生物材料疫苗可以预防广泛的细菌感染和感染性休克
由于耐药微生物感染的数量不断增加，致病菌的流行爆发，以及未来可能出现的新生物威胁的持续可能性，目前对传染病的临床干预正面临越来越大的挑战。有效的疫苗可以作为一道屏障，预防许多细菌感染及其一些最严重的后果，包括败血症。根据美国疾病控制与预防中心(CDC)的数据，“美国每年至少有170万成年人患上败血症。近27万美国人死于败血症，三分之一死于医院的患者患有败血症。”然而，对于引起败血症和许多其他疾病的最常见的细菌病原体，仍然没有疫苗。
现在，正如在自然生物医学工程来自哈佛大学Wyss生物工程研究所和John a . Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的多学科研究团队开发了一种基于生物材料的感染疫苗(ciVAX)方法，作为一种可以广泛应用于这一普遍问题的解决方案。ciVAX疫苗结合了两种目前正在临床开发中用于其他应用的技术，它们共同能够从广泛的病原体中捕获免疫原性抗原，并将其纳入免疫细胞招募生物材料支架中。在皮肤下注射或植入ciVAX疫苗，然后重新编程免疫系统对病原体采取行动。
“到目前为止，我们设计和测试的疫苗的保护能力及其刺激的免疫反应非常令人鼓舞，并开辟了广泛的潜在疫苗应用，从预防败血症到针对未来大流行威胁和生物威胁的快速措施，以及应对兽医医学一些挑战的新解决方案。”通讯作者David Mooney博士说，他是Wyss研究所的创始核心教员，并领导该研究所的免疫材料平台。他也是Robert P. Pinkas家族生物工程教授。
在他们的研究中，研究人员成功地测试了ciVAX技术作为一种预防脓毒症最常见原因的保护措施，包括革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌菌株。他们发现预防性的ciVAX疫苗可以保护所有接种过疫苗的小鼠免受耐抗生素大肠杆菌菌株的致命攻击，而未接种疫苗的对照组动物只有9%存活下来。这突显了该技术的潜力。在由不同的人大肠杆菌分离物诱导的感染性休克猪模型中，ciVAX疫苗可防止所有四只动物发生败血症，而四只未接种疫苗的动物在12小时内发生严重和突然的败血症。最后，使用在人类或动物群体中模仿环形疫苗接种方案的方法，当装载从感染一种致命大肠杆菌菌株的动物中分离出来的病原体来源的物质时，ciVax疫苗能够交叉保护动物免受另一种致命大肠杆菌菌株的感染。
“我们的方法从病原体中捕获了大多数糖蛋白(和糖脂)抗原，并将它们以原生形式呈现给免疫系统，使我们能够获得比由单一或重组抗原混合组成的疫苗更大范围的潜在抗原，”共同第一作者、Wyss首席高级工作人员科学家Michael Super博士说。“针对已知病原体的ciVAX疫苗可以制造和储存，但除此之外，除了细菌抗原外，所有成分都可以从货架稳定的cGMP产品中预先组装。一旦抗原可用，完整的疫苗可以在不到一个小时内组装好，这使这项技术在需要快速反应时比其他疫苗方法具有独特的优势。”Super与共同第一作者Edward Doherty共同构思了ciVAX概念，Edward Doherty曾是Wyss免疫材料平台的首席高级科学家，用于癌症应用基于生物材料的疫苗。
Super和Wyss的创始董事Donald Ingber，医学博士，博士，他也是这项研究的作者，之前开发了病原体捕获技术用于ciVAX，它基于一种天然的人类病原体结合调理素-甘露糖结合凝集素(MBL)，它们与免疫球蛋白的Fc部分融合产生FcMBL。重组FcMBL与120多种不同的病原体和毒素结合，包括细菌、真菌、病毒和寄生虫。在早期的努力中，该团队将FcMBL应用于多种诊断问题，该技术目前正在由Wyss初创公司BOA Biomedical进行临床试验，作为新的败血症治疗的一部分。
ciVAX组件的第二个技术组件是基于生物材料的疫苗技术它是由Mooney和他在Wyss研究所和SEAS的团队以及Dana-Farber癌症研究所的临床合作者开发的一种概念上的新型癌症免疫疗法。在人类癌症患者的临床试验中，一种专门设计的癌症疫苗刺激了显著的抗肿瘤免疫反应。诺华目前正致力于将疫苗技术商业化用于某些癌症应用，Wyss初创公司Attivare Therapeutics正在寻求一种相关的基于生物材料的疫苗方法，Doherty和Wyss前研究人员Benjamin Seiler和Fernanda Langellotto博士也共同撰写了这项研究，他们是创始成员。
为了组装ciVAX疫苗，研究小组在磁珠上使用FcMBL从所选病原体中捕获灭活的含碳水化合物的细菌分子，称为病原体相关分子模式(PAMPs)，然后简单地将复合物与中孔二氧化硅(MPS)颗粒和免疫细胞招募和激活因子混合。在皮肤下，MPS形成一个可渗透的、可生物降解的支架，它招募免疫系统的树突状细胞(dc)，重新编程它们以呈现捕获的PAMPs片段，并再次释放它们。然后，树突状细胞迁移到附近的引流淋巴结，在那里它们策划了针对细菌病原体的广泛免疫反应。研究小组发现，ciVAX疫苗迅速增强了注射部位dc的积累和激活，以及引流淋巴结中dc、产生抗体的B细胞和不同类型T细胞的数量，从而设计了有效的病原体定向免疫反应。
“除了降低医院内外败血症的风险之外，我们的ciVAX疫苗技术有可能挽救许多受到多种病原体威胁的人的生命，此外还有可能在感染传播到人类之前防止感染在动物群体或牲畜中传播。这是一个极好的例子，Wyss来自不同学科和经验的研究人员如何围绕迫切需要解决的医学问题自我聚集，以创造强大的新方法，”Ingber说，他也是HMS和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院的生物工程教授。
