Pengembangan vaksin yang ampuh dan melindungi secara luas terhadap semua varian SARS-CoV-2
Dalam studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal npj Vaccines, para peneliti di China merancang, memproduksi, dan mengevaluasi kemanjuran netralisasi vaksin penyakit coronavirus 2019 (COVID-19) rekombinan yang mengandung empat mutasi substitusi hot-spot berdasarkan prefusion-stabilized severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein (S) trimer.
Latar belakang
World Health Organization (WHO) telah mengklasifikasikan varian SARS-CoV-2 Alpha, Beta, Gamma, Delta, dan Omicron sebagai varian yang memprihatinkan karena mereka membawa mutasi pada spike protein yang meningkatkan penularan dan kemampuannya untuk menghindari kekebalan yang diinduksi oleh vaksin, dibandingkan dengan strain leluhur Wuhan.
Mutasi N501Y dalam receptor binding domain (RBD), yang dilaporkan meningkatkan transmisibilitas sebesar 40-70%, dimiliki oleh varian Alpha, Beta, Gamma, dan Omicron. Selain itu, varian Beta, Gamma, dan Omicron juga membawa mutasi substitusi pada posisi E484 dan K417, sedangkan mutasi D614G hadir pada kelima varian yang bersangkutan. Antigen vaksin yang dimodifikasi yang mengandung mutasi substitusi yang dimiliki oleh varian yang menjadi perhatian dapat menimbulkan antibodi penawar secara luas terhadap varian yang beredar.
Tentang penelitian
Penelitian ini menggunakan HexaPro (S-6P) S-trimer dan Alum/cytosine phosphoguanine (CpG) 7909 dual adjuvant system untuk membuat vaksin spike trimer yang dimodifikasi yang mengandung empat mutasi substitusi protein spike yang biasa ditemukan dalam lima varian yang menjadi perhatian. Sel Vero-E6 digunakan untuk menyebarkan virus SARS-CoV-2 dari strain leluhur dan varian yang menjadi perhatian. S-trimer yang dimodifikasi diproduksi dengan mensintesis dan mengkloning gen yang dioptimalkan kodon ke dalam vektor ekspresi mamalia.
Konformasi trimerik dan kemurnian protein lonjakan yang dimodifikasi diuji menggunakan sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) dan size-exclusion high-performance liquid chromatography (HPLC). Afinitas pengikatan spike-trimer yang dimodifikasi terhadap reseptor angiotensin-converting enzyme-2 (ACE-2) manusia dan sifat kinetik lainnya ditentukan menggunakan uji interferometri biolayer.
Model hewan yang digunakan untuk menguji imunogenisitas dan respons antibodi terhadap tantangan virus termasuk tikus BALB/c, kera rhesus, dan hamster Golden Syria. Hewan-hewan itu diberikan dosis vaksin yang berbeda secara intramuskular, dan uji kontrol dan enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) dan uji netralisasi pseudovirus digunakan untuk menentukan titer antibodi serum. Selama percobaan netralisasi virus hidup, uji netralisasi reduksi plak digunakan untuk mengukur sampel serum kera, sedangkan uji netralisasi efek sitopatik digunakan untuk menentukan titer antibodi penawar dalam sampel serum hamster.
Selanjutnya, peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) atau splenosit yang dipanen dari hewan yang divaksinasi 14 hari setelah dosis vaksin kedua dan dianalisis melalui flow cytometry digunakan untuk intracellular cytokine staining assay dan enzyme-linked immunospot (ELISPOT) untuk memeriksa respons imun yang ditimbulkan oleh vaksin.
Selain itu, quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) digunakan untuk memantau kadar asam ribonukleat (RNA) SARS-CoV-2 menggunakan sampel swab dan jaringan organ dari model hewan. Jaringan paru-paru hamster dan kera rhesus yang difiksasi dalam formalin dan tertanam dalam parafin digunakan untuk pewarnaan hematoxylin dan eosin dan untuk mempelajari imunohistokimia.
A Domain architecture of the SARS-CoV-2 S protein. SS signal sequence, NTD N-terminal domain, RBD receptor-binding domain, SD1 subdomain 1, SD2 subdomain 2, S1/S2 S1/S2 protease cleavage site, S2' S2' protease cleavage site, FP fusion peptide, HR1 heptad repeat 1, CH central helix, CD connector domain, HR2 heptad repeat 2, TM transmembrane domain, CT cytoplasmic tail. Prototype S-trimer (S-2P) contains two consecutive proline substitutions at residues 986 and 987, a “GGSG” substitution at the furin cleavage site, and a C-terminal T4 fibritin trimerization motif. Variant S-trimer (S-6P) contains additional four beneficial proline substitutions (F817P, A892P, A899P, and A942P), and four hot spot residues (K417N, E484K, N501Y, and D614G). The structure model of S-trimer was generated by the SWISS-MODEL using homology modeling techniques (http://swissmodel.expasy.org/), and the 3D structure figures were prepared using PyMOL (www.pymol.org). B SDS-PAGE analysis of purified variant S-trimer. Molecular weight standards are indicated at the left in kDa. C Size-Exclusion HPLC chromatogram of purified variant S-trimer (shown as cyan line) and a 670 kDa molecular weight standard (shown as purple line). D Binding profiles of variant S-trimer to human ACE2 measured by BLI in GatorPrime. The data are shown as blue lines, and the best fit of the data to a 1:1 binding model is shown in red.
Hasil
Hasilnya melaporkan respons antibodi penawar secara luas yang ditimbulkan oleh vaksin varian baru terhadap strain leluhur Wuhan dan lima varian yang menjadi perhatian. Pada model tikus BALB/c dan kera rhesus, vaksin menginduksi respons sel T helper CD4+ yang signifikan dan menstimulasi profil sitokin tipe 1 T helper.
Selama tantangan virus pada hamster Suriah Golder dengan varian Beta dan Delta, imunisasi dengan vaksin rekombinan menurunkan viral load di jaringan paru-paru dan turbinat hidung dan mengakibatkan berkurangnya peradangan paru-paru dan peningkatan berat badan. Vaksin tersebut juga menurunkan viral load di paru-paru dan jaringan bronkus serta mengurangi pelepasan virus di tenggorokan, darah, dan usapan dubur pada kera rhesus yang ditantang dengan prototipe SARS-CoV-2.
Dua dosis vaksin varian yang terdiri dari trimer S-6P yang dimodifikasi dan ajuvan alum/CpG 7909 menimbulkan antibodi penetral silang yang kuat dan menunjukkan perlindungan pasca-tantangan terhadap strain leluhur Wuhan dan varian Alpha, Beta, Gamma, Delta, dan Omicron pada model tikus, monyet rhesus, dan hamster.
Kesimpulan
Secara keseluruhan, hasil dari uji netralisasi dan uji tantang virus menunjukkan bahwa varian vaksin yang terdiri dari trimer S-6P yang dimodifikasi dan adjuvan ganda tawas dan CpG 7909 menimbulkan antibodi penetralisir lintas-reaktif yang kuat pada model hamster, mencit, dan kera rhesus. Kemampuan menetralkan yang luas terhadap strain leluhur Wuhan dan lima varian utama yang menjadi perhatian membuat varian vaksin ini menjadi kandidat yang menjanjikan untuk uji klinis.
Journal reference:
Wang, Z., An, J., Liu, K., Yu, P., Fang, X., Li, J., Zhu, H., Zhu, Q., Huang, C., Zhang, C., Zhao, B., Bao, L., Song, Y., Cao, X., Hu, D., Jiang, Y., Shi, L., Zhou, L., Fan, J., & Guan, W. (2022). A potent, broadly protective vaccine against SARS-CoV-2 variants of concern. npj Vaccines, 7(1). https://doi.org/10.1038/s41541-022-00571-0, https://www.nature.com/articles/s41541-022-00571-0
No comments