Actualmente, los dos agentes infecciosos más mortales a nivel mundial son el coronavirus 2 causante de síndrome respiratorio agudo (SARS-CoV-2) y Mycobacterium tuberculosis, ambos causantes de cuadros respiratorios para los que no se cuenta aún con métodos capaces de monitorear la seroprevalencia de anticuerpos asociados con infección.
En el caso de M. tuberculosis, el agente generalmente es controlado por el sistema inmune, dando origen a una infección latente que no causa enfermedad ni es infecciosa (1). Por el contrario, una falla del sistema inmune para contener a la bacteria (probablemente albergada en un 25% de la población mundial), da lugar a la tuberculosis activa, enfermedad que deteriora los pulmones de manera crónica y que, en ausencia de tratamiento, es altamente infecciosa por vía aérea (1). Se estima que la tuberculosis causa alrededor de 1.5 millones de muerte en un año (2). De acuerdo con un metaestudio, los glicolípidos de superficie de M. tuberculosis, también presentes en algunas bacterias del mismo género, específicamente en M. fortuitum y M. bovis BCG, se cuentan entre los antígenos más útiles para la detección de tuberculosis activa (3). Pocas propuestas han contemplado el uso de estas moléculas para el diagnóstico, principalmente debido a su difícil manejo como productos no hidrosolubles.
El SARS-CoV-2, por su parte, despliega en su superficie membranal la proteína Spike, identificada como el antígeno reconocido de manera preponderante y específica en individuos infectados (4). La búsqueda de anticuerpos en individuos previamente infectados es relevante para fines epidemiológicos y para monitoreos de respuestas vacunales. Actualmente, el método más recomendado para la búsqueda de anticuerpos es el ensayo inmunoenzimático (5). Sin embargo, este método implica la necesidad de equipo y personal especializado que no puede aplicarse con facilidad en amplias poblaciones.
En este proyecto se producirán antígenos glicolipídicos de micobacterias (M. fortuitum y M. bovis BCG cepa México) y el antígeno Spike de cadena completa producido de manera recombinante. Siendo todos ellos antígenos de anclaje a membrana, no hidrosolubles, los ensamblaremos en liposomas junto con fosfolípidos convencionales, de acuerdo con metodologías reportadas por varios grupos, incluyendo el nuestro (en el caso de antígenos lipídicos) (6-8). Una vez producidos los liposomas (llamados micosomas o virosomas, según los antígenos desplegados), los adheriremos a nanopartículas de sílice mesoporosa, dando origen a arreglos supramoleculares coloidales con mimetismo de bacterias o de virus. Dichas partículas supramoleculares serán exploradas como reactivos de diagnóstico serológico, para la captura de anticuerpos en suero. A fin de traducir la reacción antígeno-anticuerpo en un fenómeno de fácil medición, integraremos nanopartículas de oro en nuestros arreglos, para el desarrollo de un método óptico de fácil uso.
Finalmente, las partículas serán también analizadas en cuanto a su potencial como inmunógenos. Las características del núcleo inorgánico resultan ideales para la entrega de antígenos solubles, además de los membranales, pudiendo generarse vectores vacunales altamente versátiles. Por ello, en este proyecto se buscará establecer el tipo de interacciones de este tipo de partículas con células presentadoras de antígeno, analizando eventos tales como fagocitosis, colocalización con vías de presentación antigénica y activación de vías de la respuesta innata. La información obtenida permitirá definir si estos arreglos ameritan estudios más detallados enfocados a posibles aplicaciones vacunales.
(1) M. Pai, M.A. Behr, D. Dowdy et al. Nat. Rev. Dis. Prim. 2, 1 (2016).
(2) World Health Organization, Global Tuberculosis Report 2019 (Geneva, Switzerland, 2019).
(3) K.R. Steingart, N. Dendukuri, M. Henry et al. Clin. Vaccine Immunol. 16, 260 (2009).
(4) F. Krammer and V. Simon, Science 368, 1060 (2020).
(5) P.I. Kontou, G.G. Braliou, N.L. Dimou et al. Diagnostics 10, (2020).
(6) A. Huckriede, L. Bungener, T. Daemen, and J. Wilschut. Methods Enzymol. 373, 74 (2003).
(7) B. Morein, A. Helenius, and K. Simons. Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis. 3, 201 (1980).
(8) C.M. Valdemar-Aguilar, R. Manisekaran, R. Avila et al. Biointerphases.15, 41003 (2020).
En este proyecto proponemos desarrollar partículas que mimeticen membranas de la superficie de los dos agentes infecciosos más mortales en la actualidad, Mycobacterium tuberculosis y el SARS-CoV-2. El objetivo del proyecto será el de preparar sistemas coloidales que, al desplegar moléculas de membrana de estos patógenos, podrán ser utilizados como herramientas de control o de estudio de estos patógenos, de acuerdo con los siguientes puntos: (1) se desplegarán patrones moleculares y antígenos en un sistema que permita identificar sus interacciones con células del sistema inmune encargadas de reconocerlos, es decir sistemas con capacidad de identificar factores inmunomodulatorios o de virulencia, (2) las partículas biomiméticas que contengan antígenos de membrana (glicolípidos relacionados con los de cepas causantes de tuberculosis o la proteína Spike de coronavirus) servirán para capturar anticuerpos asociados a estados infecciosos o post-infecciosos, y tendrán utilidad para diagnóstico (en el caso de la tuberculosis) y para fines epidemiológicos (en el caso de la COVID19), (3) las partículas biomiméticas podrán ser evaluadas en cuanto a su capacidad para activar o para acarrear antígenos a células presentadoras lo que mostrará su posible potencial para vacunación.
La propuesta conjunta el despliegue de antígenos o patrones moleculares de microbios en un arreglo controlable, capaz de integrar partículas con capacidad de encapsulamiento para diversas moléculas, y capaz de traducir la captura de anticuerpos en fenómenos ópticos de fácil medición. Hasta donde sabemos, esta estrategia no ha sido contemplada o publicada para ninguno de los dos agentes infecciosos mencionados aquí.
El proyecto se enfocará principalmente en el desarrollo de partículas para monitoreo de anticuerpos asociados con tuberculosis activa y anticuerpos derivados de una primoinfección por el SARS-CoV-2. De tener éxito, nuestros grupos de trabajo procurarán la protección intelectual y la aplicación del desarrollo para beneficio de la sociedad. Las pruebas de concepto serán realizadas con anticuerpos obtenidos en animales, y los estudios iniciales en muestras humanas serán realizados en colaboración con expertos clínicos de la Universidad Autónoma de Nuevo León.
El desarrollo de estos híbridos partícula-membranas remite a su posible utilidad en vacunación. Estudiaremos la capacidad de estas partículas para activar la respuesta inmune innata, y para entregar antígenos en células dendríticas. Durante este proyecto planteamos establecer el potencial de las partículas de manera preliminar, y en caso de obtener datos alentadores, buscaríamos establecer colaboraciones para estudiar el uso de las mismas con grupos expertos en el área.
Finalmente, las capacidades y experiencia de nuestros laboratorios permitirán la obtención de datos y desarrollos colaterales en el marco de este protocolo. Específicamente, obtendremos antígenos y patrones moleculares de M. bovis BCG cepa México (28), de interés vacunal pero poco caracterizada a nivel bioquímico. Asimismo, aprovecharemos nuestra experiencia para establecer una producción eficiente del antígeno Spike del SARS-CoV-2 mediante ondas de choque, método físico para permeabilizar membranas con alto potencial para modificaciones genéticas (29).