ハーバード大学Wyss研究所とダナファーバー癌研究所の研究者らは、DoriVacと呼ばれるDNA折り紙ベースのワクチンプラットフォームが、マウスおよびヒトのリンパ節「臓器チップ」モデルで強固な免疫応答を起こしたと報告した。研究チームによると、このアプローチは、脂質ナノ粒子送達mRNAワクチンよりも保存や製造が容易である可能性があるという。この研究成果は、『Nature Biomedical Engineering』誌に掲載された。
mRNAワクチンはCOVID-19の反応において中心的な役割を果たした。臨床試験の後、2020年12月8日にCOVID-19 mRNAワクチンの初回接種が行われた。研究者たちは後に数学的モデリングによって、公式に報告されたCOVID-19による死亡をアウトカムとして、COVID-19ワクチン接種が世界的なワクチン接種プログラムの最初の1年間（2020年12月8日から2021年12月8日まで）に少なくとも世界中で1,440万人の死亡を予防したと推定した。
mRNAプラットフォームが拡大しても、COVID-19ワクチン接種の研究は、継続的な使用を複雑にしかねない実用的・生物学的制約を浮き彫りにした。Wyss研究所は、予防効果には個人差があり、無期限に持続するわけではないこと、SARS-CoV-2の亜種の継続的な出現により、ワクチンの更新が必要なほどワクチンの有効性が低下する可能性があることを指摘している。同研究所はまた、製造の複雑さとコスト、脂質ナノ粒子にパッケージされるmRNAの量をコントロールすることの難しさ、低温保存の必要性、さらに意図しない「オフターゲット」効果の可能性も指摘している。
このような背景から、ハーバード大学のWyss Institute for Biologically Inspired Engineering、ダナファーバー癌研究所（DFCI）およびパートナー機関の学際的チームが、DNA折り紙ナノテクノロジーに基づく代替コンセプトをテストした。DoriVacと呼ばれるこのプラットフォームは、折り畳まれたDNAナノ構造上に免疫刺激成分を正確に配置することで、ワクチンとアジュバントの両方の機能を果たすように設計されている。
研究者たちは、小さな自己組織化正方形DNA構造からDoriVacを構築した。ウィス研究所の説明によると、この構造体の一方の面には、慎重に制御されたナノメートル間隔でアジュバント分子が配置され、反対側の面には、複数のウイルスのスパイクタンパク質に見られるヘプタッドリピート2（HR2）として知られる保存されたペプチド領域を含む選択された抗原が配置されている。
マウス実験では、HR2抗原を用いたSARS-CoV-2を標的とするDoriVacワクチンは、抗体主導型（体液性）反応とT細胞主導型（細胞性）反応の両方を含む強力な免疫活性を引き起こした。研究チームは、抗体産生B細胞、活性化抗原提示樹状細胞、抗原特異的メモリーT細胞および細胞傷害性T細胞集団の増加を報告した。
ヒトの免疫生物学により近づけるため、研究グループは、ヒトのリンパ節を模擬したWyss研究所のマイクロ流体臓器チップ技術（「ヒトLNチップ」）を用いて、前臨床ヒトモデルでこのアプローチをテストした。このシステムでは、SARS-CoV-2 HR2 DoriVacワクチンは、「折り紙なし」成分と比較して、ヒト樹状細胞を活性化し、炎症性サイトカイン産生を増加させた。
この研究では、完全なSARS-CoV-2スパイクタンパク質を提示するDoriVac製剤も評価された。マウスを用い、ブースター方式で、同じスパイクタンパク質をコードする脂質ナノ粒子を介して送達されるModernaおよびファイザー/バイオンテックmRNAワクチンと比較したところ、同様の抗ウイルスT細胞および抗体産生B細胞応答が報告された。
Wyss研究所のコア・ファカルティ・メンバーで共同責任著者であるウィリアム・シー（William Shih）氏は、このプラットフォームは「前例のないワクチン組成の制御」を可能にし、標的とする免疫細胞における免疫認識を形成するようにプログラムすることができると述べた。筆頭著者であり共同責任著者でもあるYang (Claire) Zeng博士によると、DNA折り紙構造上に配置されていない同程度の成分を用いた場合よりも、体液性免疫と細胞性免疫の幅広い活性化が観察されたとのことである。もう一人の共著者であるドナルド・イングバー氏は、ヒトリンパ節チップは、抗原特異的免疫プロファイルと活性が誘導される実験場であり、ヒトのレシピエントで起こるであろうことを反映している可能性が高いと述べた。
研究者らは、DNA折り紙ワクチンは、コールドチェーン保存への依存を減らし、脂質ナノ粒子調製mRNAワクチンに関連する製造上の課題を回避できる可能性があるなど、流通や製造において実用的な利点を提供できると主張した。しかし、この知見はマウス実験と前臨床ヒト臓器チップシステムに基づいており、安全性、防御の持続性、病気に対する有効性を確立するには、人を対象とした臨床試験が必要である。
