Chirale Gold-Nanopartikel erhöhen laut Studie die Wirksamkeit von Impfstoffen um mehr als 25 %

Laut einer Studie einer internationalen Zusammenarbeit, an der brasilianische Forscher beteiligt waren, können Impfstoffe durch Zugabe von linkshändigen chiralen Goldnanopartikeln als Adjuvantien um über 25 % wirksamer gemacht werden. Ein Artikel, der über die Ergebnisse berichtet, ist in veröffentlicht Natur.

An der Studie arbeiteten drei Forschungsgruppen zusammen, eine mit der University of Michigan in den Vereinigten Staaten und eine andere mit der Jiangnan University in China. Die brasilianische Gruppe wurde von André Farias de Moura geleitet, Professor an der Fakultät für Chemie an der Bundesuniversität von São Carlos (UFSCar) und Forscher am Center for Development of Functional Materials (CDMF), einem der Institute für Forschung, Innovation und Verbreitung Zentren (RIDCs), die von FAPESP finanziert werden.

Die Studie umfasste keine COVID-19-Impfstoffe, da sie lange vor der Pandemie begann. Die Forscher verwendeten Impfstoffe, die zur Bekämpfung eines bestimmten Grippevirusstamms entwickelt wurden. Obwohl dies nicht der Stamm ist, der derzeit in Brasilien zirkuliert, können die Ergebnisse im Prinzip für jede Art von Impfstoff verallgemeinert werden, offensichtlich mit ergänzenden Fall-zu-Fall-Studien. Denn linkshändige chirale Goldnanopartikel sind nicht der Wirkstoff, sondern ein Hilfsstoff, der die Immunantwort des Empfängers potenziert.

„Der Schlüssel zum Verständnis des Beitrags dieser Nanopartikel ist das Konzept der Chiralität, das für ein Objekt oder System gilt, das nicht mit seinem eigenen Spiegelbild überlagert werden kann“, sagte Moura gegenüber Agência FAPESP.

Chiralität ist also eine Art Asymmetrie. Der Begriff leitet sich von kheir ab, dem Altgriechischen für Hand, und bestes Beispiel ist eben der Unterschied zwischen linker und rechter Hand. Wenn wir unsere Hände vor einen Spiegel halten, ist die Hand, die wir rechts sehen, unsere linke Hand und umgekehrt.

„Alles, was auf der Erde lebt, ist chiral. Chirale Moleküle können völlig unterschiedliche Eigenschaften haben, je nachdem, ob sie links- oder rechtshändig sind. Die beiden chiralen Formen desselben Moleküls sind als Enantiomere bekannt“, sagte Moura. „Ein tragisches Beispiel ist Thalidomid, ein Medikament, das schwangeren Frauen in den späten 1950er und 1960er Jahren gegen morgendliche Übelkeit verschrieben wurde. Es führte dazu, dass Babys mit einer Reihe von Missbildungen geboren wurden. Eines der Enantiomere in der Substanz hatte die erwartete therapeutische Wirkung, aber die andere verkümmerten die Gliedmaßen des Fötus.“

Nanopartikel

Die Forschung an Nanomaterialien sei weit genug fortgeschritten, um es Wissenschaftlern zu ermöglichen, ein Enantiomer vollständig zu trennen, erklärte Moura, und die Studie berichtete in Natur basierte auf dieser Möglichkeit. „Wir begannen mit Gold-Nanopartikeln, die symmetrisch sind und denen es an Chiralität mangelt. Sie sind achiral. Wir induzierten zuerst Chiralität in ihnen, indem wir sie mit der Aminosäure Cystein interagieren ließen, und intensivierten dann die induzierte Chiralität, indem wir sie mit polarisiertem Licht unter Verwendung der Aminosäure aussetzten saures Phenylalanin als Lichtsammelantenne“, sagte er.

Chiralität wird in „g-Faktor“ auf einer Skala von minus zwei (-2) bis plus zwei (+2) gemessen. Das in der Studie verwendete Verfahren ermöglichte es den Wissenschaftlern, 0,4 zu überschreiten und führte zu drei Nanopartikeln: dem ursprünglichen achiralen Gold, dem rechtsgängigen Enantiomer und dem linksgängigen Enantiomer.

„Zunächst testeten wir die Nanopartikel an in vitro kultivierten menschlichen Immunzellen und stellten fest, dass die chiralen Nanopartikel die Produktion von Substanzen induzierten, die mit einer Immunantwort assoziiert sind, sogar in Abwesenheit eines Antigens – jeder Substanz, die in der Lage ist, die Antikörperproduktion auszulösen. Genau diese Art von Reaktion ist es was ein Adjuvans in einem Impfstoff bewirkt“, sagte Moura.

Als nächstes testeten die Forscher die Nanopartikel auf das Influenzavirus. „Wir fanden heraus, dass die Enantiomere die Wirksamkeit des Impfstoffs stark verbesserten“, sagte Moura. „Konkret bewirkte das linkshändige Enantiomer eine 25,8-prozentige Steigerung der Wirksamkeit im Vergleich zum rechtshändigen Enantiomer und eine noch stärkere Steigerung im Vergleich zum achiralen Nanopartikel.“

Das Wissen wird veröffentlicht und steht jedem zur Verfügung, der es nutzen möchte, betonte Moura. „Es kann von jedem Hersteller jeder Art von Impfstoff verwendet werden, einschließlich Impfstoffen für neuartige Varianten von SARS-CoV-2 oder Influenza. Wir sind keine Impfstoffentwickler, aber wir bieten dieses grundlegende Wissen als neuartige technologische Plattform für diese an wer sind“, sagte er.