mRNAの限界を越える？次世代「DNA折り紙ワクチン」とは

一方で、COVID-19ワクチンの研究が進むにつれて、いくつかの重要な限界も明らかになり、新たなワクチン戦略の必要性が示されています 。mRNAワクチンの免疫保護効果は個人差が大きく、その効果は永遠には続きません 。さらに、SARS-CoV-2の絶え間ない進化により、免疫防御を部分的にすり抜ける新たな変異株が生まれるため、ワクチンの定期的なアップデートが必要となります 。

また、実用的な課題も存在します。mRNAワクチンの製造は複雑かつ高コストであり、脂質ナノ粒子 (LNP: lipid nanoparticle) にパッケージされるmRNA分子の数を制御することは依然として困難です 。さらに、これらのワクチンは低温保存を必要とし、意図しないオフターゲット効果を引き起こす可能性もあります 。これらの限界を克服することは、将来の感染症の脅威に対する世界的な備えを向上させることにつながります 。

新たな選択肢：DNA折り紙ワクチンプラットフォーム

これらの課題に対処するため、ハーバード大学ヴィース生体工学研究所やダナ・ファーバー癌研究所などの学際的な研究チームは、異なるアプローチを模索しました 。彼らが注目したのは、ワクチンとアジュバント（免疫賦活剤）の両方として機能する、「DoriVac」と呼ばれるDNA折り紙ナノテクノロジープラットフォームです 。

研究チームは、SARS-CoV-2、HIV、エボラ出血熱などの複数のウイルスのスパイクタンパク質に見られるペプチド領域（HR2）を標的とするDoriVacワクチンを設計しました 。マウスの実験では、SARS-CoV-2 HR2ワクチンが、抗体主導の体液性免疫およびT細胞主導の細胞性免疫を含む強力な免疫応答を引き起こしました 。

さらにチームは、人間のリンパ節を体外でシミュレートするヴィース研究所のマイクロ流体技術を用いた前臨床ヒトモデルでもワクチンをテストしました 。このシステムにおいて、SARS-CoV-2 HR2ワクチンはヒト細胞においても強力な抗原特異的免疫応答を生み出しました 。同じスパイクタンパク質変異体を搭載したDoriVacワクチンを、LNPで送達されるSARS-CoV-2 mRNAワクチンと直接比較したところ、ヒトモデルにおいて同等の強力な免疫活性化をもたらすことが示されました 。しかも、DNA折り紙ワクチンは安定性に優れ、保管や製造が容易であるという利点がありました 。これらの研究結果は、学術誌に掲載され、論文のタイトルは「「DNA origami vaccine nanoparticles improve humoral and cellular immune responses to infectious diseases (DNA折り紙ワクチンナノ粒子は感染症に対する体液性および細胞性免疫応答を改善する)」」として発表されました 。

「DoriVacプラットフォームにより、ワクチンの組成をかつてないほど制御できることや、分子レベルで標的の免疫細胞における免疫認識をプログラムし、より良い応答を達成できることなど、多くの重要な利点を持つ極めて柔軟な基盤を開発しました」と、新しいワクチンの概念を切り開いた共同責任著者であり、ヴィース研究所のコアファカルティメンバーでもあるウィリアム・シー (William Shih) 博士は述べています 。シー博士は、ハーバード大学医学大学院およびダナ・ファーバー癌研究所の教授でもあります 。

DNA折り紙ワクチンの仕組みと人間への応用

2024年、ヴィース研究所とダナ・ファーバーのシー博士のチームは、幅広い応用が期待されるDNAナノテクノロジーベースのワクチンプラットフォームとしてDoriVacを発表しました 。共同研究者と共にこの取り組みを主導したヤン（クレア）・ツェン (Yang (Claire) Zeng) 博士は、DoriVacがナノスケールで細胞に免疫刺激アジュバント分子を正確に提示できることを示しました 。

DoriVacワクチンは、自己集合する小さな正方形のDNAナノ構造体から作られています 。片面にはナノメートル単位の距離で精密に制御されたアジュバント分子が配置され、反対側の面には腫瘍や病原体からのペプチドやタンパク質などの選択された抗原が提示されます 。

「私たちががん治療への応用のためにプラットフォームを開発していたとき、COVID-19のパンデミックは依然として猛威を振るっていました。そのため、DoriVacの優れたアジュバント活性が感染症の環境でも活用できるのではないかという疑問がすぐに浮かびました」と、新研究の筆頭著者兼共同責任著者であるツェン博士は語ります 。

このアイデアを探求するため、ツェン博士と、シー博士のグループの元大学院生で共同筆頭著者であるオリビア・ヤング (Olivia Young) 博士は、ヴィース研究所のドナルド・イングバー (Donald Ingber) 博士のチームと協力しました 。イングバー博士のグループの元ポスドク研究員で共同筆頭著者であるロンロン・シー (Longlong Si) 博士と共に、研究者らはSARS-CoV-2、HIV、およびエボラを標的とするDoriVacワクチンを開発しました 。これらのワクチンは、ウイルススパイクタンパク質内で保存された抗原として機能するHR2ペプチドを提示します 。

マウスの免疫応答の分析から、抗体産生B細胞、活性化された抗原提示樹状細胞 (DC: Dendritic cell)、および長期的な保護に不可欠な抗原特異的メモリーおよび細胞傷害性T細胞の数が増加していることがわかりました 。

動物実験と人間の免疫応答のギャップを埋めるため、チームは人間の免疫システムの一部を模倣したヒトリンパ節チップ (human LN Chip: human lymph node-on-a-chip) を使用してDoriVacワクチンをテストしました 。共同筆頭著者のミン・ウェン・クー (Min Wen Ku) と共同責任著者のギリジャ・ゴヤル (Girija Goyal) 博士によって進められたこのシステムは、SARS-CoV-2-HR2 DoriVacワクチンがヒトのDCを活性化し、炎症性サイトカインの産生を大幅に増加させることを示しました 。また、複数の保護機能を持つCD4+およびCD8+ T細胞の数も増加させ、プラットフォームの人間での使用の可能性をさらに裏付けました 。

「ヒトリンパ節チップの予測機能は、DoriVacワクチンの理想的なテスト環境を提供してくれました」とイングバー博士は述べています 。

mRNAワクチンとの直接比較

研究者らは、SARS-CoV-2の完全なスパイクタンパク質を提示するDoriVacワクチンも評価しました 。ツェン博士と共同著者のチエンチェン・シオン (Qiancheng Xiong) が主導し、同じスパイクタンパク質をコードするModernaおよびPfizer/BioNTechのmRNAワクチンと直接比較しました 。その結果、両方のワクチンタイプが同等の抗ウイルスT細胞および抗体産生B細胞応答を引き起こすことが確認されました 。

「DoriVacワクチンはmRNA-LNPワクチンと同じコールドチェーン要件を持たないため、資源が不足している地域でもはるかに効果的に配布できます。また、LNPで処方されたワクチンの膨大な製造上の複雑さを克服できる可能性もあります」と、シー博士は強調しています 。

https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260317015933.htm