Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) har utviklet en plattform for levering av kreftvaksiner basert på en modifisert M13-bakteriofag. Viruset infiserer bakterier, men er ikke skadelig for mennesker. Det danner en lang, trådlignende nanofiber som kan dekkes med antigener – proteiner som hjelper immunforsvaret med å kjenne igjen bestemte mål.

Forskerne fant at mengden antigener på virusstrukturen påvirker hvor kraftig immunreaksjon vaksinen utløser. Det kan på sikt gjøre det mulig å tilpasse nanopartikler med ulike antigener til egenskapene ved en enkelt pasients svulst.

Justerte mengden kreftantigen

Studien ble ledet av forskere ved MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research. Angela Belcher, professor i biologisk ingeniørvitenskap samt materialvitenskap og ingeniørvitenskap, var seniorforfatter. Arbeidet ble ledet av forskeren Shengnan Huang.

M13-bakteriofagen består av én DNA-tråd omgitt av et proteinhylster, eller kapsid. Forskerne endret kapsidproteinet pVIII ved å feste kreftantigener til overflaten gjennom genetiske instruksjoner som ble ført inn i viruset.

For å kontrollere hvor mange antigenholdige proteiner som havnet på virusoverflaten, la forskerne til én eller to negativt ladede aminosyrer i pVIII-proteinet. Mengden antigener kunne også justeres ved hjelp av en genetisk mutasjon som bremset produksjonen.

Med disse metodene laget teamet partikler der tettheten av modellantigenet SIINFEKL varierte fra 6 til 70 prosent. I forsøk på mus ga en vaksine med 35 prosent antigentetthet sterkere beskyttelse enn en vaksine med 6 prosent.

Færre svulster hos vaksinerte mus

Etter vaksineringen ble musene utsatt for melanomceller som inneholdt det samme antigenet. Hos dyrene som fikk vaksinen med høyere antigentetthet, utviklet det seg sjeldnere svulster. De fikk også flere T-celler som var rettet mot det kreftrelaterte proteinet.

Forskerne fant samtidig at dendrittiske celler oftere tok opp partikler med høyere antigentetthet. Dendrittiske celler er immunceller som bidrar til å aktivere T-celler. Dette kan forklare hvorfor vaksinen med tettere antigenbelegg utløste en mer effektiv beskyttelsesreaksjon.

Plattformen ble også testet med ADPGK, et neoantigen som i musemodellen er særskilt knyttet til svulster i tykktarmen. Neoantigener er proteiner som oppstår som følge av endringer i kreftceller, og som kan hjelpe immunforsvaret med å skille svulster fra friskt vev.

Mus som fikk en vaksine med høyere ADPGK-tetthet, utviklet betydelig sjeldnere tykktarmssvulster. Resultatet tyder på at plattformen kan tilpasses ulike proteiner som kjennetegner kreft.

Viruset kan også forsterke immunreaksjonen

En annen egenskap ved systemet er at M13-viruset selv kan fungere som adjuvans – et stoff som forsterker immunreaksjonen. Virusets enkelttrådede DNA aktiverer en signalvei kalt TLR9, som bidrar til å stimulere det medfødte immunforsvaret.

Ved å endre virusets genetiske sekvens kunne forskerne også kontrollere denne adjuvansaktiviteten. Det kan i prinsippet gjøre det mulig å klare seg uten en separat bestanddel som stimulerer immunforsvaret.

Den modulære oppbygningen innebærer at ett antigen kan byttes ut med et annet for å rette vaksinen mot ulike krefttyper. På sikt kan det dermed bli mulig å utvikle vaksiner som er tilpasset de molekylære egenskapene ved en bestemt pasients kreft.

Fortsatt på preklinisk stadium

Det nye arbeidet bygger videre på tidligere studier der forskergruppen testet M13-baserte nanovaksiner for behandling av allerede utviklede svulster hos mus. I denne studien var hovedoppmerksomheten imidlertid rettet mot vaksinens evne til å hindre svulstdannelse etter at dyrene hadde blitt utsatt for kreftceller.

Metoden befinner seg fortsatt på preklinisk stadium. Det trengs flere studier for å avklare om plattformen kan behandle allerede utviklet kreft på en trygg og effektiv måte, og om resultatene fra museforsøkene kan overføres til mennesker. Studien er publisert i tidsskriftet Advanced Healthcare Materials.