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Jun 03, 2023

Un dispositif photochimique stimule la recherche sur les maladies infectieuses du CSU sur le vaccin

par Anne Manningphotos par John Eiselepublié le 2 août 2022 Peu après COVID-19

par Anne Manningphotos par John Eiselepublié le 2 août 2022

Peu de temps après que le COVID-19 soit devenu une pandémie en 2020, les chercheurs en sciences de la vie de la Colorado State University sont passés à l'action, appliquant des décennies d'expertise en microbiologie, immunologie et maladies infectieuses au développement d'un vaccin candidat qui pourrait agir contre le nouveau coronavirus.

Deux ans plus tard, la recherche de CSU sur les vaccins pour toutes sortes de maladies – pas seulement COVID-19 – continue de prospérer. Cela est dû en partie à un dispositif de fabrication et de test de vaccins unique en son genre qui a été conçu et prototypé par les ingénieurs du CSU, une idée conçue au cours de ces premiers jours frénétiques de la pandémie. Maintenant, ce réacteur photochimique à flux continu à haute intensité construit sur mesure, appelé «VacciRAPTOR», est intégré dans le coronavirus plus large de l'université et d'autres efforts de recherche, car il peut être utilisé pour inactiver de nombreux types de virus et d'agents pathogènes.

Le VacciRAPTOR a été construit par une équipe d'ingénieurs du laboratoire de prototypage rapide de l'Energy Institute, dirigée par l'associé de recherche principal John Mizia. L'ingénieur principal du laboratoire, Matt Willman, a dirigé la conception de l'appareil et Andrew Andraski, étudiant à la maîtrise, dirige la caractérisation et les tests. Les ingénieurs ont collaboré au projet avec l'équipe de recherche sur les vaccins dirigée par Raymond Goodrich, directeur exécutif du Centre de recherche sur les maladies infectieuses et professeur au Département de microbiologie, immunologie et pathologie.

Après deux ans de prototypage, le VacciRAPTOR est récemment passé du Powerhouse Energy Campus aux laboratoires de recherche sur les maladies infectieuses du Foothills Campus. Désormais, il permet de fabriquer et de tester des vaccins pour de nombreuses maladies bien plus rapidement et efficacement que les systèmes précédents, ouvrant ainsi une voie plus fluide et plus rapide vers les essais cliniques.

L'étudiant en maîtrise d'ingénierie Andrew Andraski, l'étudiante DVM Alina Vise et Katherine Compton préparent le VacciRAPTOR pour un test avec une solution de virus Zika.

Au début de la pandémie, Goodrich et ses collègues ont commencé à tester si une technologie existante d'inactivation des agents pathogènes qui combine la vitamine riboflavine et la lumière ultraviolette pouvait être utilisée pour développer un vaccin contre le coronavirus. Leur objectif était de créer un vaccin basé sur un virus inactivé et intact, qui stimulerait la réponse immunitaire mais ne provoquerait pas de maladie chez le patient.

La technologie est basée sur deux décennies de travail de Goodrich et de ses collègues qui avaient précédemment inventé une technique d'inactivation des agents pathogènes pour les transfusions sanguines utilisant cette même photochimie. Au début de 2020, Goodrich et ses collègues ont découvert que la réaction photochimique riboflavine-lumière UV qui fonctionne pour la réduction des agents pathogènes sanguins fonctionne également sur le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19. Leurs travaux ultérieurs visant à démontrer l'efficacité de ce processus pour le développement de vaccins humains ont été soutenus par les National Institutes of Health. Ce procédé est désormais sous licence SolaVAX™ et sous licence exclusive pour le travail sur les vaccins humains par Solaris Vaccines, Inc.

L'étudiante DVM Elizabeth Sullivan aide à préparer le VacciRAPTOR pour un test avec une solution de virus Zika.

Pour tester leur processus de développement de vaccins SolaVAX™, les chercheurs en maladies infectieuses avaient utilisé une version modifiée d'un dispositif commercialement connu sous le nom de Mirasol Pathogen Reduction Technology System, que Goodrich et ses collègues ont inventé il y a plus de dix ans. La technologie Mirasol appartient à la société de dispositifs médicaux Terumo BCT, où Goodrich a passé une partie de sa carrière. Il est souvent utilisé par les banques de sang pour éliminer les virus, les bactéries et les parasites du sang donné. Le sang est recueilli dans des sacs en plastique transparents – familiers à tous ceux qui ont donné du sang – puis chargé dans la machine Mirasol et exposé à la lumière UV.

Bien que cette configuration ait permis aux chercheurs du vaccin CSU de prouver le concept selon lequel la technologie fonctionne également sur les coronavirus, elle était limitée car un seul sac de solution virale pouvait être traité à la fois, a expliqué Lindsay Hartson, responsable du laboratoire Goodrich au Infectious Disease Centre de recherche.

"C'est formidable pour le sang, mais lorsque nous parlons de passer à la production à grande échelle de vaccins, ce n'est pas un modèle réalisable ou efficace", a déclaré Hartson.

Goodrich a ajouté: "Je pense que, dès le début, nous avons reconnu que cela fonctionnerait à petite échelle et fonctionnerait certainement pour soutenir des choses comme les premières études sur les animaux et les travaux de toxicologie. Mais si nous voulions vraiment pouvoir produire en masse des vaccins, en un moyen efficace et efficace, nous devions gérer bien plus que, disons, mettre un sac à la fois dans l'appareil et le faire fonctionner à un volume de 600 millilitres et simplement répéter cela encore et encore.

Entrez le nouveau dispositif VacciRAPTOR. Les ingénieurs ont pris l'utilité photochimique essentielle du dispositif Mirasol et l'ont reconfiguré pour fonctionner plus rapidement et sur de plus grands volumes de solution virale. Le dispositif consiste en un système de bobines à travers lequel la solution virale, pré-mélangée avec la riboflavine, est éclairée uniformément par un cercle de lumières fluorescentes à des longueurs d'onde très spécifiques.

L'ingénierie personnalisée du VacciRAPTOR comprend un système de bobine à travers lequel la solution virale circule tout en étant exposée à la lumière UV.

Le processus SolaVAX™ est enraciné dans une technologie vaccinale traditionnelle - utilisant un agent pathogène viral inactivé pour stimuler une réponse immunitaire - similaire à la fabrication du vaccin antigrippal. Mais SolaVAX ™ utilise la riboflavine, une vitamine bénigne et sans danger, plus communément appelée vitamine B2, à la place de produits chimiques toxiques comme le formol, la bêta-propiolactone ou d'autres qui doivent être retirés de la solution à la fin du processus. En d'autres termes, a expliqué Hartson, leur méthode est un moyen "plus doux" mais non moins efficace de rendre les agents pathogènes inertes tout en préservant les protéines antigéniques qui stimulent la réponse immunitaire souhaitée.

La conception du VacciRAPTOR a été inspirée par une précédente collaboration entre Mizia et Goodrich dans laquelle ils ont créé un dispositif de purification de l'eau utilisant la même chimie riboflavine-lumière UV.

Le processus de lumière riboflavine-UV nécessite que chaque unité de volume de liquide soit éclairée de manière uniforme et cohérente, a déclaré Mizia, expliquant les défis techniques du projet. "Si vous imaginez que vous avez une grande source de lumière et une grande plaque pour essayer de couvrir toute la surface, et que vous faites couler le liquide, que se passe-t-il si le coin ici n'est pas aussi éclairé que le centre ?" dit Mizia. "La façon d'éliminer ce problème était d'avoir un passage assez petit traversant un champ lumineux homogène. C'est ainsi que nous avons eu l'idée de la bobine."

Le dispositif original de réduction des pathogènes sanguins Mirasol traite environ 30 millilitres (ou une once) de liquide par minute. En comparaison, le nouveau dispositif à haut débit des ingénieurs peut inactiver environ 1 000 millilitres (ou un litre) de liquide par minute, selon Andraski, l'étudiant à la maîtrise en génie mécanique qui a travaillé sur le VacciRAPTOR avec Mizia et Willman et rédige sa thèse. sur la technologie.

"Nous théorisons que cette unité peut éventuellement traiter plus de 80 litres par heure, soit quelque chose comme 100 000 doses de vaccin par heure", a déclaré Andraski.

Izabela Ragan, professeure adjointe au Département des sciences biomédicales, fait partie de l'équipe qui utilise le VacciRAPTOR pour fabriquer et tester des vaccins, dont un vaccin pan-coronavirus et un contre la leishmaniose. "Le plan actuel est d'utiliser ce nouveau dispositif pour nos programmes de recherche et de développer d'autres candidats vaccins inactivés contre les parasites, les bactéries et les virus", a déclaré Ragan. "Cet appareil aidera à créer le matériel vaccinal nécessaire aux tests précliniques."

Le Dr Izabela Ragan, professeur adjoint en sciences biomédicales, et l'étudiante DVM Alina Vise analysent des échantillons traités de solution de virus Zika après qu'ils aient traversé le VacciRAPTOR.

De plus, le VacciRAPTOR pourrait inspirer de nouvelles façons de fabriquer des vaccins contre la poliomyélite, la grippe et d'autres virus plus rapidement, efficacement et en toute sécurité, dans les régions du monde où l'accès aux vaccins reste un défi, a ajouté Goodrich.

La collaboration sur le réacteur photochimique VacciRAPTOR a reçu l'année dernière un coup de pouce de la Fondation Anschutz. L'équipe a remporté une partie d'un don de 2 millions de dollars à CSU qui finance des projets visant à prévenir de futures pandémies. L'équipe de Mizia au Powerhouse Energy Campus utilise ce financement pour continuer à affiner la conception de l'appareil, y compris une meilleure gestion thermique et des commandes utilisateur à écran tactile.

Goodrich a réfléchi au partenariat avec Mizia et à l'équipe qui porte les capacités de recherche de vaccins de CSU à de nouveaux sommets.

"L'innovation consiste vraiment à rassembler des personnes ayant des talents et des compétences différents pour travailler sur un problème", a déclaré Goodrich. "Vous avez besoin de personnes ayant une formation en ingénierie. Vous avez besoin de personnes qui savent comment câbler des circuits et mettre en place des systèmes d'éclairage et concevoir des dispositifs de surveillance et des systèmes de flux. Vous avez besoin de personnes qui ont une formation en biologie pour développer le virus. Aucune de cela se fait sans collaboration et coopération comme celles que nous avons ici à la CSU."

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