکاری کردند تا به بررسی رویکردهای محاسباتی بپردازند که بتواند ترکیبات RBD کشف کند که حتی پاسخ‌های آنتی بادی قوی‌تری در برابر انتخاب متنوعی از ساربی‌ویروس‌ها القا کند.

این پروژه شامل دو استراتژی اصلی بود: غربالگری محاسباتی بزرگ مقیاس از جهش‌های ممکن در RBD SARS-CoV-2 و ارزیابی نسخه‌های RBD که به‌صورت طبیعی در ساربی‌ویروس‌های زئونوتیک یافت می‌شوند.

در روش اول، تیم با سویه اصلی SARS-CoV-2 شروع کرد و حدود 800,000 توالی کاندید توسعه دادند با معرفی تغییراتی در سایت‌هایی که شناخته شده است بر پیوند آنتی بادی تأثیر دارند.

همانطور که مبارزه علیه COVID-19 ادامه دارد، این کار پیشگام اهمیت تحقیق و نوآوری مداوم در توسعه واکسن را برای پیشی گرفتن از تهدیدات ویروسی در حال تحول تاکید می‌کند.