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Jun 03, 2023

Dispositivo fotoquímico impulsa la investigación de enfermedades infecciosas de CSU sobre vacunas

por Anne Manningfotos por John Eiselepublicado el 2 de agosto de 2022 Poco después de COVID-19

por Anne Manningfotos por John Eiselepublicado el 2 de agosto de 2022

Poco después de que COVID-19 se convirtiera en una pandemia en 2020, los investigadores de ciencias de la vida de la Universidad Estatal de Colorado entraron en acción y aplicaron décadas de experiencia en microbiología, inmunología y enfermedades infecciosas para desarrollar una vacuna candidata que pudiera funcionar contra el nuevo coronavirus.

Dos años después, la investigación de CSU sobre vacunas para todo tipo de enfermedades, no solo COVID-19, continúa prosperando. Eso se debe en parte a un dispositivo de prueba y fabricación de vacunas único en su tipo que fue diseñado y creado por ingenieros de CSU, una idea concebida durante esos primeros y frenéticos días de la pandemia. Ahora, este reactor fotoquímico de flujo continuo de alta intensidad hecho a la medida, llamado "VacciRAPTOR", se está integrando en el coronavirus más amplio de la universidad y otros esfuerzos de investigación, ya que puede usarse para inactivar muchos tipos de virus y patógenos.

El VacciRAPTOR fue construido por un equipo de ingenieros en el Laboratorio de Prototipos Rápidos del Instituto de Energía dirigido por el investigador asociado senior John Mizia. El ingeniero principal del laboratorio, Matt Willman, dirigió el diseño del dispositivo, y el estudiante de maestría Andrew Andraski dirige la caracterización y las pruebas. Los ingenieros colaboraron en el proyecto con el equipo de investigación de vacunas dirigido por Raymond Goodrich, director ejecutivo del Centro de Investigación de Enfermedades Infecciosas y profesor del Departamento de Microbiología, Inmunología y Patología.

Después de dos años de creación de prototipos, el VacciRAPTOR se abrió camino recientemente desde el Powerhouse Energy Campus hasta los laboratorios de investigación de enfermedades infecciosas en el Foothills Campus. Ahora, está permitiendo que las vacunas para numerosas enfermedades se fabriquen y prueben muchas veces más rápido y eficientemente que los sistemas anteriores, abriendo un camino más fácil y rápido hacia los ensayos clínicos.

Andrew Andraski, estudiante de maestría en ingeniería, Alina Vise, estudiante de DVM, y Katherine Compton, estudiante de ingeniería, preparan el VacciRAPTOR para una prueba con la solución para el virus del Zika.

Al principio de la pandemia, Goodrich y sus colegas comenzaron a probar si una tecnología existente de inactivación de patógenos que combina la vitamina riboflavina y la luz ultravioleta podría usarse para desarrollar una vacuna contra el coronavirus. Su objetivo era crear una vacuna basada en un virus intacto e inactivado, que estimularía la respuesta inmune pero no causaría la enfermedad en el paciente.

La tecnología se basa en dos décadas de trabajo de Goodrich y sus colegas, quienes previamente habían inventado una técnica de inactivación de patógenos para transfusiones de sangre utilizando esta misma fotoquímica. A principios de 2020, Goodrich y sus colegas descubrieron que la reacción fotoquímica de luz ultravioleta de riboflavina que funciona para la reducción de patógenos en la sangre también funciona en el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19. Su trabajo posterior para demostrar la eficacia de este proceso para el desarrollo de vacunas humanas ha sido apoyado por los Institutos Nacionales de Salud. Ese proceso ahora tiene licencia como SolaVAX™ y tiene licencia exclusiva para el trabajo con vacunas humanas de Solaris Vaccines, Inc.

La estudiante de DVM Elizabeth Sullivan ayuda a preparar el VacciRAPTOR para una prueba con la solución para el virus del Zika.

Para probar su proceso de desarrollo de la vacuna SolaVAX™, los investigadores de enfermedades infecciosas habían estado usando una versión modificada de un dispositivo conocido comercialmente como el Sistema de Tecnología de Reducción de Patógenos Mirasol, que Goodrich y sus colegas inventaron hace más de una década. La tecnología Mirasol es propiedad de la empresa de dispositivos médicos Terumo BCT, donde Goodrich desarrolló parte de su carrera. Los bancos de sangre lo utilizan a menudo para limpiar la sangre donada de virus, bacterias y parásitos. La sangre se recolecta en bolsas de plástico transparentes, familiares para cualquiera que haya donado sangre, y luego se cargan en la máquina Mirasol y se exponen a la luz ultravioleta.

Si bien esta configuración permitió a los investigadores de vacunas de la CSU probar el concepto de que la tecnología también funciona con los coronavirus, fue limitada porque solo se podía procesar una bolsa de solución de virus a la vez, explicó Lindsay Hartson, gerente del laboratorio Goodrich en Infectious Disease. Centro de Investigación.

"Es excelente para la sangre, pero cuando hablamos de aumentar la producción de vacunas a gran escala, no es un modelo factible ni eficiente", dijo Hartson.

Goodrich agregó: "Creo que, desde el principio, reconocimos que esto funcionaría a pequeña escala y ciertamente funcionaría para respaldar cosas como los primeros estudios en animales y el trabajo de toxicología. Pero si realmente quisiéramos ser capaces de producir vacunas en masa, en De una manera eficiente y efectiva, íbamos a necesitar manejar mucho más que, digamos, poner una bolsa a la vez en el dispositivo y hacerlo funcionar a un volumen de 600 mililitros y repetirlo una y otra vez".

Ingresa el nuevo dispositivo VacciRAPTOR. Los ingenieros tomaron la utilidad fotoquímica esencial del dispositivo Mirasol y la reconfiguraron para que funcionara más rápido y con mayores volúmenes de solución de virus. El dispositivo consiste en un sistema de bobina a través del cual la solución viral, premezclada con la riboflavina, es iluminada uniformemente por un círculo de luces fluorescentes en longitudes de onda muy específicas.

La ingeniería personalizada de VacciRAPTOR incluye un sistema de bobina a través del cual fluye la solución del virus mientras se expone a la luz ultravioleta.

El proceso SolaVAX™ se basa en una tecnología de vacuna tradicional, que utiliza un patógeno viral inactivado para estimular una respuesta inmunitaria, similar a cómo se fabrica la vacuna contra la influenza. Pero SolaVAX™ utiliza la vitamina riboflavina segura y benigna, más conocida como vitamina B2, en lugar de sustancias químicas tóxicas como formalina, beta propiolactona u otras que deben eliminarse de la solución al final del proceso. En otras palabras, explicó Hartson, su método es una forma "más suave" pero no menos efectiva de volver inertes a los patógenos mientras se preservan las proteínas antigénicas que estimulan la respuesta inmune deseada.

El diseño de VacciRAPTOR se inspiró en una colaboración anterior entre Mizia y Goodrich en la que crearon un dispositivo de purificación de agua utilizando la misma química de riboflavina y luz ultravioleta.

El proceso de luz ultravioleta de riboflavina requiere que cada unidad de volumen de líquido se ilumine de manera uniforme y consistente, dijo Mizia, explicando los desafíos de ingeniería del proyecto. "Si imagina que tiene una fuente de luz grande y un plato grande para tratar de abarcar toda el área de la superficie, y está haciendo fluir el líquido, ¿qué pasa si la esquina aquí no recibe tanta iluminación como el centro?" dijo Mizia. "La forma de eliminar ese problema era tener un pasaje bastante pequeño que atravesara un campo de luz homogéneo. Así fue como se nos ocurrió la idea de la bobina".

El dispositivo original de reducción de patógenos sanguíneos Mirasol trata aproximadamente 30 mililitros (o una onza) de líquido por minuto. En comparación, el nuevo dispositivo de alto flujo de los ingenieros puede inactivar alrededor de 1000 mililitros (o un litro) de líquido por minuto, según Andraski, el estudiante de maestría en ingeniería mecánica que trabajó en el VacciRAPTOR con Mizia y Willman y está escribiendo su tesis. sobre la tecnología.

"Estamos teorizando que esta unidad puede eventualmente procesar más de 80 litros por hora, o algo así como 100.000 dosis de vacunas por hora", dijo Andraski.

Izabela Ragan, profesora asistente en el Departamento de Ciencias Biomédicas, forma parte del equipo que utiliza VacciRAPTOR para fabricar y probar vacunas, incluida una vacuna contra el pan-coronavirus y una contra la leishmaniasis. "El plan actual es usar este nuevo dispositivo para nuestros programas de investigación y desarrollar otras vacunas candidatas inactivadas contra parásitos, bacterias y virus", dijo Ragan. "Este dispositivo ayudará a crear el material de vacuna necesario para las pruebas preclínicas".

La Dra. Izabela Ragan, profesora asistente de ciencias biomédicas, y la estudiante de DVM Alina Vise analizan muestras tratadas de solución del virus del Zika después de pasar por el VacciRAPTOR.

Además, VacciRAPTOR podría inspirar nuevas formas de fabricar vacunas contra la poliomielitis, la influenza y otros virus de manera más rápida, eficiente y segura, en áreas del mundo donde el acceso a las vacunas sigue siendo un desafío, agregó Goodrich.

La colaboración en el reactor fotoquímico VacciRAPTOR recibió el año pasado un impulso de la Fundación Anschutz. El equipo ganó una parte de un regalo de $2 millones para CSU que está financiando proyectos destinados a prevenir futuras pandemias. El equipo de Mizia en Powerhouse Energy Campus está utilizando esos fondos para continuar refinando el diseño del dispositivo, incluida una mejor gestión térmica y controles de usuario de pantalla táctil.

Goodrich reflexionó sobre la asociación con Mizia y el equipo que está llevando las capacidades de investigación de vacunas de CSU a nuevas alturas.

"La innovación realmente está reuniendo a personas con diferentes talentos y diferentes conjuntos de habilidades para trabajar en un problema", dijo Goodrich. "Necesita personas con experiencia en ingeniería. Necesita personas que sepan cómo cablear circuitos y poner sistemas de iluminación en su lugar y diseñar dispositivos de monitoreo y sistemas de flujo. Necesita personas que tengan experiencia en biología sobre cómo hacer crecer el virus. Ninguno de esto se hace sin colaboración y cooperación como la que tenemos aquí en CSU".

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