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Progrès des vaccins universels grâce à l’IA et à la technologie recombinante

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Dans cette interview, NewsMedical s’entretient avec le Dr Amy Sheng, responsable des comptes techniques chez Sino Biological, et le Dr Lurong Pan, fondateur et PDG de la startup biotechnologique de nouvelle génération Ainnocence, sur la façon dont l’intelligence artificielle (IA) peut être utilisée en combinaison avec la production et le criblage à haut débit pour améliorer le processus de développement de vaccins universels potentiels.

Les sujets abordés comprennent la manière dont l’IA peut être utilisée en combinaison avec la production et le criblage à haut débit de protéines pour accélérer le processus de développement de vaccins universels potentiels – une méthode idéale pour prévenir et contrôler les futures pandémies, mais aussi l’un des principaux défis de la recherche en biotechnologie aujourd’hui.

Pouvez-vous nous donner un aperçu de votre parcours et de votre rôle actuel chez Sino Biological et Ainnocence, respectivement ?

Dr. Amy Sheng: Je suis responsable des comptes techniques chez Sino Biological. J’ai une formation en biologie cellulaire et moléculaire, en développement et en production d’anticorps. Actuellement, je suis en charge du programme CRO de Sino Biological aux Etats-Unis.

Dr. Lurong Pan: Je suis le fondateur et le PDG d’Ainnocence, une plateforme de découverte de médicaments par l’IA. J’ai un doctorat en biologie computationnelle et une formation en informatique spécialisée en intelligence artificielle. Cela fait environ 14 ans que je travaille dans ce secteur à la conception de médicaments et à l’exploitation de différents algorithmes informatiques. J’ai d’abord collaboré avec Sino Biological, en les utilisant comme l’un des fournisseurs de cellules de notre programme interne de découverte de médicaments.

Pouvez-vous définir les vaccins universels et expliquer pourquoi il est important de travailler dessus ?

AS: Les vaccins universels sont des vaccins qui offrent une large efficacité contre diverses souches d’un virus. Le cas du SRAS nous a permis de comprendre à quelle vitesse un virus peut muter et échapper à l’immunité. Par conséquent, il est vital de développer le vaccin ou les réactifs thérapeutiques qui continueront à protéger contre toute nouvelle version du virus qui pourrait apparaître.

Un vaccin universel a plus de potentiel que les vaccins traditionnels pour protéger les populations vulnérables de diverses souches et même de futures variantes. Avant le SRAS et le COVID, la grippe a été une cible pour le développement d’un vaccin universel. Le développement de vaccins antigrippaux à production plus large est un objectif depuis des décennies, et grâce aux développements récents des cibles vaccinales et des plateformes d’administration plus efficaces, on pense que cet objectif est de plus en plus réalisable.

Quels sont les autres avantages des vaccins universels par rapport aux méthodes traditionnelles de vaccination avec des exemples de maladies spécifiques ?

AS: Dans le cas de la grippe, les vaccins traditionnels ne produisent pas une immunité durable et productive ni une réponse immunitaire à réaction croisée capable de neutraliser diverses forces virales grippales. L’efficacité des vaccins traditionnels varie considérablement dans divers groupes d’âge et contre différentes souches virales. L’inadéquation des souches est l’une des principales causes d’échec des vaccins. Très souvent, j’entends des amis dire que le vaccin contre la grippe ne fonctionne pas. Même moi, j’ai été assommé pendant une semaine par la grippe alors que j’avais reçu le vaccin contre la grippe. En fait, pas plus tard que l’année dernière, la principale souche de grippe H3N2 a muté de telle sorte que le vaccin conçu n’a pas pu immuniser efficacement la population vulnérable.

Cependant, les vaccins universels pourraient potentiellement résoudre ce problème et fournir une meilleure production aussi rapidement que possible. Outre leur efficacité, les vaccins universels réduiraient le coût de la R&D, de la fabrication et du stockage des vaccins si nous sommes confrontés à un virus qui mute rapidement, ce qui profiterait grandement aux populations des pays à faibles ressources qui sont particulièrement vulnérables aux pandémies.

Pouvez-vous nous expliquer les principes scientifiques qui sous-tendent le fonctionnement des vaccins universels et leur capacité à conférer une immunité contre toute une série de maladies ?

AS: Le développement de vaccins universels se concentre principalement sur la partie inchangée du virus ou région conservée. Toutefois, cette région peut être occultée par le domaine du virus en constante mutation, ce que l’on appelle l’immunodominance. En d’autres termes, le vaccin universel généré pourrait avoir des réponses immunitaires plus faibles. Aujourd’hui, les chercheurs essaient de fabriquer des vaccins à base de protéines chimériques pour rendre la région conservée plus immunodominante et la réponse immunitaire plus large et plus durable.

La façon dont le vaccin est conditionné peut également avoir une grande influence sur la souche et la qualité des réponses immunitaires. Par exemple, les adénovirus peuvent être modifiés et utilisés pour délivrer des séquences d’ADN codant pour les antigènes viraux que nous voulons présenter. L’avantage de cette méthode est qu’ils peuvent continuer à produire l’antigène pendant des semaines, ce qui peut contribuer à prolonger la réponse.

LP : Les vaccins ont deux types d’objectifs : préventifs et thérapeutiques. Préventif signifie que vous l’administrez à l’avance et qu’il protège pendant un certain temps. Ce sont normalement les vaccins qui génèrent une immunité à base de cellules B qui ont une mémoire plus longue dans notre système immunitaire et qui font effet. Grâce aux progrès actuels de la science, nous observons déjà certains anticorps ou cocktails d’anticorps qui peuvent cibler plusieurs infections virales. Si nous pouvions trouver un antigène universel en utilisant ces mesures informatiques et expérimentales, le produit serait un vaccin préventif universel qui génère un cocktail d’immunité cellulaire B protectrice à long terme.

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Une autre partie de notre immunité est l’immunité des cellules T qui donnent normalement une réponse plus distincte et plus dure aux envahisseurs clairs et non sélectifs de notre corps. Nous pourrions contrôler le comportement des cellules T d’une manière thérapeutique qui stimule leur fonction lorsque nous sommes infectés et, en même temps, l’adapter à différents types de patients.

Certains patients ont une immunité des cellules T compromise, et d’autres ont une immunité des cellules T surexcitée qui provoque un effet inflammatoire. Si nous pouvions disposer d’un modulateur pour stimuler nos cellules T afin qu’elles soient capables de nous protéger, d’éliminer tout envahisseur ou module pathogène de l’extérieur et, en même temps, de ne pas nous faire de mal – cela pourrait également être classé comme un vaccin universel utilisé après une infection pour stimuler votre système immunitaire.

Quels sont les défis à relever pour trouver des candidats pour les vaccins universels, et comment la technologie de l’IA peut-elle aider à relever ces défis ?

LP : Traditionnellement, nous générons des anticorps en utilisant une seule espèce d’antigène. Par exemple, avec le COVID, au départ, nous avons conçu le vaccin en utilisant un modèle animal pour générer des anticorps contre une souche en cours. Lorsque le virus est mutant, nous devons injecter les modèles plusieurs fois dans un même laps de temps. Nous ne pouvons pas suivre la vitesse du mutant en utilisant la méthode classique du modèle animal pour développer des vaccins universels.

La technologie informatique pourrait être d’une grande aide dans les expériences de collaboration où nous avons virtuellement calculé toutes les forces depuis le début de la pandémie jusqu’à ce point temporel actuel, ce qui donne plus de 1 000 forces différentes. En quelques heures, vous pouvez générer des anticorps qui ciblent potentiellement différentes forces. Dans le sens inverse, nous pouvons également utiliser le même algorithme pour identifier ce qui est commun à toutes ces souches mutantes afin de générer un anticorps pour prévenir les souches futures. En utilisant ce modèle pour la conception d’anticorps, l’anticorps est également capable de prévenir une future souche.

Il existe des modèles dans l’évolution des espèces virales dont nous pouvons tirer des leçons et qui nous permettent de prédire la tendance future des mutations de ces espèces. Si nous parvenons à numériser complètement le virus, nous pourrions construire un algorithme pour trouver son modèle d’évolution et trouver une séquence immunogénétique commune pour contribuer au processus de conception du vaccin. La technologie informatique pourrait accélérer la conception et même aider à découvrir de nouveaux phénomènes en biologie à l’avenir.

Comment l’introduction de l’IA et la collaboration avec des sociétés comme Ainnocence ont-elles aidé et modifié votre flux de travail lors du développement de technologies comme celles-ci ?

AS: Ainnocence est une excellente plateforme pour concevoir des protéines et des anticorps et fournir une ligne directrice sur ce à quoi ressemblent les candidats idéaux. Avec Ainnocence, nous pouvons mieux comprendre et prédire comment les produits interagiront avec les partenaires protéiques.

Du côté de la production, si le vaccin est sous forme de protéine, la production des séquences prédites peut être un défi. La protéine souhaitée doit présenter une grande stabilité, un rendement élevé et une grande pureté pour le fabricant ultérieur et d’autres aspects de la R&D. Nous devons résoudre de nombreux problèmes pour obtenir des résultats satisfaisants. Nous devons effectuer de nombreux dépannages pour normaliser la production de cette protéine.

Pouvez-vous nous expliquer comment vous avez commencé à travailler avec Ainnocence, comment vous avez développé la plateforme d’IA et l’avez intégrée à vos flux de travail de développement pour travailler sur ces nouveaux vaccins candidats ?

AS: Ainnocence était l’un de nos clients. Nous avons développé ensemble de nombreux projets d’anticorps composants. Comme nous fournissons diverses plates-formes pour la production de recombinants, en particulier la production et le criblage de protéines hautement approuvées, nous pouvons produire jusqu’à 1 000 constructions dans un délai d’exécution aussi court que quatre semaines.

En collaboration avec Ainnocence, nous sommes en mesure de fournir des réponses rapides à certaines informations de base telles que la stabilité et la pureté du rendement et les conceptions computationnelles. Nous avons une grande expérience de la production de protéines virales et disposons de la plus grande banque de protéines virales au monde. Ces antigènes peuvent être utilisés pour analyser les réponses en anticorps induites par le vaccin.

Pouvez-vous nous parler du processus d’adaptation de votre technologie aux besoins de Sino dans le cadre de ce projet, et nous expliquer comment votre collaboration avec Sino se compare à d’autres projets ?

LP : Nous avons commencé par collaborer au projet COVID, et nous avons découvert que de nombreux clients voulaient non seulement produire un médicament protéique, mais aussi améliorer les propriétés de ces médicaments protéiques. Auparavant, il fallait essayer différentes mutations pour trouver une mutation de bonne qualité, ce qui prenait beaucoup de temps et coûtait très cher. Supposons que nous puissions faire appel à l’IA et être en mesure de présélectionner toutes ces expériences inutiles. Dans ce cas, nous pourrions enrichir toutes les espèces positives à forte probabilité à l’aide de notre moteur d’IA et ainsi n’avoir besoin de réaliser qu’un nombre très limité d’expériences pour gagner du temps. Cela accélérerait le processus de R&D et, du côté du client, cela signifierait que moins d’argent est dépensé pour des expériences ratées. La technologie est une bonne solution pour l’industrie, et si nous la combinons pour avoir une capacité de conception et de production simultanément, nous pouvons avoir un délai d’exécution rapide pour la fabrication d’un plus grand nombre de modules clients. C’est un bon modèle économique pour les deux entreprises.

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Dans combien de temps les vaccins universels seront-ils utilisés à des fins thérapeutiques dans le monde entier, et dans quelle mesure l’IA affecte-t-elle cette évolution ?

LP: De nombreuses universités, entités commerciales et organisations à but non lucratif travaillent sur un vaccin universel. Du point de vue de la préparation scientifique et technologique, je pense que nous nous rapprochons. Je ne peux pas faire de prédiction précise si ce sera dans cinq ou dix ans, mais je pense que nous pourrons voir de bons résultats d’études animales dans les trois prochaines années. Un grand essai sur l’homme est une autre histoire, car cela impliquerait une série d’études de sécurité à long terme, une population plus importante et une collaboration mondiale dans différentes régions. Dans les cinq à dix prochaines années, j’espère voir un vaccin validé dans le cadre d’essais sur l’homme pour un candidat capable de couvrir la plupart des agents pathogènes courants.

AS: Ce que nous avons vu récemment pour le SRAS-COVID est un cas unique de développement de vaccin. Le processus normal de développement d’un vaccin universel, ou de n’importe quel vaccin, prendrait beaucoup de temps, surtout lors des essais sur l’homme, pour s’assurer que le vaccin a un bon dossier de sécurité avant que le gouvernement ne l’approuve finalement. Nous espérons que le processus sera plus rapide, mais le plus important est la sécurité et le maintien du cap.

Il y a toutes sortes de virus différents comme la grippe, le SRAS, etc. Au cours du développement du vaccin, observez-vous des schémas d’évolution similaires entre les différents types de virus ?

LP: Nous voyons des modèles communs pour l’évolution virale : ils évoluent rapidement et avec leurs hôtes. C’est quelque chose que nous pouvons apprendre de manière numérique et computationnelle pour analyser la compréhension ou même prédire sa tendance. Tout est codé dans un ARN ou une souche d’ADN qui peut être partagé de manière numérisée pour toutes les espèces. Dans ce cas, ces modèles sont calculables.

À propos du Dr Amy Sheng :

Amy Sheng, Ph.D., est responsable des comptes techniques chez Sino Biological. Amy a rejoint Sino Biological en 2021 pour soutenir les services CRO et la gestion de projet dans la région Est des Etats-Unis.

Avant de rejoindre Sino Biological, elle a travaillé chez Caprico Biotechnologies en tant que responsable de production en charge du développement et de la production d’anticorps pour la cytométrie en flux. Elle est titulaire d’un doctorat en biologie moléculaire et cellulaire de l’Institut de technologie de Géorgie, et est biologiste moléculaire certifiée par l’ASCP et certifiée par l’ASQ en tant que CSSGB.

A propos du Dr. Lurong Pan

Le Dr. Lurong Pan est la fondatrice et PDG d’Ainnocence, une startup biotechnologique de nouvelle génération alimentée par l’IA. Elle possède une vaste expérience de la conception de médicaments et de la recherche en médecine de précision en utilisant la biologie structurelle, la chimie computationnelle et les technologies d’intelligence artificielle.

Elle était auparavant chercheuse principale au Global Health Drug Discovery Institute et chercheuse scientifique en biologie structurelle et en biologie computationnelle à l’Université d’Alabama à Birmingham.

Mme Pan a obtenu une licence en chimie appliquée à l’université de Nanjing, une maîtrise en informatique à Georgia Tech et un doctorat en chimie à l’université d’Alabama à Birmingham. Elle est également une architecte Big Data certifiée par IBM.

Site web : www.ainnocence.com

LinkedIn : https://www.linkedin.com/company/ainnocence/

Twitter : Ainnocence (@Ainnocence_Inc) / Twitter

À propos de Sino Biological Inc.

Sino Biological est un fournisseur international de réactifs et un prestataire de services. L’entreprise est spécialisée dans la production de protéines recombinantes et le développement d’anticorps. Tous les produits de Sino Biological sont développés et produits indépendamment, y compris les protéines recombinantes, les anticorps et les clones d’ADNc. Sino Biological est le guichet unique de services techniques des chercheurs pour les plates-formes technologiques avancées dont ils ont besoin pour faire des progrès. En outre, Sino Biological offre aux sociétés pharmaceutiques et aux entreprises de biotechnologie des services technologiques de production préclinique pour des centaines de candidats médicaments à base d’anticorps monoclonaux.

L’activité principale de Sino Biological

Sino Biological s’engage à fournir des protéines recombinantes et des réactifs d’anticorps de haute qualité et à être un guichet unique de services techniques pour les chercheurs en sciences de la vie du monde entier. Tous nos produits sont développés et fabriqués de manière indépendante. En outre, nous offrons aux sociétés pharmaceutiques et aux entreprises de biotechnologie des services technologiques de production préclinique pour des centaines de candidats médicaments à base d’anticorps monoclonaux. Les indicateurs de contrôle de la qualité de nos produits répondent à des exigences rigoureuses pour les échantillons à usage clinique. Il ne nous faut que quelques semaines pour produire de 1 à 30 grammes d’anticorps monoclonaux purifiés à partir du séquençage de gènes.