Nya effektivare vaccin med nanotransportörer

Noggrant kontrollerade nanopartiklar kan komma att få stor betydelse inom en rad medicinska områden. På Karolinska institutet leder Georgios Sotiriou en forskargrupp som utvecklar nanomaterial för precisare och snabbare diagnostik, minskad infektionsrisk vid implantat och för att skapa nya sätt att ge läkemedelsbehandling.

Georgios Sotiriou, som i botten är civilingenjör i tillämpad fysik, rör sig i gränslandet mellan materialvetenskap och biomedicin. Sedan 2016 leder han en forskargrupp på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi (MTC) på Karolinska institutet, med fokus på nanopartiklars användningsområden inom hälsovården. Genom forskning i den absoluta framkanten hoppas han kunna utveckla material som kan revolutionera medicinsk diagnostik och behandling, till stor nytta för samhället.
Forskarteamet har tre fokusområden. Ett är att utveckla nanomaterial som diagnostiskt instrument, där nanopartiklarna ges optiska egenskaper som reagerar på sjukdomsmarkörer. Detta möjliggör snabbare och mer precis diagnostik av exempelvis tumörer och infektioner. Ett annat område är att utveckla nästa generations ytmaterial för implantat. Genom en speciell ytbeläggning kan implantaten göras mer motståndskraftiga mot bakterietillväxt, vilket skulle minska behovet av antibiotika och bespara patienter lidande och sjukvården resurser.

Nya vaccin
Doktoranden Anshika Maheshwari forskar inom den tredje tillämpningen – att utveckla nanopartiklar till att bli målsökande transportörer av biomedicin direkt in i exempelvis tumörer eller organ i kroppen, utan att skada omkringliggande vävnad. Nanopartiklarna ges specifika egenskaper genom en gasbaserad process som kallas flame spray pyrolysis. Detta är en del av ett större Med-X-projekt (BENVAC) i samverkan med KI och KTH som finansieras av SSF.
– Partiklarna är extremt små, men de har en stor yta relativt sin storlek. Genom att utnyttja detta och andra egenskaper kan vi maximera mängden läkemedel som vi kan ladda dem med, förklarar hon.
Ett tillämpningsområde är för att skapa vaccin mot pneumokocker, en vanlig bakterie som kan ge upphov till svåra infektioner. Ett effektivt sådant vaccin skulle kunna drastiskt minska behovet av antibiotika i sjukvården och därmed risken för antibiotikaresistens. Dagens vaccin är inte effektivt mot alla pneumokockstammar och forskargruppen hoppas kunna skapa ett universellt vaccin mot infektionen.
– Genom att ta protein från pneumokockbakterier och belägga ytan av nanopartikeln med dem skapar vi ett antigen som kroppens immunförsvar reagerar mot. En annan metod är att utnyttja mRNA-teknik, som i covidvaccinen, där vår egen kropp skapar antigenen. I båda fallen använder vi samma nanotransportör. Tekniken skulle kunna användas även för att skapa vaccin mot exempelvis stafylokocker och streptokocker. Vi vill se om vår metod har fördelar jämfört med traditionella vacciner, som att vaccinerna blir mer effektiva och att man slipper aluminium och andra bindemedel, förklarar Anshika.
En aspekt som studeras är om transportörerna i sig stimulerar immunförsvaret och därmed skapar större effekt av vaccinet. Här gäller det att hitta rätt balans, så att inte immunförsvaret reagerar för starkt, vilket kan leda till inflammation.

Kostnadseffektivt och skalbart
Att ta fram ny biomedicinsk teknologi är en lång process och nästa steg är att testa metoden i djurexperiment. Förutom att metoderna ska vara säkra och effektiva måste de också gå att skalas upp, för att kunna kommersialiseras och nyttiggöras.
– Vår gasbaserade tillverkningsprocess är lätt reproducerbar och förhållandevis billig. Det är i grunden en metod som redan används för en rad enklare produkter, till exempel i målarfärg och bildäck. Vi förädlar nu metoden så att den kan utnyttjas till sofistikerade medicinska produkter. En möjlig tillämpning kan ligga fem till tio år fram i tiden, berättar Georgios Sotiriou.
Han lyfter fram att miljön på KI är optimal för den här typen av gränsöverskridande forskning.
– Vi har tillgång till fantastisk infrastruktur och experter inom biomedicin, som kompletterar vår materialvetenskapliga expertis. Den här typen av tvärvetenskaplig kompetens ger enormt stora synergier och möjliggör verkligen banbrytande resultat.
Forskningen har fått stor uppmärksamhet och finansieras bland annat av Europeiska forskningsrådet, Karolinska institutet, Vetenskapsrådet och Stiftelsen för strategisk forskning.

Klicka här för att läsa mer om vår forskning