Des chercheurs du Wyss Institute de Harvard et du Dana-Farber Cancer Institute rapportent qu'une plateforme vaccinale basée sur des origamis d'ADN, appelée DoriVac, a généré des réponses immunitaires robustes chez des souris et dans un modèle de ganglion lymphatique humain "Organ Chip". L'équipe affirme que cette approche pourrait être plus facile à stocker et à fabriquer que les vaccins ARNm délivrés par des nanoparticules lipidiques, bien que les travaux restent précliniques. Les résultats ont été publiés dans Nature Biomedical Engineering.
Les vaccins ARNm ont joué un rôle central dans la réponse à COVID-19. Après les essais cliniques, la première dose du vaccin à ARNm COVID-19 a été administrée le 8 décembre 2020. Les chercheurs ont ensuite estimé, par modélisation mathématique, que la vaccination COVID-19 avait permis d'éviter au moins 14,4 millions de décès dans le monde au cours de la première année du programme mondial de vaccination (du 8 décembre 2020 au 8 décembre 2021), en utilisant les décès COVID-19 officiellement déclarés comme résultat.
Même si les plateformes d'ARNm se sont développées, les études sur la vaccination COVID-19 ont mis en évidence des contraintes pratiques et biologiques qui peuvent compliquer l'utilisation continue. L'Institut Wyss note que la protection peut varier d'un individu à l'autre et ne dure pas indéfiniment, et que l'émergence continue de variantes du SRAS-CoV-2 peut réduire l'efficacité du vaccin au point de nécessiter des mises à jour. L'institut souligne également la complexité et le coût de la fabrication, les difficultés liées au contrôle de la quantité d'ARNm contenue dans les nanoparticules lipidiques et les exigences en matière de stockage au froid ; il mentionne également les effets involontaires potentiels "hors cible".
Dans ce contexte, une équipe multidisciplinaire du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'université de Harvard, du Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) et d'institutions partenaires a testé un concept alternatif basé sur la nanotechnologie de l'origami d'ADN. La plateforme, appelée DoriVac, est conçue pour fonctionner à la fois comme un vaccin et comme un adjuvant en disposant avec précision des composants stimulant le système immunitaire sur des nanostructures d'ADN pliées.
Les chercheurs ont construit DoriVac à partir de minuscules structures d'ADN carrées auto-assemblées. Selon la description des travaux de l'Institut Wyss, une face de la structure présente des molécules d'adjuvant à un espacement soigneusement contrôlé de l'ordre du nanomètre, tandis que la face opposée présente des antigènes sélectionnés, notamment une région peptidique conservée connue sous le nom de répétition heptadique 2 (HR2) que l'on trouve dans les protéines d'épi de nombreux virus.
Dans des études sur la souris, un vaccin DoriVac ciblant le SARS-CoV-2 et utilisant un antigène HR2 a déclenché une forte activité immunitaire, y compris des réponses dirigées par les anticorps (humorales) et par les cellules T (cellulaires). L'équipe a constaté une augmentation des cellules B productrices d'anticorps, des cellules dendritiques activées présentant l'antigène et des populations de cellules T cytotoxiques et mémoires spécifiques de l'antigène.
Pour mieux se rapprocher de la biologie immunitaire humaine, le groupe a également testé l'approche dans un modèle humain préclinique utilisant la technologie des puces à organes microfluidiques de l'Institut Wyss, configurée pour simuler un ganglion lymphatique humain (une "puce LN humaine"). Dans ce système, le vaccin SARS-CoV-2 HR2 DoriVac a activé les cellules dendritiques humaines et augmenté la production de cytokines inflammatoires par rapport aux composants "sans origami", tout en augmentant le nombre de cellules T CD4+ et CD8+ dotées de multiples fonctions protectrices.
L'étude a également évalué une formulation de DoriVac présentant la protéine de pointe complète du SARS-CoV-2. Chez la souris, en utilisant une approche de type booster, les chercheurs l'ont comparée aux vaccins ARNm de Moderna et de Pfizer/BioNTech délivrés via des nanoparticules lipidiques qui encodent la même protéine de pointe, et ont rapporté des réponses similaires des cellules T antivirales et des cellules B productrices d'anticorps.
William Shih, membre de la faculté centrale de l'Institut Wyss et co-auteur de la réponse, a déclaré que la plate-forme offre "un contrôle sans précédent sur la composition du vaccin" et peut être programmée pour façonner la reconnaissance immunitaire dans les cellules immunitaires ciblées. Yang (Claire) Zeng, premier auteur et co-auteur de la correspondance, a déclaré que l'équipe avait observé une activation plus large de l'immunité humorale et cellulaire que celle obtenue avec des composants comparables non disposés sur la structure en origami de l'ADN. Donald Ingber, un autre co-auteur correspondant, a déclaré que la puce de ganglion lymphatique humain offrait un terrain d'essai dont les profils et les activités immunitaires spécifiques à l'antigène induits sont susceptibles de refléter ce qui se produirait chez les receveurs humains.
Selon les chercheurs, les vaccins ADN origami pourraient présenter des avantages pratiques pour la distribution et la production, notamment une moindre dépendance à l'égard du stockage dans la chaîne du froid et la possibilité d'éviter certains problèmes de fabrication associés aux vaccins ARNm formulés à l'aide de nanoparticules lipidiques. Cependant, les résultats sont basés sur des expériences sur des souris et sur un système préclinique de puce à organe humain, et des études cliniques chez l'homme seraient nécessaires pour établir la sécurité, la durabilité de la protection et l'efficacité contre la maladie.
