Los nanoingenieros de la Universidad de California, en Estados Unidos, han desarrollado candidatos a vacunas contra la COVID-19 que pueden soportar el calor, con virus de plantas o bacterias como ingredientes principales, según publican en el Journal of the American Chemical Society.
Las nuevas vacunas contra la COVID-19, que no necesitan nevera, se encuentran todavía en la fase inicial de desarrollo. En ratones, las vacunas candidatas desencadenaron una elevada producción de anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV-2. Si resultan seguras y eficaces en las personas, podrían suponer un gran cambio en los esfuerzos de distribución mundial, incluidos los de las zonas rurales o las comunidades con pocos recursos.
"Lo interesante de nuestra tecnología de vacunas es que son térmicamente estables, por lo que podrían llegar fácilmente a lugares donde no es posible instalar congeladores de temperatura ultrabaja o hacer circular camiones con estos congeladores", explica Nicole Steinmetz, profesora de nanoingeniería y directora del Centro de Nanoinmunoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego.
Los investigadores crearon dos vacunas candidatas contra la COVID-19. Una está hecha de un virus vegetal, llamado virus del mosaico del caupí. La otra está hecha a partir de un virus bacteriano, o bacteriófago, llamado Q beta.
Ambas vacunas se fabricaron con recetas similares. Los investigadores utilizaron plantas de caupí y bacterias 'E. coli' para cultivar millones de copias del virus vegetal y del bacteriófago, respectivamente, en forma de nanopartículas con forma de bola. Los investigadores cosecharon estas nanopartículas y luego adjuntaron un pequeño trozo de la proteína de la espiga del SARS-CoV-2 a la superficie.
Los productos acabados tienen el aspecto de un virus infeccioso para que el sistema inmunitario pueda reconocerlos, pero no son infecciosos en animales ni en humanos. El pequeño trozo de la proteína de espiga unido a la superficie es lo que estimula al organismo a generar una respuesta inmunitaria contra el coronavirus.
Los investigadores señalan varias ventajas de utilizar virus vegetales y bacteriófagos para fabricar sus vacunas. Por un lado, pueden ser fáciles y baratos de producir a gran escala. "Cultivar plantas es relativamente fácil y requiere una infraestructura no demasiado sofisticada --afirma Steinmetz--. Y la fermentación mediante bacterias ya es un proceso establecido en la industria biofarmacéutica".
En ratones, las vacunas candidatas desencadenaron una elevada producción de anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV-2. Si resultan seguras y eficaces en las personas, podrían suponer un gran cambio en los esfuerzos de distribución mundial
Otra gran ventaja es que las nanopartículas de virus vegetales y bacteriófagos son extremadamente estables a altas temperaturas. Por ello, las vacunas pueden almacenarse y enviarse sin necesidad de mantenerlas en frío. También pueden someterse a procesos de fabricación que utilizan calor.
El equipo está utilizando estos procesos para envasar sus vacunas en implantes de polímero y parches de microagujas. Estos procesos consisten en mezclar las vacunas candidatas con polímeros y fundirlos juntos en un horno a temperaturas cercanas a los 100 grados Celsius. El hecho de poder mezclar directamente las nanopartículas de virus vegetales y bacteriófagos con los polímeros desde el principio facilita la creación de implantes y parches de vacunas.
El objetivo es dar a la gente más opciones para conseguir la vacuna COVID-19 y hacerla más accesible. Los implantes, que se inyectan bajo la piel y liberan lentamente la vacuna a lo largo de un mes, solo tendrían que administrarse una vez. Y los parches de microagujas, que pueden llevarse en el brazo sin dolor ni molestias, permitirían a las personas autoadministrarse la vacuna.
"Imagínese que los parches de la vacuna pudieran enviarse a los buzones de nuestras personas más vulnerables, en lugar de tener que salir de sus casas y arriesgarse a la exposición", apunta Jon Pokorski, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego, cuyo equipo desarrolló la tecnología para hacer los implantes y los parches de microagujas.
"Lo interesante de nuestra tecnología de vacunas es que son térmicamente estables, por lo que podrían llegar fácilmente a lugares donde no es posible instalar congeladores de temperatura ultrabaja o hacer circular camiones con estos congeladores"
"Si las clínicas pudieran ofrecer un implante de una sola dosis a aquellos que tendrían muchas dificultades para acudir a su segunda vacuna, esto ofrecería protección a un mayor número de personas y tendríamos más posibilidades de frenar la transmisión", añade Pokorski, que también es miembro fundador del Instituto de Descubrimiento y Diseño de Materiales de la universidad.
En las pruebas, los candidatos a la vacuna COVID-19 del equipo se administraron a ratones mediante implantes, parches de microagujas o una serie de dos inyecciones. Los tres métodos produjeron altos niveles de anticuerpos neutralizantes en la sangre contra el SARS-CoV-2.
Los investigadores descubrieron que estos mismos anticuerpos también neutralizaban el virus del SRAS. Todo se reduce a la pieza de la proteína de la espiga del coronavirus que se une a la superficie de las nanopartículas. Una de estas piezas que el equipo de Steinmetz eligió, denominada epítopo, es casi idéntica entre el SARS-CoV-2 y el virus original del SARS.
"El hecho de que la neutralización sea tan profunda con un epítopo tan bien conservado entre otro coronavirus mortal es notable --explica el coautor Matthew Shin, estudiante de doctorado de nanoingeniería en el laboratorio de Steinmetz--. Esto nos da esperanzas para una potencial vacuna contra el pan-coronavirus que podría ofrecer protección contra futuras pandemias".
Otra ventaja de este epítopo en particular es que no se ve afectado por ninguna de las mutaciones del SARS-CoV-2 que se han registrado hasta ahora. Esto se debe a que este epítopo procede de una región de la proteína de la espiga que no se une directamente a las células.
"Utilizamos las mismas nanopartículas, los mismos polímeros, el mismo equipo y la misma química para unir todo. La única variable es el antígeno que pegamos a la superficie"
Esto es diferente de los epítopos de las vacunas COVID-19 administradas actualmente, que proceden de la región de unión de la proteína de la espiga, donde se han producido muchas mutaciones, algunas de las cuales mutaciones han hecho que el virus sea más contagioso.
Los epítopos de la región de no unión son menos propensos a sufrir estas mutaciones, apunta Oscar Ortega-Rivera, investigador postdoctoral en el laboratorio de Steinmetz y primer autor del estudio.
Ello significa que las nuevas vacunas COVID-19 podrían ser potencialmente eficaces contra las variantes que preocupan, añade Ortega-Rivera, y actualmente se están realizando pruebas para ver qué efecto tienen contra la variante Delta, por ejemplo.
Otra cosa que entusiasma a Steinmetz sobre esta tecnología de vacunas es la versatilidad que ofrece para hacer nuevas vacunas. "Incluso si esta tecnología no tiene un impacto en COVID-19, puede adaptarse rápidamente a la siguiente amenaza, al siguiente virus X", subraya Steinmetz.
La fabricación de estas vacunas dice, es "plug and play": se cultivan nanopartículas de virus vegetales o bacteriófagos de plantas o bacterias, respectivamente, y luego se adhiere un trozo del virus, patógeno o biomarcador objetivo a la superficie.
"Utilizamos las mismas nanopartículas, los mismos polímeros, el mismo equipo y la misma química para unir todo. La única variable es el antígeno que pegamos a la superficie", explica Steinmetz.
Las vacunas resultantes no necesitan conservarse en frío. Pueden empaquetarse en implantes o parches de microagujas o pueden administrarse directamente de la forma tradicional mediante inyecciones.
Los laboratorios de Steinmetz y Pokorski han utilizado esta receta en estudios anteriores para fabricar vacunas candidatas para enfermedades como el VPH y el colesterol. Y ahora han demostrado que también funciona para fabricar las vacunas candidatas contra el COVID-19.
Las vacunas todavía tienen un largo camino que recorrer antes de llegar a los ensayos clínicos. En el futuro, el equipo probará si las vacunas protegen contra la infección por COVID-19, así como sus variantes y otros coronavirus mortales, in vivo.