- MIT mengembangkan virus tidak berbahaya sebagai platform pengiriman vaksin kanker.
- Penyesuaian konsentrasi antigen dapat meningkatkan efektivitas respons imun vaksin.
- Virus M13 dapat berfungsi sebagai adjuvan vaksin sendiri, meningkatkan respons imun.
- Platform ini dapat merancang vaksin yang dipersonalisasi untuk berbagai tumor.
Peneliti dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah merekayasa sebuah virus yang tidak berbahaya menjadi platform pengiriman nano, yang bertujuan untuk mendukung pengembangan vaksin kanker yang dipersonalisasi. Dengan mengontrol kepadatan tampilan protein target kanker pada virus, partikel vaksin yang dikembangkan oleh tim tersebut secara signifikan mengurangi perkembangan tumor pada tikus. Platform ini menggunakan virus yang dimodifikasi bernama M13, yang merupakan virus yang menginfeksi bakteri tetapi tidak berbahaya bagi manusia. Virus ini membentuk struktur berbentuk serat panjang yang disebut nanofiber, yang dapat menutupi antigen, yaitu protein yang membantu sistem imun mengenali target tertentu.
Peneiti menemukan bahwa penyesuaian konsentrasi antigen pada struktur virus mengubah efektivitas vaksin dalam memicu respons imun. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk menyesuaikan partikel berdasarkan tumor yang berbeda pada pasien yang berbeda.
Penelitian ini dipimpin oleh peneliti dari Koch Institute for Integrative Cancer Research di MIT. Profesor rekayasa biologi dan ilmu material Angela Belcher adalah penulis utama, sementara ilmuwan riset Shengnan Huang bertanggung jawab atas pelaksanaan pekerjaan ini.
Penyesuaian Antigen Meningkatkan Respons Imun
Virus M13 terdiri dari satu untai DNA dan cangkang protein di sekelilingnya (yaitu protein kapsid). Peneliti memodifikasi salah satu protein kapsid yang disebut pVIII, dengan menyisipkan instruksi genetik yang sesuai ke dalam virus, untuk melampirkan antigen kanker pada permukaannya. Namun, mengontrol jumlah protein pembawa antigen pada struktur virus sangat penting. Peneliti menemukan bahwa menambahkan satu atau dua asam amino bermuatan negatif ke protein pVIII dapat meningkatkan kepadatan antigen. Mereka juga dapat lebih lanjut menyesuaikan produksi antigen dengan memperkenalkan mutasi gen, yang dapat memperlambat produksi antigen.
Dengan menggunakan teknik ini, tim memproduksi partikel yang menampilkan antigen model SIINFEKL, dengan kepadatan antigen berkisar antara 6% hingga 70%. Dalam percobaan pada tikus, vaksin dengan kepadatan antigen 35% memberikan perlindungan yang lebih baik dibandingkan vaksin dengan kepadatan antigen 6%. Setelah terpapar sel melanoma yang membawa antigen yang sama, tikus yang menerima vaksin dengan kepadatan tinggi memiliki kemungkinan lebih rendah untuk mengembangkan tumor, dan menghasilkan lebih banyak sel T yang menargetkan protein terkait kanker.
Peneiti menemukan bahwa sel dendritik yang membantu mengaktifkan sel T lebih mungkin untuk mengambil partikel dengan kepadatan antigen yang lebih tinggi. Tim juga menguji platform ini dengan menggunakan ADPGK, yang merupakan neoantigen yang khas dalam tumor usus besar pada model tikus. Neoantigen adalah protein yang dihasilkan dari perubahan sel kanker, yang dapat membantu sistem imun membedakan antara tumor dan jaringan sehat. Tikus yang menerima vaksin dengan kepadatan tinggi memiliki kemungkinan yang signifikan lebih rendah untuk mengembangkan tumor usus besar, yang menunjukkan bahwa platform ini dapat disesuaikan untuk menargetkan protein spesifik kanker yang berbeda.
Karakteristik Adjuvan Vaksin Virus M13
Fitur lain dari sistem ini adalah virus M13 dapat berfungsi sebagai adjuvan vaksin sendiri, yaitu substansi yang meningkatkan respons imun. DNA untai tunggalnya mengaktifkan jalur yang disebut TLR9, yang membantu merangsang sistem imun bawaan tubuh. Dengan memodifikasi urutan gen virus, peneliti juga dapat mengontrol aktivitas adjuvan ini. Hal ini dapat menghilangkan kebutuhan untuk menambahkan komponen stimulasi imun terpisah dalam vaksin.
Desain Modular Mendukung Vaksin yang Dipersonalisasi
Desain modular dari platform ini berarti peneliti dapat mengganti satu antigen dengan antigen lain untuk menargetkan berbagai jenis tumor. Ini pada akhirnya dapat mendukung vaksin yang ditujukan untuk karakteristik molekuler spesifik kanker pada pasien individu. Temuan ini dibangun di atas penelitian awal tim, yang mengeksplorasi penggunaan vaksin nano berbasis M13 untuk mengobati tumor yang sudah terbentuk pada tikus. Namun, dalam penelitian terbaru ini, peneliti terutama menguji kemampuan vaksin untuk mencegah perkembangan tumor. Pendekatan ini masih berada dalam tahap penelitian pra-klinis, dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah itu dapat secara aman dan efektif mengobati kanker yang telah terdiagnosis, serta apakah hasilnya dapat diterapkan pada manusia.
Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal Advanced Healthcare Materials.
Prospek dan Tantangan Vaksin Kanker yang Dipersonalisasi
Penelitian ini menunjukkan potensi pengembangan vaksin kanker yang dipersonalisasi menggunakan platform virus yang tidak berbahaya. Dengan menyesuaikan konsentrasi antigen, peneliti mampu meningkatkan respons imun vaksin, yang sangat penting untuk menargetkan karakteristik tumor yang berbeda pada pasien. Selain itu, karakteristik virus M13 sebagai adjuvan vaksin sendiri dapat menyederhanakan proses desain vaksin, mengurangi ketergantungan pada komponen imun eksternal. Namun, pendekatan ini masih berada dalam tahap penelitian pra-klinis, dan perlu dilakukan eksplorasi lebih lanjut mengenai keamanan dan efektivitasnya dalam aplikasi klinis.