Les nanoparticules qui améliorent la délivrance de l’ARNm pourraient réduire la posologie et les coûts des vaccins

Une nouvelle particule d’administration développée au MIT pourrait rendre les vaccins à ARNm plus efficaces et potentiellement réduire le coût par dose de vaccin.

Dans des études chez la souris, les chercheurs ont montré qu’un vaccin contre la grippe à ARNm délivré avec leur nouvelle nanoparticule lipidique pourrait générer la même réponse immunitaire que l’ARNm délivré par des nanoparticules fabriquées avec des matériaux approuvés par la FDA, mais à environ 1/100 de la dose.

“L’un des défis liés aux vaccins à ARNm est leur coût”, explique Daniel Anderson, professeur au département de génie chimique du MIT et membre de l’Institut Koch de recherche intégrative sur le cancer et de l’Institut d’ingénierie médicale et de science (IMES).

“Quand on pense au coût de fabrication d’un vaccin qui pourrait être largement distribué, cela peut vraiment s’additionner. Notre objectif a été d’essayer de fabriquer des nanoparticules qui peuvent vous donner une réponse vaccinale sûre et efficace, mais à une dose beaucoup plus faible.”

Si les chercheurs ont utilisé leurs particules pour administrer un vaccin contre la grippe, elles pourraient également être utilisées pour des vaccins contre le COVID-19 et d’autres maladies infectieuses, affirment-ils.

Anderson est l’auteur principal de l’étude, qui apparaît dans Nature Nanotechnologie. Les auteurs principaux de l’article sont Arnab Rudra, scientifique invité à l’Institut Koch ; Akash Gupta, chercheur à l’Institut Koch ; et Kaelan Reed, étudiante diplômée du MIT.

Livraison efficace

Pour empêcher les vaccins à ARNm de se décomposer dans l’organisme après injection, ils sont conditionnés dans une nanoparticule lipidique, ou LNP. Ces sphères graisseuses aident l’ARNm à pénétrer dans les cellules afin qu’il puisse être traduit en un fragment de protéine provenant d’un agent pathogène tel que la grippe ou le SRAS-CoV-2.

Dans la nouvelle étude, l’équipe du MIT a cherché à développer des particules capables d’induire une réponse immunitaire efficace, mais à une dose inférieure à celle des particules actuellement utilisées pour administrer les vaccins à ARNm contre la COVID-19. Cela pourrait non seulement réduire les coûts par dose de vaccin, mais également contribuer à atténuer les effets secondaires potentiels, affirment les chercheurs.

Les LNP sont généralement constitués de cinq éléments : un lipide ionisable, du cholestérol, un phospholipide auxiliaire, un lipide de polyéthylène glycol et un ARNm. Dans cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur le lipide ionisable, qui joue un rôle clé dans la force du vaccin.

Sur la base de leur connaissance des structures chimiques susceptibles d’améliorer l’efficacité de l’administration, les chercheurs ont conçu une bibliothèque de nouveaux lipides ionisables. Ceux-ci contenaient des structures cycliques, qui peuvent contribuer à améliorer la délivrance d’ARNm, ainsi que des groupes chimiques appelés esters, qui, selon les chercheurs, pourraient également contribuer à améliorer la biodégradabilité.

Les chercheurs ont ensuite créé et examiné de nombreuses combinaisons de ces structures de particules chez la souris pour voir laquelle pourrait transmettre le plus efficacement le gène de la luciférase, une protéine bioluminescente. Ensuite, ils ont pris leur particule la plus performante et ont créé une bibliothèque de nouvelles variantes, qu’ils ont testées lors d’un autre cycle de sélection.

À partir de ces écrans, le principal LNP qui a émergé est celui que les chercheurs ont appelé AMG1541. L’une des principales caractéristiques de ces nouveaux LNP est qu’ils sont plus efficaces pour faire face à une barrière majeure à la délivrance de particules, connue sous le nom d’évasion endosomale. Une fois que les LNP pénètrent dans les cellules, ils sont isolés dans des compartiments cellulaires appelés endosomes, dont ils doivent sortir pour délivrer leur ARNm. Les nouvelles particules y parviennent plus efficacement que les LNP existantes.

Un autre avantage des nouveaux LNP est que les groupes ester présents dans les queues rendent les particules dégradables une fois qu’elles ont livré leur cargaison. Cela signifie qu’ils peuvent être éliminés rapidement de l’organisme, ce qui, selon les chercheurs, pourrait réduire les effets secondaires du vaccin.

Des vaccins plus puissants

Pour démontrer les applications potentielles du LNP AMG1541, les chercheurs l’ont utilisé pour administrer un vaccin contre la grippe à ARNm chez la souris. Ils ont comparé l’efficacité de ce vaccin à un vaccin contre la grippe fabriqué avec un lipide appelé SM-102, approuvé par la FDA et utilisé par Moderna dans son vaccin COVID-19.

Les souris vaccinées avec les nouvelles particules ont généré la même réponse en anticorps que les souris vaccinées avec la particule SM-102, mais seulement 1/100 de la dose était nécessaire pour générer cette réponse, ont découvert les chercheurs.

“C’est une dose presque cent fois inférieure, mais vous générez la même quantité d’anticorps, ce qui peut réduire considérablement la dose. Si cela se traduit chez les humains, cela devrait également réduire considérablement le coût”, explique Rudra.

D’autres expériences ont révélé que les nouveaux LNP sont mieux à même de livrer leur cargaison à un type critique de cellules immunitaires appelées cellules présentatrices d’antigène. Ces cellules hachent les antigènes étrangers et les affichent à leur surface, ce qui signale à d’autres cellules immunitaires telles que les cellules B et T de s’activer contre cet antigène.

Les nouveaux LNP sont également plus susceptibles de s’accumuler dans les ganglions lymphatiques, où ils rencontrent beaucoup plus de cellules immunitaires.

L’utilisation de ces particules pour administrer des vaccins contre la grippe à ARNm pourrait permettre aux développeurs de vaccins de mieux correspondre aux souches de grippe qui circulent chaque hiver, affirment les chercheurs.

“Avec les vaccins traditionnels contre la grippe, ils doivent commencer à être fabriqués presque un an à l’avance”, explique Reed. “Avec l’ARNm, vous pouvez commencer à le produire beaucoup plus tard dans la saison et avoir une idée plus précise de ce que seront les souches en circulation, et cela peut contribuer à améliorer l’efficacité des vaccins contre la grippe.”

Les particules pourraient également être adaptées pour les vaccins contre le COVID-19, le VIH ou toute autre maladie infectieuse, affirment les chercheurs.

“Nous avons constaté qu’ils fonctionnent bien mieux que tout ce qui a été rapporté jusqu’à présent. C’est pourquoi, pour tout vaccin intramusculaire, nous pensons que nos plates-formes LNP pourraient être utilisées pour développer des vaccins contre un certain nombre de maladies”, explique Gupta.

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.