Bacterial exosomes and their nano-mimics as vaccine- BENVAC
- Reference number
- RMX18-0041
- Project leader
- Henriques-Normark, Birgitta
- Start and end dates
- 200101-251231
- Amount granted
- 35 000 000 SEK
- Administrative organization
- Karolinska Institutet
- Research area
- Life Science Technology
Summary
The project aims at using novel technological approaches to develop nano-vaccines against Gram-positive infections with a focus on infections caused by pneumococci, Group A streptococci and Staphylococcus aureus. These infections are major causes of mortality and morbidity globally and new approaches are urgently needed. The main goal is to generate new nano-vaccines based on bacterial exosomes. Bacterial exosomes are produced by bacteria and are composed of proteins present in the outer leaflet of the plasma membrane. Our preliminary data suggest that bacterial exosomes are protective in mice. We will characterize bacterial exosomes and identify protective antigens, and generate mimic exosomes and exosome-inspired functionalized nano-probes using bioengineering approaches. To optimize the composition, binding properties and fate of the exosomes and nano-probes, to be developed as vaccines, they will be studied in vitro and in vivo using biophysical and biomedical techniques. We will adapt fluorescence-based ultrasensitive, super-resolution imaging and spectroscopy technologies, harnessed with a new generation of single-photon detectors in our pathogenesis models to reveal knowledge on detailed underlying molecular mechanisms and host-bacterial exosome interactions. Generated vaccine candidates will be studied in our mouse protection models. We expect that the fluorescence, photon detector and nanoparticle technologies developed will find a broad biomedical applicability
Popular science description
Infektionssjukdomar är ett omfattande globalt problem som skördar miljontals människoliv årligen. De utgör ett påtagligt hot mot vår hälsa och välfärd även i Sverige. Dagens vacciner ger inte fullgott skydd mot våra vanligaste sjukdomsalstrande bakterier. Nya strategier behövs för att utveckla nya, mer verkningsfulla vacciner. I detta projekt avser vi att utveckla en ny kategori av vacciner mot bakteriella infektioner baserade på så kallade exosomer. Exosomer är små membranvesiklar, mindre än en miljondels meter i diameter, som bildas från celler som en stressreaktion, och gör att cellerna kan kommunicera med omgivningen och påverka andra celler och vävnader i kroppen. Först på senare år har man visat att de kan ha en stor betydelse för uppkomsten av olika sjukdomar. Nyligen har det visats att även bakterier kan producera exosomer. Våra preliminära data visar att bakteriella exosomers ytegenskaper avspeglar de bakterier som de kommer ifrån. Kan vi således träna kroppens immunförsvar med dessa exosomer för att på detta vis bygga upp ett försvar mot bakteriella infektioner? Kan vi dessutom, utifrån kunskap om exosomers sammansättning, skapa artificiella exosomer i större mängder, baserade på nanopartiklar, som utgångspunkt för en helt ny typ av vaccin? Vi kommer att rena fram exosomer från bakterier, och studera dessa med avancerade fluorescensmetoder. Dessa metoder kommer att förfinas för att med hög upplösning och känslighet detaljstudera exosomernas egenskaper, innehåll och fördelning av specifika proteiner, och även utvecklas för att studera exosomernas påverkan på celler och vävnader in vivo. Utifrån denna information kan vi sedan designa artificiella exosomer, nanopartiklar, med ny teknologi så att det besitter ytegenskaper för optimal interaktion med immunceller, och som ger ett skyddande immunsvar mot farliga bakteriestammar. Partiklarna ska också funktionaliseras så att de medierar fluorescens inom ett spektrum (nära-infrarött) som möjliggör identifiering under in vivo förhållanden. Slutmålet är att etablera en ny strategi för vaccinutveckling, baserad på bakteriella exosomer, samt att ta fram vaccin mot några av våra vanligaste bakteriesjukdomar där vaccin saknas eller där befintliga vaccin inte ger tillräckligt skydd. Samtidigt är målet även att vidareutveckla avancerad fluorescens-spektroskopi/mikroskopi och nano-teknologi i samråd med ett företag för en bredare användning inom det biomediciska området.