突破性进展为生物技术在不到一个月的时间内生产10亿剂疫苗奠定了基础

在实地生产和使用疫苗

有了新的iVAX生物制造平台,医疗保健专业人员可以简单地将水加入含有冻干疫苗成分的试管中。水会引发化学反应,激活无细胞系统,将其转化为催化剂,在需要的时候和地点制造有用的药物。信贷:贾斯汀穆尔

膜释放潜力,大大增加无细胞疫苗生产

通过打开细胞膜,西北大学合成生物学家已经发现了一种新的方式来提高蛋白质疫苗的产量五倍,显着扩大对潜在的救生药物。

2月,研究人员推出了一种新的生物制造平台,可以在护理点迅速制作稳定的疫苗,确保由于运输或储存的错误,它们不会浪费。在其新研究中,该团队发现,使用细胞膜富集无细胞提取物 - 使缀合物疫苗所需的组分 - 大大增加其冷冻干燥平台的产率。

这项工作为快速生产抗抗生素细菌和新病毒药物奠定了基础,这些药物的剂量为每天每升4万剂,每剂成本约为1美元。按照这个速度,研究小组可以使用一个1000升的反应堆(大约一个花园垃圾袋的大小)每天产生4000万剂量,在不到一个月的时间内达到10亿剂量。

“当然,在新冠肺炎,我们都意识到了能够在我们需要它们的时候制作药品的重要性,“西北迈克尔·犹太人说,迈克尔·犹太人队领导了这项研究。“这项工作将改变疫苗的方式,包括生物准备和大流行反应。”

该研究将于2021年4月22日在杂志上发布自然通信。

朱伊特是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授,也是西北大学合成生物学中心的主任。yabo124朱伊特实验室的两名研究生贾斯敏·赫什韦(Jasmine Hershewe)和凯瑟琳·沃费尔(Katherine Warfel)是这篇论文的共同第一作者。

这种新的制造平台被称为体外结合疫苗表达(iVAX),它是通过无细胞合成生物学实现的。在这一过程中,研究人员去除细胞的外壁(或膜),并重新利用其内部机制。yabo124然后,研究人员将这台重新设计的机器放入一个试管中并冷冻干燥。加水会引发化学反应,激活无细胞系统,将其转化为催化剂,在需要的时候和地点制造有用的药物。该平台可以在6个月或更长的时间内保持货架稳定,无需复杂的供应链和极端制冷,使其成为远程或低资源设置的强大工具。

在之前的一项研究中,Jewett的团队使用iVAX平台生产了结合疫苗来预防细菌感染。当时,他们利用大肠杆菌的分子机器在一小时内生产一剂疫苗,每剂成本约为5美元。

Jewett说:“玉米价格仍然太高,产量也不够高。”“我们设定了每剂1美元的目标,并且在这里实现了这个目标。通过提高产量和降低成本,我们认为我们可能能够促进更多人获得挽救生命的药物。”

Jewett和他的团队发现,到达该目标的关键在于细胞的膜内,这通常在无细胞合成生物学中丢弃。yabo124当分开时,膜自然地重新组装成囊泡,球形结构携带重要分子信息。研究人员表征了这些囊泡,发现增加的囊泡浓度可用于制备用于蛋白质治疗剂的组分,例如缀合物疫苗,其通过附着糖单元 - 该病原体 - 载体蛋白质是独特的。通过学会认识到蛋白质作为异物,身体知道如何在遇到时攻击免疫应答。

然而,将该糖与载体蛋白质附着是困难,复杂的过程。研究人员发现,细胞的膜含有机器,使得使糖更容易连接到蛋白质。通过用这种膜结合机械富集疫苗提取物,研究人员显着提高了可用疫苗剂量的产量。

“对于各种生物体,接近30%的基因组用于编码膜蛋白,”学习联合作家Neha Kamat,他是McCormick的生物医学工程助理教授,是麦克芹术和细胞膜专家。“膜蛋白是生命中真正重要的一部分。通过学习如何有效地使用膜蛋白,我们可以真正推进无细胞的系统。“

参考文献:2021年4月22日,“通过表征和富集天然膜囊来改善无细胞糖蛋白的合成”,自然通信
DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 22329 - 3

该研究得到了国防威胁减少机构(奖励号码HDTRA1-15-10052 / P00001),国家科学基金会(奖励1936789年和1844336年),空军研究实验室卓越中心(奖励号码FA8650-15-2-5518),比尔和梅林达盖茨基金会(奖项OPP1217652),David和Lucile Packard基金会和Camille Dreyfus教师课程。

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