Руководитель проекта
Табынов Кайсар Казыбаевич
кандидат ветеринарных наук, профессор
Scopus Author ID: 55489111500
Researcher ID: J-4155-2015
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5823-1280
О проекте
Актуальность
В качестве новой платформы интраназальной SARS-CoV-2 вакцины, исследовательская группа проекта предлагает разработать и испытать дизайн на основе наночастиц хитозана с маннозой. Комплекс этих природных биосовместимых полимеров, помимо идеального транспортного средства белковых субъединиц в слизистые оболочки, обладают также выраженным адъювантным действием. Эта нановакцинная формуляция была получена нашими партнерами из Университета штата Огайо (УШО, США) и использовалась ранее в создании вакцин против гриппа свиней и сальмонеллёза птиц. Для усиления Т-клеточного иммунного ответа нановакцинной формуляции планируется включение в ее состав адъюванта CpG55.2. (антагонист Толл-подобного рецептора 9), разработанного на основе искусственного интеллекта нашими другим партнером компанией Vaxine Pty Ltd (Аделаида, Австралия). Этот адъювант имеет свою уникальную последовательность и используется как важный компонент субъединичной SARS-CoV-2 вакцины под торговым названием COVAX-19 (разработчик Vaxine Pty Ltd), которая успешно прошла I-фазу клинического испытания на 40 волонтерах в Австралии, и сейчас идет подготовка ко II-III фазам клинических исследований в 10 странах мира. Важно отметить, что этот адъювант имеет потенциал для снижения антигенной нагрузки вакцины в более чем 400 раз.
Основная идея предлагаемого проекта заключается в том, чтобы объединить две передовые технологии по интраназальной доставке антигенов на основе наночастиц и адъюванта CpG55.2. (антагонист TLR-9) для создания новой платформы по приготовлению безопасной, эффективной и не инъекционной SARS-CoV-2 вакцины. Достижение последнего позволяет устранить ряд проблем (боль, перекрестное заражение, повреждение иглой, недостаточное или избыточное дозирование, повышенные расходы, а также страх перед уколами), сопряженных с вакцинацией.
Цель
Целью проекта является разработка новой безопасной, иммуногенной и эффективной платформы SARS-CoV-2 нановакцины с интраназальным способом применения.
Достигнутые результаты:
1) Конструирование и наработка рекомбинантных белков S1/RBD вируса SARS-CoV-2;
2) Отработка лабораторной модели животных для оценки эффективности вакцины;
3) Получение безопасной и эффективной формуляции SARS-CoV-2 нановакцины для интраназального применения;
4) Оценка стабильности SARS-CoV-2 нановакцинной формуляции в условиях хранения и транспортировки;
5) Изучение иммунобиологических свойств SARS-CoV-2 вакцины на модели лабораторных животных.
Получены плазмиды (pCMV3-2019-nCoV-RBD) с генами, кодирующими фрагменты RBD Спайк белка вируса SARS-CoV-2. Далее эту плазмиду переклонировали в вектор pFASTBac 1. Далее получали бакмидную ДНК с помощью системы экспрессии Bac-to-Bac™️ Baculovirus Expression System (Gibco). Полученный бакуловирус подвергали полногеномному NGS секвенированию. Экспрессия белка RBD проведена в бакуловирусной системе (коммерческий набор ExpiSf™) в соответствии с протоколом производителя (Gibco). Полученный белок очищен аффинной хроматографией на колонке с Ni-NTA и гель-фильтрацией на хроматографических колонках. Наличие белка в очищенном материале обнаруживали с помощью гель-электрофореза (SDS-PAGE) и Вестерн-блоттинга. Исследования показали полученный рекомбинантный SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Spike Protein (RBD) белок состоит из 271 аминокислоты и имеет примерную молекулярную массу 30,3 кДа. Степень чистоты белка составила более 90%, а концентрация более 10 мг.
Экспериментально была отработана лабораторная модель SARS-CoV-2 инфекции и ее трансмиссии на сирийских хомяках, которая может быть использована для оценки эффективности разрабатываемой COVID-19 вакцины.
Установлено, что субъединичная вакцина на основе рекомбинантного мономерного RBD белка, загруженного в наночастицы из хитозана, конъюгированного с маннозой (NARUVAX-C19/Nano), обеспечивает формирование у мышей антиген-специфичных IgA антител и Тh1-клеточного иммунного ответов при двукратной интраназальной иммунизации с интервалов в 21 день, а также существенную защиту от дикого типа SARS-CoV-2 (D614G) вирусной инфекции на модели сирийских хомяков.
Установлено, что рекомендуемой оптимальной температурой для длительного хранения и транспортировки (не менее 12 месяцев) вакцины NARUVAX-C19/Nano является -20°С или +4°С, а краткосрочную транспортировку препарата можно осуществлять при +22°С, но не более 7 суток.
Продолжительность поствакцинального защитного иммунитета вакцины NARUVAX-C19/Nano на модели хомяков в режиме интраназальной двукратной иммунизации составляет 6 месяцев.
Установлено, что вакцина NARUVAX-C19/Nano в режиме двукратного интраназального применения иммуногенна как у новорожденных, так и старых мышей. Уровень формирования сывороточных анти-RBD IgA антител у привитых животных был существенно выше, чем таковые контрольной группы. При этом следует отметить, что у новорожденных мышей уровень IgA антител хоть и несущественно, но был выше, чем у старых мышей.
Проведено доклиническое исследование (дополнительная работа по проекту) безопасности разработанной вакцины NARUVAX-C19/Nano на базе испытательной GLP лаборатории Национального центра экспертизы лекарственных средств и медицинских изделий МЗ РК (регуляторный орган). Показано, что вакцина NARUVAX-C19/Nano не оказывает токсического действия на организм, обладает хорошей переносимостью и не проявляет аллергизирующего действия в испытаниях на лабораторных животных, в том числе беременных особях.
Список публикаций и патентов
По результатам проведенных исследований опубликованы 3 (три) статьи в рецензируемых международных научных изданиях, индексируемых Web of Science (WoS) и Scopus (NPJ Vaccines, IF-9.2, WoS-Q1, Scopus-95%; Human Vaccines & Immunotherapeutics, IF-4.8, WoS-Q1, Scopus-68%; Scientific Reports, IF-4.6, WoS-Q2, Scopus-92%), получены 2 (два) национальных патента на изобретение и подана 1 (одна) Международная заявка на патент:
1. Tabynov K, Turebekov N, Babayeva M, Fomin G, Yerubayev T, Yespolov T, Li L, Renukaradhya GJ, Petrovsky N, Tabynov K. An adjuvanted subunit SARS-CoV-2 spike protein vaccine provides protection against Covid-19 infection and transmission. NPJ Vaccines. 2022 Feb 23;7(1):24. doi: 10.1038/s41541-022-00450-8.
https://www.nature.com/articles/s41541-022-00450-8
2. Tabynov K, Solomadin M, Turebekov N, Babayeva M, Fomin G, Yadagiri G, Renu S, Yerubayev T, Petrovsky N, Renukaradhya GJ, Tabynov K. An intranasal vaccine comprising SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain protein entrapped in mannose-conjugated chitosan nanoparticle provides protection in hamsters. Sci Rep. 2023 Jul 26;13(1):12115. doi: 10.1038/s41598-023-39402-0.
https://www.nature.com/articles/s41598-023-39402-0
3. Solomadin M, Tabynov K, Petrovsky N, Tabynov K. Evaluation of a SARS-CoV-2 spike protein ectodomain subunit vaccine with a squalene emulsion adjuvant in rodents and rhesus macaques. Hum Vaccin Immunother. 2023 Aug;19(2):2258571. doi: 10.1080/21645515.2023.2258571.
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21645515.2023.2258571
4. Штамм hCoV-19/Kazakhstan/KazNAU-NSCEDI-481/2020 KKZI KA-294 вируса SARS-CoV-2, порядка Nidovirales семейства Coronaviridae рода Betacoronavirus вида Coronavirus клайда G, предназначенный для приготовления и тестирования иммунобиологических препаратов и определения противовирусной активности различных субстанций in vitro и in vivo. Патент на изобретение №34974 от 26 марта 2021 г.
https://gosreestr.kazpatent.kz/Invention/DownLoadFilePdf?patentId=337209&lang=ru
5. Ассоциация штаммов hCoV-19/Kazakhstan/KazNAU-NSCEDI-4635/2020 (Wuhan variant), hCoV-19/Kazakhstan/KazNAU-NSCEDI-Kaissar/2021 (Alpha variant), hCoV-19/Kazakhstan/KazNARU-NSCEDI-5526/2021 (Delta variant) вируса SARSCoV-2, предназначенная для приготовления и тестирования средств специфической профилактики, терапии, диагностики и дезинфекции в условиях in vitro и in vivo. Патент на изобретение № 35884 от 07 октября 2022 г.
https://gosreestr.kazpatent.kz/Invention/DownLoadFilePdf?patentId=359042&lang=ru
6. Международная заявка на патент WO/2023/159082 от 24.08.2023 «Nanotechnology based intranasal COVID-19 vaccine comprising chitosan», Inventors: GOURAPURA, Renukaradhya J.; YADAGIRI, Ganesh; KENNEY, Scott; SCHROCK, Jennifer; BOLEY, Patricia; TABYNOV, Kaissar; TABYNOV, Kairat; YESPOLOV, Tlektes. Applicants: Ohio State Innovation
Foundation (US), Kazakh National Agrarian Research University (KZ). Опубликована в Derwent Innovations Index (WoS) под названием «Composition used to elicit or enhance an immune response to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, comprises severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 antigen associated with a nanoparticle».
https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2023159082&_gid=202334
Информация для потенциальных пользователей
Обнадеживающие результаты исследований иммуногенности и эффективности, а также доклинической оценки безопасности разработанной вакцины NARUVAX-C19/Nano на лабораторных животных, позволяют рекомендовать ее к выходу на стадии опытно-конструкторских работ и клинического испытания на людях. Разработанная платформа в перспективе может быть применена для специфической профилактики и других инфекций.
Члены исследовательской группы
Табынов Кайрат
PhD, ассоциированный профессор
Scopus Author ID: 57295358600
Researcher ID: N-8761-2017
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9411-7952
Туребеков Н.А.
PhD
Scopus Author ID: 57195575537
Researcher ID: AAZ-2754-2020
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6826-2611
Белоусов В.Ю.
к.б.н.
Scopus Author ID: 58030218400
Researcher ID: HJS-1618-2023
Соломандин М.В.
Scopus Author ID: 57996655100
Researcher ID: IAE-8952-2023
Орынбасар М.Б.
Scopus Author ID: 57563473400
Researcher ID: FPZ-6475-2022
Ельчибаева Л.С.
Scopus Author ID: 57563224400
Researcher ID: EGQ-1571-2022