Nanoteknologi ger nya vacciner

Nanopartiklar från bakterier, så kallade vesikler eller exosomer, kan bli nyckeln till en helt ny kategori vacciner. I ett stort tvärvetenskapligt projekt arbetar forskare på KI och KTH med att utveckla skydd mot några av våra vanligaste infektionssjukdomar.

Idag saknas fullgoda vacciner mot många av våra vanligaste infektionssjukdomar och målet för projektet är i första hand att utveckla vaccin mot pneumokocker, streptokocker och stafylokocker. Dessa tre bakterier ligger bakom bland annat öroninflammation, lunginflammation, hjärnhinneinflammation, blodförgiftning och så kallad sjukhussjuka och orsakar årligen flera miljoner dödsfall globalt.

Exosomer kommunicerar
Forskningen leds av Birgitta Henriques-Normark, professor och överläkare i klinisk mikrobiologi vid Karolinska Institutet och Karolinska universitetssjukhuset, och bygger på upptäckten att vissa bakterier producerar nanopartiklar i form av små membranblåsor, som kallas vesikler eller exosomer. Dessa extremt små partiklar, som är runt en tusendel av bredden av ett hårstrå, gör att bakterierna kan kommunicera med omgivningen och forskarna har funnit att de potentiellt kan användas för att immunisera kroppen mot bakterieangrepp. Forskarna renar fram exosomerna från bakterierna och studerar dem in vitro och in vivo för att bättre förstå deras egenskaper, hur de tar sig in i kroppen och vad som triggar kroppens immunsvar.
Projektet inleddes 2019 och idag har man kommit långt med att karakterisera exosomerna, i synnerhet när det gäller pneumokocker, berättar Birgitta.
– Vi är på god väg att utveckla ett vaccin mot pneumokocker och har byggt upp en unik produktionsplattform. Nu utför vi toxicitetstester för att kontrollera att vaccinet är säkert och utan allvarliga biverkningar. Om allt går som planerat kan vi börja med kliniska prövningar i fas-1 nästa år.

Ny visualiseringsteknik
Forskningen är i högsta grad tvärvetenskaplig och det andra benet finns på KTH. Där arbetar Jerker Widengren, professor i biomolekylär fysik, fysiker och läkare, tillsammans med sitt team för att utveckla fluorescensbaserad spektroskopi och mikroskopi med mycket hög känslighet och upplösning samt låg bakgrund.
Med hjälp av denna teknologi kan forskarna studera hur proteiner interagerar med värdceller på molekylnivå och kan då avläsa stressreaktionen hos en cell som exponeras för bakterier.
– Vi tänjer på gränserna för nano- och detektorteknologier och kan studera enskilda fotoner. En stor fördel är att vi kan detektera partiklarnas fotofysikaliska fingeravtryck i flera färger och i det nära infraröda spektrumet, förklarar han.
Projektet startade 2019 och finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning. Det sker inom ramen för programmet Med-X, där medicin integreras med forskning inom IT, elektronik eller material. Syftet är att hitta banbrytande lösningar som svarar mot kliniska behov i sjukvården. Medverkar i projektet gör även George Sotiriou (KI, fysiker, nanopartikelvetenskap), Ali Elshaari och Val Zwiller (KTH, fysiker, kvantnanofotonik), samt detektorföretaget Single Quantum.

Tvärvetenskap ger synergier
Birgitta och Jerker lyfter fram att det är ovärderligt att arbeta tvärdisciplinärt och dra nytta av varandras kompetenser.
– Det blir ett samspel och en växelverkan som låter oss besvara frågor och upptäcka saker vi annars inte hade sett. Det ger stora synergier och vi har åstadkommit en rejäl kunskaps- och teknologiutveckling i denna interaktion, som vi har stor nytta av inför framtiden, säger Jerker.
De hoppas att nanovaccinerna så småningom ska kunna användas mot fler bakteriearter för att förhindra sjukdom och bli ett viktigt vapen i kampen mot antibiotikaresistens. SSF-projektet tar formellt slut nästa år och nu arbetar forskarna med att säkra finansiering för sitt fortsatta arbete.
– Våra samarbeten är väletablerade och vi har byggt upp en stor kunskap och omfattande data, så arbetet fortsätter långsiktigt, säger Birgitta. Det finns mycket potential i tillämpningen av den här forskningen och det är ett område med stora medicinska behov att fylla.