Neue Nanopartikel-Impfstoffe sind vielversprechend gegen mehrere tödliche Filoviren

Neue Nanopartikel-Impfstoffe sind vielversprechend gegen mehrere tödliche Filoviren

Filoviren haben ihren Namen vom lateinischen Wort „filum“, was „Faden“ bedeutet – eine Anspielung auf ihre lange, fadenförmige Form. Diese Virusfamilie enthält einige der gefährlichsten Krankheitserreger, die der Wissenschaft bekannt sind, darunter Ebola-, Sudan-, Bundibugyo- und Marburg-Viren. Ein Grund dafür, dass diese Viren immer noch so tödlich sind, ist die Instabilität ihrer Oberflächenproteine, die es für unser Immunsystem schwierig macht, sie zu erkennen, und es für Forscher schwierig macht, sie mit Behandlungen oder Impfstoffen zu bekämpfen.

Nun, a Naturkommunikation Die am 12. Dezember 2025 veröffentlichte Studie (derzeit ein Veröffentlichungsartikel) von Wissenschaftlern von Scripps Research beschreibt neue Impfstoffkandidaten, die vor mehreren Filovirusstämmen schützen sollen. Diese Impfstoffe zeigen Filovirus-Oberflächenproteine ​​auf manipulierten, selbstorganisierenden Protein-Nanopartikeln (SApNPs) und helfen so dem Immunsystem, das Virus besser zu erkennen und darauf zu reagieren. In Mausstudien lösten die Nanopartikel starke Antikörperreaktionen bei mehreren Filoviren aus und zeigten damit einen vielversprechenden Weg zu einem breiteren, wirksameren Schutz für diese gefährliche Virusfamilie auf.

Filoviren erfordern bessere Lösungen – die Ausbrüche waren verheerend und führten zu extrem hohen Sterblichkeitsraten. Im letzten Jahrzehnt habe ich meinen physikalischen Hintergrund angewendet, um das Proteindesign zu meistern. Mein Ziel ist es, einen universellen Designentwurf für jede große Virenfamilie zu entwickeln, damit wir bei einem neuen Ausbruch bereits über eine einsatzbereite Strategie verfügen.“

Jiang Zhu, leitender Autor, Professor in der Abteilung für Integrative Struktur- und Computerbiologie, Scripps Research

Zhus Impfstoffbemühungen der nächsten Generation konzentrieren sich auf virale Oberflächenglykoproteine ​​– die Proteine, die Viren verwenden, um in Zellen einzudringen, und auf die das Immunsystem zum Schutz abzielen muss. Sein Team verwendet einen Ansatz namens „rationales, strukturbasiertes Design“, bei dem diese Glykoproteine ​​bis ins kleinste Detail untersucht, stabile, wohlgeformte Versionen konstruiert und auf virusförmigen Proteinkugeln – den SAPNPs – transportiert werden, die zuverlässig starke Immunreaktionen auslösen.

Das Team hat diese Impfstoffplattform bereits auf Viren wie HIV-1, Hepatitis C, RSV, hMPV und Influenza angewendet. Filoviren waren die nächste große Herausforderung.

Filoviren wie das Ebola-Virus (EBOV) und das Marburg-Virus (MARV) können virales hämorrhagisches Fieber mit einer Todesrate von bis zu 90 % verursachen. Während der Ebola-Epidemie in Westafrika 2013–2016 starben mehr als 11.000 Menschen und über 28.000 wurden infiziert. Obwohl zwei Impfstoffe gegen Ebola zugelassen sind, bietet kein Impfstoff einen umfassenden Schutz gegen die gesamte Familie der Filoviren.

Dies ist zum Teil auf die Oberflächenglykoproteine ​​des Filovirus zurückzuführen. Diese Proteine ​​sind von Natur aus instabil und ihre gefährdeten Regionen – Epitope – sind unter einer dicken Schicht aus Glykanen verborgen und bilden eine molekulare „Unsichtbarkeitshülle“. Im Zustand vor der Fusion (bevor das Virus in eine Zelle eindringt) erschwert dieser Schutz den Immunzellen die Erkennung des Virus. Sobald das Virus mit einer Zelle verschmilzt, faltet sich das Glykoprotein wieder in eine Post-Fusionsform zurück, was die Immunabwehr weiter erschwert.

Im Jahr 2021 befasste sich Zhus Team mit diesem Problem in einer Studie, die in veröffentlicht wurde Naturkommunikationwo sie die Struktur des Ebola-Glykoproteins detailliert kartierten und eine Strategie zu deren Stabilisierung entwickelten. Durch die Entfernung der mucinreichen Segmente schufen sie eine sauberere, besser zugängliche Version des Proteins – eine, die für das Immunsystem leichter zu erkennen war und in der Lage war, stärkere, nützlichere Antikörperreaktionen zu erzeugen.

„Nach der Lösung des Ebola-Problems im Jahr 2021 führt diese neue Arbeit diese Theorie weiter und wendet sie auf weitere Filovirus-Arten an“, erklärt Zhu.

In der neuen Studie haben die Forscher Filovirus-Glykoproteine ​​so umgestaltet, dass sie in ihrer Form vor der Fusion fixiert bleiben – der Form, die das Immunsystem benötigt, um eine Reaktion dagegen zu erkennen und zu verstärken. Diese neu gestalteten Proteine ​​wurden dann auf Zhus SAPNP-Plattform platziert und bildeten kugelförmige, virusähnliche Partikel, die mit vielen Kopien der viralen Antigene beschichtet waren. Biochemische und strukturelle Tests bestätigten, dass die Partikel korrekt zusammengesetzt waren und die Proteine ​​wie beabsichtigt angezeigt wurden.

Bei Tests an Mäusen erzeugten diese Nanopartikel-Impfstoffe starke Immunreaktionen, darunter Antikörper, die mehrere verschiedene Filoviren sowohl erkennen als auch neutralisieren konnten. Zusätzliche Veränderungen an den Zuckern auf der Proteinoberfläche legten weitere konservierte Schwachstellen offen, was darauf hindeutet, dass dieser Ansatz letztendlich einen umfassenderen, möglicherweise universellen Impfstoff gegen diese gefährliche Virusfamilie unterstützen könnte.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen weitet Zhus Team diese strukturgesteuerte, nanopartikelbasierte Strategie auf andere Hochrisiko-Krankheitserreger aus, darunter das Lassa-Virus und das Nipah-Virus. Sie erforschen außerdem neue Methoden zur Schwächung oder Umgehung des Mucin-Schutzschildes, um dem Immunsystem einen noch besseren Zugang zu kritischen viralen Zielen zu ermöglichen.

„Viele Faktoren beeinflussen, wie das Immunsystem einen Virus erkennt und eine Reaktion auslöst“, fügt Zhu hinzu. „Das Festhalten des Antigens in seiner Präfusionsform bringt Sie vielleicht zu 60 % dorthin. Aber viele Viren – einschließlich HIV und Filoviren – sind von einem dichten Glykanschild umgeben. Wenn das Immunsystem diesen Schutz nicht durchschauen kann, wird selbst der am besten entwickelte Impfstoff keinen vollständigen Schutz bieten. Die Überwindung dieses „Unsichtbarkeitsmantels“ ist eines unserer nächsten großen Ziele.“

Zu den Autoren der Studie „Rationales Design von Filovirus-Impfstoffen der nächsten Generation, die Glykoproteinstabilisierung und Nanopartikeldarstellung mit Glykanmodifikation kombiniert“ gehören neben Zhu auch Yi-Zong Lee, Yi-Nan Zhang, Garrett Ward, Sarah Auclair, Connor DesRoberts, Andrew Ward, Robyn Stanfield, Linling He und Ian Wilson von Scripps Research; Maddy Newby, Joel Allen und Max Crispin von der University of Southampton; und Keegan Braz Gomes von Uvax Bio.

Die Studie wurde von Uvax Bio, LLC und den National Institutes of Health unterstützt. Uvax Bio, ein Spin-off-Impfstoffunternehmen von Scripps Research, nutzt proprietäre Plattformtechnologie, die in Zhus Labor erfunden wurde, um prophylaktische Impfstoffe gegen verschiedene Infektionskrankheiten zu entwickeln und zu vermarkten.

Quellen: