Neuer Impfstoff verspricht breiten Schutz gegen SARS-CoV-2 und andere Sarbecoviren

Wissenschaftler des Georgia Institute of Technology und der University of Wisconsin, USA, haben einen Breitbandimpfstoff entwickelt, der vor Varianten des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) sowie vor Fledermaus-Sarbecoviren schützen kann.

Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.

Hintergrund

Das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ist das zuletzt aufgetretene Beta-Coronavirus, das für die verheerende Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) verantwortlich ist.

SARS-CoV-2 enthält Spike-Glykoprotein auf seiner Oberfläche, das mit dem Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2) des Wirtszellmembranrezeptors interagiert, um den Viruseintritt zu erleichtern. Dies macht Spike-Protein zu einem entscheidenden Ziel für die Impfstoffentwicklung.

Während der Pandemie wurden mehrere Impfstoffe entwickelt, um die Übertragung von SARS-CoV-2 und seinen stark mutierten Varianten einzudämmen. Der bivalente Impfstoff von Pfizer-BioNTech ist eine der aktualisierten variantenspezifischen Formulierungen mit hoher Schutzwirkung gegen eine Reihe von SARS-CoV-2-Varianten.

Neben dem Auftreten einer breiten Palette von SARS-CoV-2-Varianten wurde bei Fledermäusen ein umfangreiches Reservoir an ACE2-bindenden Sarbecoviren identifiziert, was die Notwendigkeit der Entwicklung von Pan-Sarbecovirus- und Pan-Betacoronavirus-Impfstoffen unterstreicht.

In dieser Studie haben Wissenschaftler mithilfe einer Spike-Protein-Nanopartikelplattform bivalente und trivalente Impfstoffformulierungen entwickelt und diese Formulierungen an Hamstern validiert.

Impfstoffdesign

Die Wissenschaftler hatten zuvor einen auf Nanopartikeln basierenden Impfstoff entwickelt, der mehrere Kopien des SARS-CoV-2-Spike-Proteins aufweist und bei Hamstern eine hohe Schutzwirkung gegen SARS-CoV-2 zeigte. In der aktuellen Studie nutzten sie diese Spike-Protein-Nanopartikelplattform, um einen Cocktailimpfstoff gegen humane ACE2-bindende Sarbecoviren der Klasse 1 mit pandemischem Potenzial zu entwickeln.

Sie entwickelten eine Reihe von Nanopartikelplattformen, die jeweils ein einzelnes Spike-Protein verschiedener Sarbecoviren (ursprüngliches SARS-CoV-2-Spike-Protein; vier Omicron-Varianten BA.1, BA.5, BA.2.75.2, XBB; SARS-CoV-2-Spike-Protein) präsentieren. 1; und Fledermaus-CoV SHC014). Sie bestimmten die Immunogenität dieser Formulierungen bei Hamstern.

Sie analysierten die Antigenlandschaft und wählten eine bivalente (zwei prominente Spike-Proteine) Formulierung und zwei trivalente (drei prominente Spike-Proteine) Formulierungen aus, um ihre neutralisierenden Antikörperreaktionen und ihre Schutzwirkung bei Hamstern zu charakterisieren, die mit SARS-CoV-2-Omicron-Varianten (XBB.1) infiziert waren und BA.5) sowie Fledermaus-Coronaviren (SHC014 und WIV1).

Validierung von Impfstoffformulierungen

Die Wissenschaftler immunisierten Hamster mit den bivalenten oder trivalenten Impfstoffformulierungen, die mit Alhydrogel als Adjuvans versehen waren. Sie immunisierten außerdem eine separate Gruppe von Hamstern mit dem bivalenten Pfizer-BioNTech-Impfstoff als Positivkontrolle.

Die Analyse der humoralen Immunantworten ergab, dass alle drei Formulierungen wirksam neutralisierende Antikörpertiter gegen das angestammte SARS-CoV-2 und die Omicron-Variante BA.5 induzieren konnten.

Zwei trivalente Impfstoffe, die einen zusätzlichen Omicron-Stamm enthielten, führten zu robusten neutralisierenden Titern gegen die neueste Omicron-Variante XBB.1. Allerdings zeigte der bivalente Impfstoff eine verringerte neutralisierende Wirksamkeit gegen die XBB.1-Variante.

In Bezug auf Fledermaus-Coronaviren zeigten alle drei Formulierungen eine gleichwertige neutralisierende Wirksamkeit gegen SHC014 und WIV1. Im Gegensatz dazu konnte der bivalente Impfstoff von Pfizer-BioNTech gegen keines der getesteten Coronaviren nachweisbare neutralisierende Antikörpertiter induzieren.

Für die Immunisierung von Menschen werden typischerweise zwei Dosen Pfizer-Impfstoff mit 30 Mikrogramm Spike-Protein verwendet. Bei Hamstern wurde jedoch nur eine einzige Immunisierung mit 10 Mikrogramm Spike-Protein durchgeführt. Dies könnte das Fehlen neutralisierender Titer bei Hamstern erklären, die mit dem Pfizer-Impfstoff immunisiert wurden.

Die Wissenschaftler testeten außerdem sechs Wochen nach der Immunisierung die Schutzwirkung von drei Impfstoffformulierungen bei Hamstern, die mit den Omicron-Varianten BA.5 und XBB.1 infiziert waren. Drei Tage nach der Virusbelastung testeten sie die Virustiter in der Lunge.

Die Ergebnisse zeigten, dass alle drei Formulierungen einen vollständigen Schutz sowohl gegen die BA.5- als auch gegen die XXB.1-Variante bieten können. In der Lunge immunisierter Hamster wurden keine nachweisbaren Virustiter beobachtet.

Obwohl die bivalente Formulierung deutlich niedrigere neutralisierende Titer gegen XBB.1 hervorrief, schützte sie die Hamster vollständig vor XBB.1. Eine einzige Immunisierung mit dem Pfizer-Impfstoff konnte jedoch keinen vollständigen Schutz gegen BA.5 und XBB.1 bieten.

Die Wissenschaftler untersuchten außerdem die Schutzwirkung ihrer trivalenten Formulierung gegen Fledermaus-Coronaviren. Sie fanden heraus, dass die immunisierten Hamster keine nachweisbaren Virustiter in der Lunge hatten, was auf einen vollständigen Schutz hindeutet.

A SDS-PAGE-Charakterisierung biotinylierter S-Proteine. Das unverarbeitete Gel ist in der ergänzenden Abbildung dargestellt. 3. Dieses Gel wurde mit der gleichen Zubereitung für jede Probe zweimal getestet, mit ähnlichen Ergebnissen. B Schematische Darstellung der Bindung verschiedener biotinylierter S-Proteine ​​an MS2-SA. (MS2: hellgrau, PDB 2MS2; SA: dunkelgrau, PDB 3RY2; S: grün/orange/lila, PDB 6VSB) (C) SDS-PAGE-Gel von S und VLP-S für 614D, BA.2.75.2, XBB und SHC014. Jedes VLP-S wurde gekocht, um die Streptavidin-Biotin-Konjugation zu zerstören. Das unverarbeitete Gel ist in der ergänzenden Abbildung dargestellt. 3. Dieses Gel wurde mit der gleichen Zubereitung für jede Probe zweimal getestet, mit ähnlichen Ergebnissen. D Charakterisierung von VLP-614D-S (orange), VLP-SHC014-S (grün), VLP-BA.2.75.2-S (rot) und VLP-XBB-S (cyan) durch dynamische Lichtstreuung. e Charakterisierung der Bindung von ACE2-Fc- und S2P6-Antikörpern an alle VLP-S. (Mittelwert ± SD, n = 3: ein unabhängiger Test mit drei technischen Replikaten). Die Balkenfarbe identifiziert jede VLP-S-Probe (VLP-614D-S: Orange; VLP-BA.1-S: Dunkelblau; VLP-BA.5-S: Braun; VLP-XBB-S: Cyan; VLP-BA. 2.75.2: rot; VLP-SARS-CoV-1-S: lila; VLP-SHC014-S: grün; nur VLP. F Charakterisierung von VLP-XBB-S, VLP-614D-S, VLP-BA.2.75.2-S und VLP-SHC014-S durch Negativfärbungs-Transmissionselektronenmikroskopie. Pfeilspitzen ▲ zeigen S-Proteine ​​auf der VLP-Oberfläche an, wobei weiße Pfeilspitzen auf gerade nach oben gerichtete Spike-Proteine ​​und rote Pfeilspitzen auf geneigte Spike-Proteine ​​hinweisen. Für jede Probe wurden mindestens 70 Bilder von einem VLP-S-Präparat gesammelt und analysiert, mit ähnlichen Ergebnissen.

Studienbedeutung

Die in der Studie entwickelte trivalente Spike-Protein-Nanopartikelformulierung zeigt eine hohe Wirksamkeit bei der Auslösung einer weitgehend neutralisierenden Antikörperantwort gegen SARS-CoV-1- und SARS-CoV-2-verwandte Sarbecoviren.

Ravi Kane, einer der Korrespondenzautoren des Papiers, erklärte: „Dieser Impfstoff schützt möglicherweise nicht nur vor dem aktuellen Stamm, der in diesem Jahr im Umlauf ist, sondern auch vor zukünftigen Varianten.“

Das klingt nach einem weiteren mRNA-Medikament, das sich unter dem Deckmantel des neu definierten Wortes „Impfstoff“ tarnt. Früher bedeutete „Impfstoff“ etwas anderes, nämlich Immunität und umfangreiche Tests, bevor die Regierung es neu definierte und nun alles meinte, was besagt, ob es wirkt oder überhaupt sicher ist.

Quellen: