“合理疫苗学”：疫苗设计和制造新方式，改变抗原和佐剂的结构位置可大幅提高效力|科技创新世界潮

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科技日报记者 张梦然

有没有能显著提高所有疫苗效力的通用方法？

美国西北大学国际纳米技术研究所（IIN）研究人员正在为此努力。他们发现，使用化学和纳米技术改变纳米级疫苗内部佐剂和抗原的结构位置，可大大提高疫苗的性能。

IIN所长、首席研究员查得·米尔金说：“除了成分，结构也是决定疫苗功效的关键因素。将抗原和佐剂置于单一结构中的位置和方式，显著改变了免疫系统识别和处理它的方式。”这种对结构的高度重视有可能提高传统癌症疫苗的有效性，而在历史上，传统癌症疫苗效果不彰。

迄今为止，米尔金团队研究了疫苗结构对7种不同类型癌症的影响，包括三阴性乳腺癌、乳头瘤病毒诱发的宫颈癌、黑色素瘤、结肠癌和前列腺癌，以确定治疗每种癌症的最有效结构。

“搅拌机”，常规疫苗的老方法

大多数常规疫苗，是将抗原和佐剂混合后注射到患者体内。由于对疫苗结构没有控制，因此对疫苗成分的运输和加工控制也有限，从而对疫苗效果也很难把握。

传统疫苗的一个挑战是，在混合物中，一个免疫细胞可能会吸收50种抗原和一种佐剂，或者一种抗原和50种佐剂。但必须达成每一种的最佳比例，才能最大限度地提高疫苗的有效性。

鉴于此，米尔金发明了球形核酸（SNA）结构平台，以用于新型模块化疫苗。SNA使科学家能准确地辨认有多少抗原和佐剂被输送到细胞，还能调整这些疫苗成分的呈现方式及其处理速度。这种对疫苗有效性具有很大影响的结构性考量，在传统方法中基本上被忽略了。

你体内，每个士兵都有武器

在模块化疫苗结构中系统地控制抗原和佐剂位置的方法，被米尔金命名为“合理疫苗学”。它基于这样一个概念，即疫苗成分的结构呈现与驱动功效的成分本身一样重要。

米尔金称：“通过合理疫苗学开发的疫苗，向每个免疫细胞提供精确剂量的抗原和佐剂，它们都同样准备好去攻击癌细胞。如果你的免疫细胞是士兵，那么传统疫苗中一些士兵仍然手无寸铁；而我们的疫苗为它们提供了一种强大的武器。”

双拳出击，打败狡猾“变异者”

米尔金团队发现，当改变两种从成分角度来看几乎相同的疫苗中的抗原位置时，其对肿瘤的治疗效果会发生显著变化：一种疫苗有效且有用，而另一种疫苗的效果要差得多。

这取决于它们在SNA结构中的位置。数据表明，将两种不同的抗原附加到包含佐剂壳的SNA上，是“最佳位置”，也就是癌症疫苗最有效的结构。与将相同的两种抗原连接到两个单独的SNA结构相比，它导致抗原特异性T细胞活化增加30%，并且增殖的T细胞数量增加了一倍。

这些工程化的SNA纳米结构，在多种动物模型中都阻止了肿瘤的生长。

许多当前的癌症疫苗被设计为主要激活细胞毒性T细胞，这只是针对癌细胞的一种防御。由于肿瘤细胞总是在变异，它们很容易“逃脱监视”，从而迅速使疫苗失效。如果T细胞有更多抗原来识别它，那么T细胞识别突变癌细胞的几率也会更高。

研究人员表示，需要激活不止一种类型的T细胞，才能更容易地攻击肿瘤细胞。免疫系统对抗肿瘤的细胞类型越多越好。因此，由针对多种免疫细胞类型的多种抗原组成的疫苗非常必要。

不止有效，还可开发任何癌症疫苗

“合理疫苗学”的一大优势，是与SNA等纳米结构一起使用时，可很容易地改变疫苗的结构以治疗不同类型的疾病。

研究人员称，这项工作的重要性在于，它为开发针对几乎所有类型癌症的最有效疫苗形式奠定了基础。这将重新定义如何全面开发疫苗，包括传染病疫苗。该研究已于1月30日发表在《自然·生物医学工程》上。

在稍早时间发表的一篇论文中，米尔金团队还证明了疫苗结构对新冠预防的重要性，该疫苗在100%的动物实验中表现出针对致命病毒感染的保护性免疫力。

米尔金称，疫苗上抗原位置的微小变化，会显著提高细胞间的通讯、串扰和细胞协同作用。这项研究取得的进展为人类重新思考癌症和其他疾病疫苗的整体设计提供了一条新途径。