Onderzoekers van de University of Cambridge hebben een belangrijke stap gezet in de ontwikkeling van vaccins tegen toekomstige pandemieën. Voor het eerst is een vaccin waarvan het belangrijkste onderdeel volledig met behulp van AI is ontworpen, getest bij mensen. Het doel van de onderzoekers is ambitieus: een vaccin ontwikkelen dat niet alleen beschermt tegen bekende coronavirussen, maar ook tegen nieuwe varianten en verwante virussen die vanuit dieren op mensen kunnen overspringen.
De eerste resultatenlaten zien dat het vaccin veilig is en een immuunrespons opwekt tegen meerdere virussen uit dezelfde virusfamilie. Daarmee groeit de belangstelling voor de rol die AI kan spelen bij de ontwikkeling van een nieuwe generatie breed beschermende vaccins.
AI zoekt zwakke plek van een virus
Traditionele vaccins zijn doorgaans gericht op één specifieke virusvariant. Wanneer een virus muteert, neemt de effectiviteit van het vaccin vaak af. Dat verklaart waarom griepvaccins jaarlijks worden aangepast en waarom COVID-19-vaccins de afgelopen jaren meerdere updates hebben gekregen.
De onderzoekers uit Cambridge kozen voor een andere aanpak. Met behulp van AI analyseerden zij genetische gegevens van duizenden virussen uit de zogenoemde sarbecovirusfamilie. Tot deze groep behoren onder meer SARS-CoV, SARS-CoV-2 en verschillende coronavirussen die voorkomen bij vleermuizen.
Het AI-systeem identificeerde onderdelen van deze virussen die ondanks miljoenen jaren evolutie grotendeels onveranderd zijn gebleven. Deze stabiele kenmerken vormen de basis van het nieuwe vaccin. Door zich op deze gemeenschappelijke eigenschappen te richten, hopen de onderzoekers bescherming te bieden tegen een hele virusfamilie in plaats van tegen één specifieke variant.
DNA-technologie
Opvallend is dat het nieuwe vaccin niet gebruikmaakt van mRNA-technologie, maar van DNA. Hoewel DNA-vaccins al langer worden onderzocht, hebben zij tot nu toe nog geen grote doorbraak gekend in de humane gezondheidszorg.
Volgens de onderzoekers biedt DNA-technologie enkele belangrijke voordelen. DNA-vaccins zijn stabieler dan mRNA-vaccins en vereisen minder strikte koelomstandigheden tijdens opslag en transport. Dat maakt ze potentieel aantrekkelijk voor gebruik in regio’s waar gekoelde distributieketens beperkt beschikbaar zijn.
Daarnaast kan het vaccin zonder injectienaald worden toegediend. Via een krachtige vloeistofstraal wordt het vaccin door de huid gebracht. Dit kan de vaccinatie minder belastend maken voor patiënten en grootschalige vaccinatiecampagnes tijdens uitbraken vereenvoudigen.
Mogelijke doorbraak
Breed beschermende vaccins worden door veel onderzoekers gezien als een van de meest veelbelovende strategieën om toekomstige pandemieën te voorkomen. Wanneer een nieuw virus opduikt, kan het maanden duren voordat een specifiek vaccin beschikbaar is. Een vaccin dat al bescherming biedt tegen een hele virusfamilie zou die kwetsbare periode aanzienlijk kunnen verkorten.
De aanpak zou niet alleen relevant zijn voor coronavirussen. Ook voor influenza bestaan al jaren plannen voor een universeel vaccin dat bescherming biedt tegen meerdere griepvarianten tegelijk. Daarnaast wijzen onderzoekers op recente Ebola-uitbraken, waarbij bestaande vaccins niet altijd bescherming bieden tegen nieuwe virusstammen. Een universeel vaccin zou de afhankelijkheid van voortdurende aanpassingen aan nieuwe varianten kunnen verminderen en gezondheidsautoriteiten meer tijd geven om op nieuwe uitbraken te reageren.
Nog genoeg werk te verzetten
De eerste klinische studie laat zien dat het AI-ontworpen DNA-vaccin veilig is en goed wordt verdragen. Bovendien produceerden proefpersonen antistoffen die verschillende sarbecovirussen kunnen herkennen.
Toch benadrukken de onderzoekers dat de ontwikkeling zich nog in een vroeg stadium bevindt. De gemeten immuunrespons was relatief bescheiden en het is nog onduidelijk hoe lang de bescherming aanhoudt. Ook moet in grotere klinische studies worden onderzocht of het vaccin daadwerkelijk infecties kan voorkomen of ziekteverschijnselen kan verminderen.
Een universeel coronavaccin is daarmee nog enkele jaren verwijderd van de klinische praktijk. Desondanks laat deze studie zien hoe AI kan bijdragen aan een fundamenteel andere manier van vaccinontwikkeling. In plaats van voortdurend achter nieuwe virusvarianten aan te lopen, proberen onderzoekers vaccins te ontwerpen die toekomstige bedreigingen al vóór zijn. Dat zou de wereldwijde paraatheid voor nieuwe pandemieën ingrijpend kunnen veranderen.
AI-gestuurd model voor vaccins
Vorig jaar ontwikkelden Onderzoekers van de Universiteit van Arizona een AI-gestuurd model dat de ontwikkeling van gepersonaliseerde vaccins tegen huidkanker kan versnellen. In een studie naar plaveiselcelcarcinoom gebruikten zij AI-gebaseerde 3D-modellen om neo-antigenen, zogenoemde gemuteerde tumoreiwitten, te identificeren die een sterke immuunrespons kunnen opwekken.
Met behulp van een muismodel ontdekten de onderzoekers twee neo-antigenen die T-cellen effectief activeerden en tumorgroei onderdrukten, elk via een verschillend werkingsmechanisme. De AI-analyse maakte subtiele structurele verschillen zichtbaar die bepalend zijn voor de herkenning door het immuunsysteem. Volgens de onderzoekers kan deze aanpak helpen om de meest effectieve neo-antigenen te selecteren voor gepersonaliseerde kankervaccins, wat kan leiden tot nauwkeurigere en krachtigere immuuntherapieën voor huidkanker en melanoom.
