Onderzoekers hebben ontdekt dat een nauwkeurig ontwikkeld HPV-vaccin het vermogen van het immuunsysteem om kankercellen te vernietigen dramatisch verbetert, niet door nieuwe componenten toe te voegen, maar door bestaande componenten op nanoschaal te herschikken. De bevindingen, gepubliceerd op 11 februari in Science Advances, tonen aan dat zelfs subtiele structurele aanpassingen een zwakke immuunrespons kunnen omzetten in een krachtig antitumoreffect. Deze doorbraak onderstreept het groeiende veld van ‘structurele nanogeneeskunde’, ontwikkeld door Chad A. Mirkin van de Northwestern University, waarbij de rangschikking van vacciningrediënten net zo cruciaal is als de ingrediënten zelf.
De kracht van arrangement: voorbij de “Blender-aanpak”
Traditionele vaccinontwikkeling is gebaseerd op het mengen van antigenen (van tumoren afgeleide moleculen) met adjuvantia (immuunstimulantia) – een methode die Mirkin beschrijft als de ‘blenderbenadering’. Hoewel effectief, mist deze methode nauwkeurige controle over hoe het immuunsysteem het vaccin verwerkt. De nieuwe studie draait dit paradigma om en laat zien dat het organiseren van dezelfde ingrediënten in een zorgvuldig ontworpen structuur op nanoschaal superieure resultaten oplevert.
Het team construeerde een bolvormig nucleïnezuur (SNA) vaccin – een bolvormige DNA-structuur die immuuncellen binnendringt – en testte systematisch verschillende configuraties van de componenten ervan. In gehumaniseerde diermodellen van HPV-positieve kanker- en tumormonsters van patiënten viel één configuratie op: de presentatie van een van HPV afgeleid peptide op het oppervlak van de SNA, verankerd door de N-terminus, veroorzaakte tot acht keer meer interferon-gamma, een belangrijk antitumorsignaal. Deze configuratie leidde tot een aanzienlijk sterkere activering van CD8 ‘killer’ T-cellen, de krachtigste kankerbestrijders van het immuunsysteem, en vertraagde de tumorgroei bij muizen.
Structurele nanogeneeskunde: een nieuw tijdperk van vaccinontwerp
Dit gaat niet alleen over HPV. Het laboratorium van Mirkin heeft deze structurele nanogeneeskundebenadering al toegepast op vaccins die zich richten op melanoom, borstkanker, darmkanker, prostaatkanker en Merkelcelcarcinoom, waarbij verschillende kandidaten aan klinische proeven op mensen zijn begonnen. Het kernprincipe is simpel: structuur is belangrijk. Dezelfde ingrediënten kunnen, mits correct gerangschikt, sterkere effecten opleveren met een lagere toxiciteit.
“Dit effect kwam niet voort uit het toevoegen van nieuwe ingrediënten of het verhogen van de dosis”, zegt dr. Jochen Lorch, medeleider van het onderzoek. “Het kwam voort uit het slimmer presenteren van dezelfde componenten. Het immuunsysteem is gevoelig voor de geometrie van moleculen.”
Toekomstige implicaties: AI en het herbestemmen van bestaande kandidaten
Mirkin stelt zich voor om kunstmatige intelligentie te gebruiken om het ontwerp van vaccins te versnellen, waarbij hij snel talloze structurele combinaties analyseert om de meest effectieve regelingen te identificeren. Deze aanpak zou ook eerdere vaccinkandidaten die veelbelovend waren maar tekortschoten nieuw leven inblazen, simpelweg door hun structuur op nanoschaal te optimaliseren. Het veld ontwikkelt zich snel, met meer dan 1.000 commerciële producten die al SNA-technologie bevatten.
“Misschien hebben we perfect aanvaardbare vaccincomponenten laten liggen, simpelweg omdat ze in de verkeerde configuratie zaten”, aldus Mirkin. “We kunnen daar naar teruggaan en ze herstructureren en transformeren in krachtige medicijnen.”
Dit onderzoek betekent een fundamentele verschuiving in de manier waarop vaccins worden ontwikkeld, van brute krachtmenging naar nauwkeurige engineering op nanoschaal. De implicaties reiken verder dan HPV en bieden een krachtig nieuw instrument in de strijd tegen kanker en andere ziekten.
