Cientistas projetam e validam estratégia promissora de vacina contra o HIV

Cientistas da Scripps Research, IAVI, Ragon Institute e Moderna, Inc., se uniram para fazer avanços críticos no desenvolvimento de uma vacina eficaz contra o vírus da imunodeficiência humana (HIV).

As descobertas foram publicadas em 29 de setembro de 2022, em Imunidade em dois papéis individuais. A pesquisa descreve os primeiros passos em uma abordagem de vacina que visa estimular a criação de anticorpos amplamente neutralizantes (bnAbs) – anticorpos amplos o suficiente para combater e proteger contra muitas variantes diferentes de um vírus. Ao identificar os bnAbs mais promissores e os genes humanos necessários para produzi-los – além de projetar proteínas e vacinas candidatas de mRNA para iniciar a criação de bnAbs e verificar as candidatas a vacinas – a equipe está abrindo caminho para criar uma vacina eficaz contra o HIV.

“Nossos dois estudos descrevem um esforço colaborativo para entender geneticamente e estruturalmente bnAbs e, finalmente, vacinas de ‘engenharia reversa’ para eliciar esses bnAbs”, diz o autor sênior William Schief, Ph.D., professor da Scripps Research e diretor executivo de design de vacinas da Neutralizing Antibody Center da IAVI na Scripps Research. “O HIV continua sendo um dos vírus mais difíceis de se proteger por causa de sua capacidade natural de mutar rapidamente e evitar a captura do sistema imunológico. obstáculos e criar uma vacina eficaz contra o HIV.”

Construindo para trás

Pesquisadores há muito estudam como uma pequena porcentagem de indivíduos infectados pelo HIV é capaz de produzir bnAbs. Mesmo quando os bnAbs se desenvolvem durante a infecção nesses casos, eles surgem tarde demais para ajudar a bloquear o vírus. No entanto, os pesquisadores demonstraram que os bnAbs podem proteger contra o vírus se estiverem presentes antes de uma pessoa ser infectada pelo HIV. Essa observação levou os cientistas a tentar desenvolver vacinas que induzam bnAbs em indivíduos saudáveis, mas projetar essas vacinas provou ser difícil.

O novo trabalho da Scripps Research, IAVI e Ragon visa quebrar o impasse escolhendo cuidadosamente os bnAbs a serem induzidos e, em seguida, projetando vacinas personalizadas que estimulam o sistema imunológico a produzir os bnAbs alvo de maneira gradual. A equipe se concentrou em bnAbs que se ligam ao ápice do HIV proteína de pico (análogo à proteína spike do SARS-CoV-2). Esses bnAbs de ápice empregam alças extremamente longas (chamadas alças HCDR3) para perfurar a proteína spike como uma lança. Ao se ligar ao ápice do pico do HIV, os bnAbs impedem que o HIV infecte células humanas.

Imunidade de engenharia

Os cientistas primeiro precisavam determinar se a população em geral tinha o células precursoras que eventualmente levaria à criação desses potentes bnAbs.

“Encontrar os bnAbs que precisamos é como procurar uma agulha no palheiro”, diz o co-primeiro autor de ambos os artigos Zachary Berndsen, Ph.D., professor assistente de bioquímica na Universidade de Missouri. “Para fazer uma vacina eficaz, devemos primeiro encontrar os anticorpos precursores que podem eventualmente se tornar bnAbs, ao mesmo tempo em que verificamos se esses anticorpos precursores são comuns o suficiente em toda a população em geral para serem estimulados”, acrescenta Berndsen, que anteriormente era pesquisador associado do laboratório. do professor de pesquisa da Scripps, Andrew Ward.

Todos os bnAbs amadurecem a partir de um tipo de glóbulo branco produtor de anticorpos, chamado de célula B naive. Estas células B são muitas vezes referidas como precursores de “linha germinativa”. Por meio de análises bioinformáticas de um banco de dados maciço de 1,2 bilhão de sequências de anticorpos humanos, os pesquisadores descobriram que dois bnAbs apex tinham as células B precursoras mais frequentes. Essa descoberta levou a equipe a se concentrar no desenvolvimento de uma vacina adaptada para induzir esses dois tipos de bnAb.

“Os longos loops HCDR3 nos bnAbs apex são raros em anticorpos humanos, portanto, pode-se esperar que os precursores desses bnAbs apex também sejam raros”, diz o co-primeiro autor Jordan Willis, Ph.D., cientista principal sênior do IAVI Neutralizing Antibody Centro de Pesquisa Scripps. “No entanto, descobrimos que duas classes de bnAbs apex tinham precursores relativamente comuns, então decidimos focar nossa estratégia de design de vacina nesses dois bnAbs”.

Os pesquisadores então descobriram que as proteínas naturais do HIV não se ligam aos precursores da linha germinativa dos dois bnAbs alvo, o que significa que usar uma proteína natural do HIV como vacina não induziria as respostas desejadas do bnAb. Para resolver esse problema, os pesquisadores projetaram uma proteína de pico de HIV modificada que pode se ligar aos precursores da linhagem germinativa de ambos os bnAbs alvo. Essa proteína de pico projetada serve como o “imunogênio de iniciação”, o primeiro tiro da vacina que se liga e ativa as células B precursoras corretas para iniciar o processo de produção dos bnAbs de ápice desejados.

“O primeiro passo na concepção de uma vacina para induzir esses bnAbs de ápice foi a engenharia de um imunógeno de iniciação com uma alta afinidade de ligação para os precursores da linha germinativa certa”, diz o co-primeiro autor Krystal Ma, um Ph.D. estudante de pós-graduação na Scripps Research. “Os próximos passos serão projetar uma série de imunógenos que podem amadurecer os precursores em bnAbs.”

Depois de muitas rodadas de design e extensos testes in vitro – combinados com “instantâneos” de microscopia crioeletrônica do laboratório Ward, que forneceram informações sobre como o vírus poderia eventualmente lutar contra os bnAbs – a equipe criou um imunógeno de iniciação bem-sucedido.

Os passos finais

Os cientistas da Scripps Research e da IAVI colaboraram com o laboratório de Facundo Batista, Ph.D., diretor associado do Ragon Institute, para mostrar que o novo imunógeno foi capaz de se ligar com sucesso às células B precursoras da linhagem germinativa e provocar as respostas desejadas em camundongos que expressam o bnAb genes germinativos na mesma baixa frequência que aparecem em humanos.

“Este é um passo muito importante, pois mostra que a vacinação com nosso imunógeno pode realmente provocar respostas dos precursores que estávamos mirando”, acrescenta Willis. “Nós também mostramos que a vacinação com uma proteína não modificada do HIV não poderia provocar essas respostas, o que prova que nossa engenharia de afinidade era necessária”.

As respostas de anticorpos têm potencial para se desenvolver em bnAbs que podem combater o HIV, o que os cientistas tentarão alcançar em estudos futuros com diferentes imunógenos de reforço que ainda estão em fase de projeto.

“Nós e nossos colaboradores estamos desenvolvendo essa abordagem, desenvolvendo e testando imunógenos para conduzir os estágios posteriores da maturação do bnAb”, diz Batista.

Como uma vacina bem-sucedida também deve ser viável do ponto de vista de fabricação, a equipe colaborou com cientistas da Moderna para formular com sucesso seus imunógenos direcionados à linhagem germinativa em vacinas de mRNA (semelhantes às vacinas COVID-19). Essa abordagem deu respostas de anticorpos ainda melhores nos camundongos do que a formulação de vacina típica, além de ser muito mais fácil e rápida de fabricar.

Com essa validação em mãos, os pesquisadores continuam a refinar seus vacina abordá-lo e testá-lo em modelos adicionais com a intenção de finalmente entrar na clínica para testes em humanos.