Um objetivo de longa data das imunoterapias e da pesquisa de vacinas é induzir anticorpos em humanos que neutralizem vírus mortais como o HIV e o da gripe. De particular interesse são os anticorpos que são "amplamente neutralizantes", o que significa que, em princípio, podem eliminar múltiplas cepas de um vírus como o HIV, que sofre mutações rapidamente para escapar do sistema imunológico humano.

Pesquisadores do MIT e do Scripps Research Institute desenvolveram uma vacina que gera uma população significativa de células precursoras B raras, capazes de evoluir para produzir anticorpos amplamente neutralizantes. A expansão dessas células é o primeiro passo para uma vacina eficaz contra o HIV.

O projeto da vacina dos pesquisadores utiliza DNA em vez de proteína como estrutura para fabricar uma partícula semelhante a um vírus (VLP) que exibe inúmeras cópias de um imunógeno do HIV modificado, chamado eOD-GT8, desenvolvido no Scripps. Essa vacina gerou um número substancialmente maior de células B precursoras em um modelo de camundongo humanizado, em comparação com uma partícula semelhante a um vírus baseada em proteína que demonstrou sucesso significativo em ensaios clínicos em humanos.

Estudos pré-clínicos demonstraram que o DNA-VLP gerou oito vezes mais células B desejadas, ou "alvo", do que o produto clínico, que já havia se mostrado altamente potente.

“Ficamos todos surpresos com o fato de que essa VLP já excepcional da Scripps tenha apresentado um desempenho significativamente inferior ao da VLP baseada em DNA”, afirma Mark Bathe, professor de engenharia biológica do MIT e membro associado do Broad Institute do MIT e Harvard. “Esses resultados pré-clínicos iniciais sugerem um potencial avanço como uma VLP totalmente nova e inédita, que poderia transformar a maneira como pensamos sobre imunoterapias ativas e o desenvolvimento de vacinas para diversas indicações.”

Os pesquisadores também demonstraram que a estrutura de DNA não induz uma resposta imune quando aplicada ao antígeno do HIV modificado. Isso significa que a VLP de DNA pode ser usada para administrar múltiplos antígenos quando estratégias de reforço são necessárias, como no caso de doenças complexas como o HIV.

“O DNA-VLP nos permitiu avaliar, pela primeira vez, se as células B que têm como alvo o próprio VLP limitam o desenvolvimento de respostas de células B 'no alvo' — uma questão antiga na imunologia de vacinas”, diz Darrell Irvine, professor de imunologia e microbiologia do Scripps Research Institute e pesquisador do Howard Hughes Medical Institute.

Bathe e Irvine são os autores principais do estudo, que foi publicado hoje na revista Science . A autora principal do artigo é Anna Romanov, PhD '25.

O novo estudo faz parte de um grande esforço global em andamento para desenvolver imunoterapias e vacinas ativas que expandam linhagens específicas de células B. Todos os seres humanos possuem os genes necessários para produzir as células B adequadas para neutralizar o HIV, mas elas são excepcionalmente raras e requerem muitas mutações para se tornarem amplamente neutralizantes. Se expostas à série correta de antígenos, no entanto, essas células podem, em princípio, evoluir para eventualmente produzir os anticorpos amplamente neutralizantes necessários.

No caso do HIV, um desses anticorpos-alvo, chamado VRC01, foi descoberto por pesquisadores dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) em 2010, quando estudaram pessoas vivendo com HIV que não desenvolveram AIDS. Isso desencadeou um grande esforço mundial para desenvolver uma vacina contra o HIV que induzisse a produção desse anticorpo-alvo, mas esse continua sendo um desafio considerável.

Acredita-se que a geração de anticorpos neutralizantes do HIV exija três estágios de vacinação, cada um iniciado por um antígeno diferente que ajuda a direcionar a evolução das células B para o alvo correto, a proteína nativa do envelope do HIV, gp120.

Em 2013, William Schief, professor de imunologia e microbiologia no Scripps, relatou um antígeno projetado chamado eOD-GT6 que poderia ser usado na primeira etapa desse processo, conhecida como sensibilização. Sua equipe posteriormente aprimorou o antígeno para eOD-GT8. A vacinação com eOD-GT8 disposto em uma VLP (partícula semelhante a vírus) gerou precursores de anticorpos contra VRC01 tanto em camundongos quanto, mais recentemente, em humanos, um primeiro passo fundamental para o desenvolvimento de uma vacina contra o HIV.

No entanto, a proteína VLP também gerou uma quantidade substancial de anticorpos "fora do alvo" que se ligaram à própria proteína VLP, irrelevante e potencialmente muito perturbadora. Isso pode ter consequências desconhecidas na propagação de células B de interesse para o HIV, bem como em outras aplicações desafiadoras de imunoterapia.

Os laboratórios de Bathe e Irvine propuseram-se a testar se seria possível usar uma partícula feita de DNA, em vez de proteína, para administrar o antígeno de iniciação. Essas nanopartículas são produzidas usando origami de DNA, um método que oferece controle preciso sobre a estrutura do DNA sintético e permite que os pesquisadores anexem antígenos virais em locais específicos.

Em 2024, Bathe e Daniel Lingwood, professor associado da Faculdade de Medicina de Harvard e pesquisador principal do Instituto Ragon, demonstraram que essa VLP de DNA poderia ser usada para administrar uma  vacina contra o SARS-CoV-2 em camundongos, gerando anticorpos neutralizantes. A partir desse estudo, os pesquisadores descobriram que a estrutura de DNA não induz a produção de anticorpos contra a própria VLP, ao contrário das proteínas. Eles se perguntaram se isso também poderia possibilitar uma resposta de anticorpos mais direcionada.

Com base nesses resultados, Romanov, coorientado por Bathe e Irvine, decidiu aplicar o VLP de DNA à vacina de sensibilização contra o HIV da Scripps, baseada em eOD-GT8.

“Nosso trabalho anterior com antígenos do SARS-CoV-2 em VLPs de DNA mostrou que as VLPs de DNA podem ser usadas para direcionar a resposta imune a um antígeno de interesse. Essa propriedade pareceu especialmente útil em um caso como o do HIV, em que as células B de interesse são excepcionalmente raras. Assim, levantamos a hipótese de que reduzir a competição entre outras células B irrelevantes (ao administrar a vacina em uma nanopartícula de DNA silenciosa) pode ajudar essas células raras a terem uma chance melhor de sobreviver”, diz Romanov.

Estudos iniciais em ratos, no entanto, mostraram que a vacina não induziu uma resposta inicial suficiente das células B à primeira dose de sensibilização.

Após redesenhar as VLPs de DNA, Romanov e seus colegas descobriram que uma versão de diâmetro menor, com 60 em vez de 30 cópias do antígeno modificado, apresentou desempenho significativamente superior à construção clínica de VLP proteica, tanto no número total de células B específicas para o antígeno quanto na fração de células B que estavam direcionadas ao domínio específico de interesse do HIV. Isso ocorreu devido à melhor retenção das partículas nos folículos de células B nos linfonodos e à melhor colaboração com as células T auxiliares, que promovem a sobrevivência das células B.

Em geral, essas melhorias permitiram que as partículas gerassem oito vezes mais células B específicas para o alvo do que a vacina composta por eOD-GT8 transportado por uma estrutura proteica. Outra descoberta fundamental, elucidada pelo laboratório de Lingwood, foi que as partículas de DNA promoveram a diferenciação de células B precursoras de VRC01 em direção ao anticorpo VRC01 de forma mais eficiente do que as VLPs proteicas.

“No campo da imunologia de vacinas, a questão de saber se as respostas das células B a um epítopo protetor específico em um antígeno vacinal podem ser prejudicadas por respostas a epítopos vizinhos não específicos no mesmo antígeno tem sido objeto de intensa investigação”, diz Schief, que também é vice-presidente de design de proteínas da Moderna. “Existem alguns dados de outros estudos que sugerem que as respostas não específicas podem não ter muito impacto, mas este estudo mostra de forma bastante convincente que a redução das respostas não específicas por meio do uso de uma VLP de DNA pode melhorar as respostas específicas desejadas.”

“Embora as formulações de nanopartículas tenham se mostrado excelentes em aumentar as respostas de anticorpos a vários antígenos, sempre persiste a questão de se a competição das células B específicas para os antígenos estruturais da própria partícula não irá interferir nas respostas de anticorpos aos epítopos alvo”, afirma Gabriel Victora, professor de imunologia, virologia e microbiologia da Universidade Rockefeller, que não participou do estudo. “Partículas baseadas em DNA que exploram a tolerância natural das células B aos ácidos nucleicos são uma ideia inteligente para contornar esse problema, e os elegantes experimentos da equipe de pesquisa demonstram claramente que essa estratégia pode ser usada para facilitar o direcionamento de epítopos complexos.”

O fato de a estrutura de DNA-VLP não induzir anticorpos específicos para essa estrutura significa que ela poderia ser usada para transportar um segundo e, potencialmente, um terceiro antígeno necessário na série de vacinas, conforme os pesquisadores estão investigando atualmente. Ela também pode oferecer anticorpos significativamente mais eficazes contra diversos antígenos que são suplantados e dominados por estruturas de VLP proteicas irrelevantes e fora do alvo, nesta ou em outras aplicações.

“Um avanço deste estudo é a quantificação rigorosa e mecanística de como as VLPs de DNA podem 'focalizar' as respostas de anticorpos em antígenos-alvo de interesse, o que é uma consequência da natureza silenciosa dessa estrutura baseada em DNA, que demonstramos anteriormente ser invisível para o sistema imunológico”, diz Bathe.

De forma mais ampla, esse novo tipo de VLP poderia ser usado para gerar outros tipos de respostas de anticorpos protetores contra ameaças pandêmicas, como a gripe, ou potencialmente contra agentes de guerra química, sugerem os pesquisadores. Alternativamente, poderia ser usado como uma imunoterapia ativa para gerar anticorpos que têm como alvo a proteína beta-amiloide ou a proteína tau para tratar doenças degenerativas como o Alzheimer, ou para gerar anticorpos que têm como alvo substâncias químicas nocivas, como opioides ou nicotina, para ajudar pessoas que sofrem de dependência.

A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH); pelo Instituto Ragon do MGH, MIT e Harvard; pelo Instituto Médico Howard Hughes; pela Fundação Nacional de Ciência (NSF); pela Fundação Novo Nordisk; por uma bolsa de apoio (núcleo) do Instituto Koch, do Instituto Nacional do Câncer; pelo Instituto Nacional de Ciências da Saúde Ambiental (NIEHS); pela Colaboração da Fundação Gates para a Descoberta de Vacinas contra a AIDS; pelo Centro de Anticorpos Neutralizantes da IAVI; pelo Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas (NIAID); e pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, por meio do Instituto de Nanotecnologias para Soldados do MIT.