新しいワクチンプラットフォームは希少な防御B細胞を促進します |マサチューセッツ工科大学ニュース

免疫療法とワクチン研究の長年の目標は、HIV やインフルエンザなどの致死性ウイルスを中和する抗体をヒトに誘導することです。特に興味深いのは、「広範囲に中和する」抗体であり、これは原理的には、急速に変異して人間の免疫系を回避する HIV などのウイルスの複数の株を排除できることを意味します。

MITとスクリップス研究所の研究者らは現在、広範な中和抗体を産生するように進化できる希少な前駆体B細胞の相当数を生成するワクチンを開発した。これらの細胞を拡大することが、HIV ワクチンの成功への第一歩です。

研究者のワクチン設計では、スクリップスで開発されたeOD-GT8と呼ばれる人工HIV免疫原の多数のコピーを表示するウイルス様粒子（VLP）を作製するための足場として、タンパク質の代わりにDNAを使用している。このワクチンは、ヒトの臨床試験で大きな成功を収めたタンパク質ベースのウイルス様粒子と比較して、ヒト化マウスモデルにおいて実質的により多くの前駆体B細胞を生成しました。

前臨床研究では、DNA-VLP が臨床製品よりも 8 倍多くの望ましい、つまり「ターゲット通り」の B 細胞を生成することが示され、非常に強力であることがすでに示されていました。

「スクリップスのすでに優れた VLP が DNA ベースの VLP よりも大幅に優れていたことに私たちは皆驚きました」と MIT の生物工学教授であり、MIT とハーバード大学のブロード研究所の準会員であるマーク・ベイス氏は言います。 「これらの初期の前臨床結果は、さまざまな適応症にわたる積極的免疫療法やワクチン設計についての考え方を変える可能性のある、まったく新しいファーストインクラスのVLPとしての画期的な進歩の可能性を示唆しています。」

研究者らはまた、DNA足場が、改変されたHIV抗原に適用された場合、免疫反応を誘導しないことも示した。これは、HIV などの困難な疾患など、追加免疫戦略が必要な場合に、DNA VLP を使用して複数の抗原を送達できる可能性があることを意味します。

「DNA-VLPにより、VLP自体を標的とするB細胞が、ワクチン免疫学における長年の疑問である『標的通りの』B細胞反応の発現を制限するかどうかを初めて評価することができました」と、スクリップス研究所の免疫学および微生物学の教授でハワード・ヒューズ医学研究所の研究員でもあるダレル・アービン氏は言う。

ベイスとアーヴィンはこの研究の上級著者であり、 今日登場するのは 科学。この論文の主著者はアンナ・ロマノフ博士、25 年です。

B細胞のプライミング

この新しい研究は、B細胞の特定の系統を拡大する能動的免疫療法とワクチンを開発するための、現在進行中の世界的な取り組みの一環である。すべての人間は、HIV を中和できる適切な B 細胞を生成するために必要な遺伝子を持っていますが、それらは非常にまれであり、広範囲に中和するためには多くの突然変異が必要です。しかし、適切な一連の抗原に曝露された場合、これらの細胞は原理的に進化して、最終的に必要な広範な中和抗体を産生することができます。

HIV の場合、VRC01 と呼ばれるそのような標的抗体の 1 つが、2010 年に国立衛生研究所の研究者によって、HIV に感染しながらもエイズを発症しなかったヒトを研究した際に発見されました。これにより、この標的抗体を誘導する HIV ワクチンを開発するという世界的な大規模な取り組みが始まりましたが、これは依然として未解決の課題です。

HIV中和抗体の生成には3段階のワクチン接種が必要と考えられており、各段階はB細胞の進化を正しい標的である天然のHIVエンベロープタンパク質gp120に導くのに役立つ異なる抗原によって開始されます。

2013年、スクリップスの免疫学および微生物学の教授であるウィリアム・シーフは、プライミングとして知られるこのプロセスの最初のステップに使用できるeOD-GT6と呼ばれる人工抗原を報告しました。その後、彼のチームは抗原を eOD-GT8 にアップグレードしました。タンパク質 VLP 上に配列された eOD-GT8 をワクチン接種すると、マウスと最近ではヒトの両方で VRC01 に対する初期の抗体前駆体が生成されました。これは、HIV ワクチンへの重要な第一歩です。

しかし、タンパク質 VLP は、無関係で潜在的に非常に注意をそらす可能性のあるタンパク質 VLP 自体に結合する、実質的な「オフターゲット」抗体も生成しました。これは、HIV の対象となる標的 B 細胞の増殖や他の困難な免疫療法の応用に未知の影響を与える可能性があります。

ベイス研究室とアーバイン研究室は、プライミング抗原を送達するためにタンパク質の代わりに DNA から作られた粒子を使用できるかどうかのテストを開始しました。これらのナノスケール粒子は、合成 DNA の構造を正確に制御し、研究者がウイルス抗原を特定の位置に結合できるようにする方法である DNA オリガミを使用して作成されます。

2024年、ベイスとハーバード大学医学部准教授でラゴン研究所の主任研究員であるダニエル・リングウッドは、このDNA VLPを使用して、 SARS-CoV-2 ワクチン マウスで中和抗体を生成します。その研究から、研究者らは、タンパク質とは異なり、DNA 足場が VLP 自体に対する抗体を誘導しないことを学びました。彼らは、これによってより集中的な抗体反応も可能になるのではないかと考えました。

これらの結果に基づいて、ロマノフ氏は、ベイス氏とアーバイン氏の共同アドバイスを受けて、eOD-GT8 に基づいた DNA VLP をスクリップス HIV プライミング ワクチンに適用することに着手しました。

「DNA-VLP上のSARS-CoV-2抗原に関する我々の以前の研究は、DNA-VLPを使用して免疫応答を目的の抗原に集中させることができることを示した。この特性は、目的のB細胞が非常に稀であるHIVのような場合に特に有用であると考えられた。したがって、（サイレントDNAナノ粒子上でワクチンを送達することによって）他の無関係なB細胞間の競合を減らすことが、これらの希少細胞が生き残る可能性を高めるのに役立つのではないかと仮説を立てた」とロマノフ教授は言う。

しかし、マウスを使った初期の研究では、ワクチンが最初の初回刺激投与に対して十分な初期B細胞反応を誘導しないことが示された。

DNA VLP を再設計した後、Romanov らは、遺伝子操作された抗原の 30 コピーではなく 60 コピーを含む直径の小さいバージョンが、抗原特異的 B 細胞の総数と目的の特定の HIV ドメインをターゲットとする B 細胞の割合の両方において、臨床タンパク質 VLP 構築物よりも劇的に優れていることを発見しました。これは、リンパ節の B 細胞濾胞における粒子の保持力が向上し、B 細胞の生存を促進するヘルパー T 細胞との連携が向上した結果です。

全体として、これらの改善により、粒子はタンパク質足場によって担持される eOD-GT8 からなるワクチンよりも 8 倍多くのオンターゲット B 細胞を生成することができました。リングウッド研究室によって解明されたもう1つの重要な発見は、DNA粒子がタンパク質VLPよりも効率的にVRC01前駆体B細胞をVRC01抗体に向けて促進するということであった。

「ワクチン免疫学の分野では、ワクチン抗原上の標的保護エピトープに対するB細胞の応答が、同じ抗原上の隣接するオフターゲットエピトープへの応答によって妨げられるかどうかという問題が、熱心に研究されてきました」と、モデルナ社のタンパク質設計担当副社長でもあるシーフ氏は言う。 「他の研究からは、オフターゲット応答があまり影響を与えない可能性があることを示唆するデータがいくつかありますが、この研究は、DNA VLPを使用してオフターゲット応答を減らすことで、望ましいオンターゲット応答を改善できることを非常に説得力をもって示しています。」

「ナノ粒子製剤は、さまざまな抗原に対する抗体反応を高めるのに優れていますが、粒子自体の構造抗原に特異的なB細胞との競合が、標的エピトープに対する抗体反応の妨げにならないかどうかという、やっかいな疑問が常にあります」と、この研究には関与していないロックフェラー大学の免疫学、ウイルス学、微生物学の教授であるガブリエル・ビクトラ氏は言う。 「核酸に対するB細胞の自然な耐性を利用するDNAベースの粒子は、この問題を回避する賢いアイデアであり、研究チームの洗練された実験は、この戦略を使用して、難しいエピトープをより簡単に標的にできることを明らかに示しています。」

「静かな」足場

DNA-VLP足場が足場特異的抗体を誘導しないという事実は、研究者らが現在調査しているように、ワクチンシリーズに必要な2番目および潜在的に3番目の抗原を運ぶためにDNA-VLP足場が使用できる可能性があることを意味する。また、このアプリケーションや他のアプリケーションでは、オフターゲットの無関係なタンパク質 VLP 足場によって競合され、支配されている多数の抗原に対して、大幅に改善されたオンターゲット抗体を提供できる可能性があります。

「この論文の画期的な点は、DNA-VLPが抗体反応を目的の標的抗原にどのように「集中」させることができるかを厳密かつ機構的に定量化したことである。これは、我々が以前に示したこのDNAベースの足場のサイレントな性質が免疫系に対してステルスであることの結果である」とBathe氏は言う。

より広範には、この新しいタイプのVLPは、インフルエンザなどのパンデミックの脅威や、潜在的には化学兵器に対する他の種類の防御抗体反応を生成するために使用できる可能性があると研究者らは示唆している。あるいは、アルツハイマー病などの変性疾患を治療するためにアミロイドベータやタウタンパク質を標的とする抗体を生成したり、依存症に苦しむ人々を助けるためにオピオイドやニコチンなどの有害化学物質を標的とした抗体を生成するための能動免疫療法として使用される可能性もあります。

この研究は国立衛生研究所から資金提供を受けました。 MGH、MIT、ハーバード大学のラゴン研究所。ハワード・ヒューズ医学研究所。国立科学財団。ノボ ノルディスク財団。国立がん研究所からのコッホ研究所支援（コア）助成金。国立環境保健研究所。エイズワクチン発見のためのゲイツ財団の協力。 IAVI中和抗体センター。国立アレルギー感染症研究所。そしてMITの兵士ナノテクノロジー研究所を通じて米国陸軍研究局。