IT202100031055A1 - Metodica di detenzione e rilevamento della proteina “spike” prodotta dai vaccini di ultima generazione, a vettore mrna, per immunizzare gli esseri umani e animali nella prevenzione e nel trattamento della malattia da coronavirus sars-cov-2 - Google Patents

Metodica di detenzione e rilevamento della proteina “spike” prodotta dai vaccini di ultima generazione, a vettore mrna, per immunizzare gli esseri umani e animali nella prevenzione e nel trattamento della malattia da coronavirus sars-cov-2 Download PDF

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Fabio Petrillo
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Carlo Brogna
Fabio Petrillo
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Cristoni Simone
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Description

Metodica di Detenzione e rilevamento della Proteina ?Spike? prodotta dai vaccini di ultima generazione, a vettore mRNA, per immunizzare gli esseri umani e animali nella prevenzione e nel trattamento della malattia da coronavirus SARS-CoV-2.
La presente invenzione riguarda Metodica di Detenzione e rilevamento della Proteina ?Spike? prodotta dai vaccini di ultima generazione, a vettore mRNA, per immunizzare gli esseri umani e animali.
Pi? dettagliatamente l?invenzione riguarda una metodica di detenzione e rilevamento della Proteina ?Spike? prodotta dai vaccini di ultima generazione, a vettore mRNA, per immunizzare gli esseri umani e animali nella prevenzione e nel trattamento della malattia da coronavirus SARS-CoV-2, dove tali vaccini sono iniettati in singola dose o in dose multiple successive nell?organismo del vaccinante.
Introduzione:
Al fine di contrastare la pandemia, le cause farmaceutiche Pfizer e Moderna hanno sviluppato vaccini di nuova generazione basati sulla tecnologia di RNA messaggero (mRNA) sintetico: ? Pfizer ha sviluppato un vaccino con il nome BNT162b, che viene venduto con il nome Comirnaty.
? Moderna ha sviluppato un vaccino con il nome mRNA-1273, che viene venduto con il nome Spikevax.
Entrambi i prodotti consistono di un mRNA ricombinante da inoculare come un vaccino. A differenza dei vaccini ?classici? in cui viene inoculato un antigene verso il quale si vuole indurre una risposta immunitaria, questi vaccini di nuova generazione inoculano la sequenza genetica con le istruzioni per produrre l'antigene, pertanto l?antigene prodotto viene espresso direttamente nelle cellule dell'individuo vaccinato. Entrambi i vaccini contengono un mRNA codificante per la proteina spike di SARS-CoV-2, una proteina presente sulla superficie esterna del virus, utilizzata da questi per entrare nelle cellule e favorire la replicazione virale.
In entrambi i casi, le molecole di mRNA sono inserite all?interno di microscopiche strutture lipidiche chiamata ?nanoparticelle?, che fungono da nano-involucri protettivi e facilitatori dell?ingresso della molecola di mRNA nelle cellule. A seguito della somministrazione mediante iniezione cutanea in un individuo, l'mRNA contenuto nelle nanoparticelle entra nelle cellule, dove viene letto, avviando la sintesi di proteine spike. Queste proteine sono poi trasportate sulla superficie della cellula per essere mostrate alle cellule del sistema immunitario come molecole estranee. Ne conseguono la produzione di anticorpi specifici e l?attivazione delle cellule T, che consentiranno al sistema immunitario di potere rispondere a future esposizioni al SARS-CoV-2.
Essendo le proteine sintetiche spike codificate da entrambi i vaccini differenti dalla proteina spike originale del SARS-CoV-2, la presente invenzione presenta una metodica che permette di identificare e quantificare in maniera specifica proteine spike sintetiche prodotte dai vaccini Comirnaty e Spikevax circolanti in fluidi biologici dell?organismo umano e/o animale, come sangue, urine, saliva, fluidi di lavaggio broncoalveolare, etc.
Descrizione dell?invenzione
La sequenza di riferimento ufficiale del genoma di severe acute respiratorysyndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ? la sequenza del genoma hCoV-19/Wuhan/WIV04/2019 (WIV04) depositata nella banca dati GISAID con ID EPI_ISL_402124 e in quella NCBI Reference Sequence con ID NC_045512.2.
WIV04 ? stato scelto per la sua sequenza del genoma di alta qualit? e perch? rappresentativo e identico alle prime sequenze dell'epidemia (Okada P, et al. Early transmission patterns of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in travellers from Wuhan to Thailand, January 2020. Euro Surveill. 2020. doi:10.2807/15607917.ES.2020.25.8.2000097.). WIV04 ? stato isolato dall'Istituto di Virologia di Wuhan da un campione clinico di un fluido di lavaggio broncoalveolare (BALF) raccolto presso l'ospedale Wuhan il 30 dicembre 2019 da un paziente sintomatico, un rivenditore che lavorava presso il mercato all'ingrosso di frutti di mare di Huanan (Zhou P, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature.
2020. doi:10.1038/s41586-020-2012-7.).
Il genoma a RNA del SARS-CoV-2 consiste di circa 30,000 nucleotidi e contiene 11 principali geni codificanti; tra questi, il gene S del SARS-CoV-2 codifica per una glicoproteina di superficie denominata ?spike? [ SARS-CoV-2 infected host cell proteomics reveal potential therapy targets. Nature. 2020. doi:10.21203/rs.3.rs-17218/v1.; Davidson, AD, et al. Characterisation of the transcriptome and proteome of SARS-CoV-2 reveals a cell passage induced in-frame deletion of the furin-like cleavage site from the spike glycoprotein. Genome Med. 2020. Doi:10.1186/s13073-020-007630.) che svolge un ruolo chiave nel favorire l?ingresso del virus nella cellula da infettare. Tale proteina ? lunga 1,273 amminoacidi. Le versioni sintetiche del gene S presenti nei vaccini a mRNA di Pfizer (5.
Safety and Efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine. N Engl J Med. 2020. doi:10.1056/NEJMoa2034577) e Moderna (6. Corbett KS, et al. SARS-CoV-2 mRNA vaccine design enabled by prototype pathogen preparedness. Nature. 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2622-0.), sebbene differenti a livello nucleotidico, codificano per una stessa proteina spike sintetica, la quale differisce dalla sequenza di riferimento codificata in WIV04 per un doppio cambio amminoacidico in posizione 986 e 987 (K986P e V987P, ossia amminoacidi lisina e valina entrambi sostituiti da due amminoacidi proline), introdotto artificialmente perch? essere noto mantenere la proteina spike in uno stato di ?prefusione?, vale a dire non attivo ( Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science. 2020. doi:10.1126/science.abb2507.).
La doppia variazione amminoacidica KP+VP di fatto abolisce un potenziale sito di riconoscimento di taglio proteolitico della tripsina. La tripsina ? un enzima appartenente alla classe delle idrolasi in grado di ridurre le proteine a polipeptidi pi? piccoli mediante tagli proteolitici con specificit? per l'arginina (R) e la lisina (K). Pertanto, la proteina spike sintetica e la proteina spike naturale possono essere discriminate perch? producono differenti prodotti di digestione triptici:
? la proteina spike sintetica codificata dai vaccini a mRNA di Pfizer e Moderna, se digerita mediante tripsina, produce un frammento LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1)
? la proteina wild-type del SAR-CoV-2, se digerita mediante tripsina, produce due frammenti di dimensioni inferiori, ossia LDK VEAEVQIDR.
La raccolta dei campioni biologici avviene attraverso un apparato (device). Esso ? un metodo per la rilevazione della proteina Spike, circolante e presente nei tessuti e fluidi biologici dell?uomo e dell?animale, derivata da vaccini basati su tecnologia a mRNA, composto da un dispositivo (device)per il campionamento di una goccia di sangue o altro fluido o tessuto un attrezzatura (kit) di preparazione del campione, un sistema di acquisizione dati basato sulla spettrometria ed un sistema di elaborazione che estrae selettivamente i segnali peptidici attribuibili ai peptidi originati dalla proteina Spike trattata con l?attrezzatura ( kit)preparativa. Genralmente l?apparato ? costituito da un foglio di cellulosa, foglio di carta, contenitore di plastica, superfice assorbente di un cerotto di sterile.
L? esperimento di spettrometria di massa del campione prelevato con l?apparato si prefigge la rilevazione della proteina spike mediante la ricerca del frammento LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1) derivato da digestione triptica delle proteine di un fluido biologico,e consente di rilevare e quantificare la presenza di proteina spike sintetica specificatamente derivante dalla traduzione di mRNA sintetici presenti nei vaccini Pfizer e Moderna.
Ad oggi sono state sequenziati oltre 3,500,000 genomi di SARS-CoV-2 e nessuno di loro presenta alcuna delle mutazioni K986P e V987P, come atteso poich? tali mutazioni impediscono al virus di infettare alcuna cellula umana. La presente invenzione verr? ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento agli esempi e alle figure dei disegni allegati.
Descrizione delle Figure:
La Figura 1 mostra il rapporto m/z (ione molecolare) della detenzione della SEQ ID NO:1. Essa mostra un esempio di uno spettro della zona peptidica contrassegnata dal mancato tagli enzimatico degli amminoacidi ?PP, della proteina ?Spike? ,indotta dall?mRNA del Comirnaty (Vaccino Pfizer mRNABNT162b2) e Spikevax (Vaccine Moderna mRNA -1273), LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1)
ESEMPI: I campioni biologici umani utilizzati nella sperimentazione che segue sono stati raccolti con l'espresso consenso, libero e informato, al prelievo e utilizzazione, della persona da cui ? stato prelevato il materiale, in base alla normativa vigente.
ESEMPIO 1: Studio di metodo con la rilevazione della proteina Spike mediante la ricerca del frammento LDPPEAEVQIDR(SEQ ID NO:1) derivato da digestione triptica. Identificazione della SEQ ID NO:1 nei vaccinati Pfizer.
Apparato utilizzato:
foglio di cellulosa assorbente sterile su cui ? posizionata una goccia di fluido biologico, in questo esempio una goccia di sangue ottenuta con un pungi dito sterile, successivamente sigillato in un contenitore sterile.
Buffers utilizzati:
Acqua bidistillata (VWR); Bicarbonato d?ammonio (NH4HCO3)
Reagenti: Tripsina della Promega.
Preparazione dei Buffers:
Ammonio Bicarbonato (Digestion Buffer) 50 mmoL pH 7.8
Procedura di preparazione: Si pesano, in una vaschetta da pesata, 0.4 g di bicarbonato di ammonio (NH4HCO3). Si versa la polvere in una bottiglia da 100 ml e si aggiungono 100 ml (misurati col cilindro graduato) di acqua bidistillata. Si agita la bottiglia fino al completo scioglimento del NH4HCO3.
Note: ? necessario controllare il pH della soluzione ogni giorno prima di procedere con l?analisi. Il bicarbonato d?ammonio tende, infatti a subire variazioni di pH in aumento. In caso di alterazione del potere tampone (pH > 8.0) si potrebbe incorrere in un?alterazione dell?efficienza del processo di digestione.
Preparazione dei reagenti:
Soluzione di tripsina 25 ng/?L.
Procedura di preparazione: Si risospendono, in una vial, 20 ?g di tripsina solida in 800 ?L della soluzione NH4HCO3 50 mM. Si vortexa la fiala (vial) fino al completo scioglimento della tripsina. Note: La soluzione deve essere ripreparata ad ogni sezione di analisi.
Digestione enzimatica:
La procedura di digestione enzimatica della goccia di sangue viene eseguita sotto cappa nella logica di minimizzare l?esposizione dell?operatore a qualsiasi forma di rischio chimico biologico. La seguente procedura ? stata utilizzata per ogni campione di sangue. Riporre il sangue una eppendorf siglata; Aggiungere un volume sufficiente di tripsina a ricoprire il campione; Vortexare per 30 secondi; Testare il pH che deve esser compreso tra valori di 7-8; Trasferire la eppendorf nel termoblocco; Incubare per 2 giorni a 37 ? C; Prelevare il liquido e trasferirlo in una nuova eppendorf siglata; Centrifugare per 10 minuti a 13000g; Prelevare il surnatante e trasferirlo in fiala (vial) per la corsa; La fiala (vial) ? inserita nell?autocampionatore accoppiato allo spettrometro di massa e 5 microlitri sono iniettati all?interno della colonna cromatografica.
Strumentazione LC-SACI-MS (
Bioinformatics in mass spectrometry data analysis for proteomics studies. Expert Rev Proteomics. 2004 Dec;1(4):469-83.;
Role of spectral counting in quantitative proteomics;
Parallel implementation of 3D protein structure similarity searches using a GPU and the CUDA. J Mol Model. 2014 Feb;20(2):2067. doi: 10.1007/s00894-014-2067-1.):
L'analisi ? stata eseguita utilizzando un HPLC Surveior MS (Thermofisher, USA). La colonna utilizzata ? una Kinetex 50 x 4.6 mm 2.6 ?m. Le analisi sono state effettuate utilizzando un gradiente bifasico: Fase A (H2O+0.2 % Acido Formico (HCOOH)) e Fase C (CH3CN). Il gradiente cromatografico utilizzato ? riportato nella Tabella 1. Il volume di campione iniettato ? pari a 5 ?L. La sorgente di ionizzazione utilizzate ? una SACI-ESI. ? stato utilizzato un potenziale di superficie di 0 V, una pressione del gas di nebulizzazione pari a 75 Psi, un flusso del parametro dry gas pari a 1.0 L/min. La temperatura del dry gas a 320 ?C. ( Rapid Commun Mass Spectrom.
2003;17(17):1973-81.).
Tabella 1: Gradiente cromatografico utilizzato ai fini dello studio di fattibilit?.
Tabella 1
La presente invenzione verr? ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
- la figura 1 mostra il rapporto m/z (ione molecolare) della detenzione della SEQ. LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1)
Sono stati selezionati 10 soggetti vaccinati (Pfizer).
I campioni biologici umani utilizzati nella sperimentazione che segue sono stati raccolti con l?espresso consenso, libero e informato, al prelievo e utilizzazione, della persona da cui ? stato prelevato il materiale, in base alla normativa vigente.
A distanza di 180 giorni post secondo dose, indipendentemente dal titolo anticorpale IgG SARS-CoV-2 i candidati presentavano la sequenza oggetto di brevetto per la detenzione della proteina spike indotta dall?mRNA vaccinale. I soggetti controllo, non vaccinati, non presentavano nulla.
Risultati ottenuti sono visionabili in figura 1 e tabella 2.
Tabella 2
ESEMPIO 2: Studio di metodo con la rilevazione della proteina Spike mediante la ricerca del frammento LDPPEAEVQIDR(SEQ ID NO:1) derivato da digestione triptica.
Identificazione della SEQ ID NO: 1 nei vaccinati Moderna.
Apparato utilizzato:
Cerotto sterile assorbente che su cui ? posizinata una goccia di fluido biologico, in questo esempio una goccia di sangue ottenuta con un pungi dito sterile, successivamente sigillato in un contenitore sterile.
Buffers utilizzati:
Acqua bidistillata (VWR); Bicarbonato d?ammonio (NH4HCO3)
Reagenti: Tripsina della Promega.
Preparazione dei Buffers:
Ammonio Bicarbonato (Digestion Buffer) 50 mmoL pH 7.8
Procedura di preparazione: Si pesano, in una vaschetta da pesata, 0.4 g di bicarbonato di ammonio (NH4HCO3). Si versa la polvere in una bottiglia da 100 ml e si aggiungono 100 ml (misurati col cilindro graduato) di acqua bidistillata. Si agita la bottiglia fino al completo scioglimento del NH4HCO3.
Note: ? necessario controllare il pH della soluzione ogni giorno prima di procedere con l?analisi. Il bicarbonato d?ammonio tende, infatti a subire variazioni di pH in aumento. In caso di alterazione del potere tampone (pH > 8.0) si potrebbe incorrere in un?alterazione dell?efficienza del processo di digestione.
Preparazione dei reagenti:
Soluzione di tripsina 25 ng/?L.
Procedura di preparazione: Si risospendono, in una vial, 20 ?g di tripsina solida in 800 ?L della soluzione NH4HCO3 50 mM. Si vortexa la fiala (vial) fino al completo scioglimento della tripsina. Note: La soluzione deve essere ripreparata ad ogni sezione di analisi.
Digestione enzimatica:
La procedura di digestione enzimatica della goccia di sangue viene eseguita sotto cappa nella logica di minimizzare l?esposizione dell?operatore a qualsiasi forma di rischio chimico biologico. La seguente procedura ? stata utilizzata per ogni campione di sangue. Riporre il sangue una eppendorf siglata; Aggiungere un volume sufficiente di tripsina a ricoprire il campione; Vortexare per 30 secondi; Testare il pH che deve esser compreso tra valori di 7-8; Trasferire la eppendorf nel termoblocco; Incubare per 2 giorni a 37 ? C; Prelevare il liquido e trasferirlo in una nuova eppendorf siglata; Centrifugare per 10 minuti a 13000g; Prelevare il surnatante e trasferirlo in fiala (vial) per la corsa; La fiala (vial) ? inserita nell?autocampionatore accoppiato allo spettrometro di massa e 5 microlitri sono iniettati all?interno della colonna cromatografica.
Strumentazione LC-SACI-MS (
Bioinformatics in mass spectrometry data analysis for proteomics studies. Expert Rev Proteomics. 2004 Dec;1(4):469-83.;
Role of spectral counting in quantitative proteomics;
Parallel implementation of 3D protein structure similarity searches using a GPU and the CUDA. J Mol Model. 2014 Feb;20(2):2067. doi: 10.1007/s00894-014-2067-1.):
L'analisi ? stata eseguita utilizzando un HPLC Surveior MS (Thermofisher, USA). La colonna utilizzata ? una Kinetex 50 x 4.6 mm 2.6 ?m. Le analisi sono state effettuate utilizzando un gradiente bifasico: Fase A (H2O+0.2 % Acido Formico (HCOOH)) e Fase C (CH3CN). Il gradiente cromatografico utilizzato ? riportato nella Tabella 1. Il volume di campione iniettato ? pari a 5 ?L. La sorgente di ionizzazione utilizzate ? una SACI-ESI. ? stato utilizzato un potenziale di superficie di 0 V, una pressione del gas di nebulizzazione pari a 75 Psi, un flusso del parametro dry gas pari a 1.0 L/min. La temperatura del dry gas a 320 ?C. (Cristoni et al. Rapid Commun Mass Spectrom.
2003;17(17):1973-81.).
Tabella 1: Gradiente cromatografico utilizzato ai fini dello studio di fattibilit?.
Tabella 1
La presente invenzione verr? ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
Sono stati selezionati 10 soggetti vaccinati (Moderna).
I campioni biologici umani utilizzati nella sperimentazione che segue sono stati raccolti con l'espresso consenso, libero e informato, al prelievo e utilizzazione, della persona da cui ? stato prelevato il materiale, in base alla normativa vigente.
A distanza di 180 giorni post secondo dose, indipendentemente dal titolo anticorpale IgG SARS-CoV-2 i candidati presentavano la sequenza oggetto di brevetto per la detenzione della proteina spike indotta dall?mRNA vaccinale. I soggetti controllo, non vaccinati, non presentavano nulla.
Risultati ottenuti sono visionabili in tabella 3.
Tabella 3

Claims (9)

Rivendicazioni MODIFICATE
1. Apparato per la rilevazione della proteina Spike, circolante e presente nei tessuti e fluidi biologici dell'uomo e dell? animale, derivata da vaccini basati su tecnologia a mRNA, composto da:
- un dispositivo (device) per il campionamento di una goccia di sangue o altro fluido o tessuto,
- una attrezzatura (kit) di preparazione del campione atta ad eseguire una digestione triptica delle proteine presenti nel campione biologico presente su detto dispositivo, - un sistema di acquisizione dati ed
- un sistema di elaborazione che estrae selettivamente i segnali peptidici attribuibili ai peptidi originati dalla proteina Spike vaccinale trattata con l?attrezzatura (kit) preparativa;
caratterizzato dal fatto che detto sistema di acquisizione dati opera mediante spettrometria ed in cui detto sistema di elaborazione dati ? atto ad eseguire il monitoraggio specifico della proteina spike mediante la ricerca del frammento LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1) derivato da digestione triptica delle proteine di detto campione biologico.
2. Apparato secondo la rivendicazione 1 in cui detto dispositivo di campionamento ? scelto tra un foglio di carta o un cerotto assorbente o un foglio di cellulosa, o un contenitore di plastica.
3. Apparato secondo la rivendicazione 1 in cui detta attrezzatura (kit) preparativa contiene una fiala (vial) di tripsina, contenente preferibilmente 1-200 mcg del composto, preferibilmente una 1- 2000 mcL di una soluzione di NH4HCO3 ad una concentrazione compresa tra 10 - 200 mmoL.
4. Apparato secondo la rivendicazione 1 in cui detto sistema di acquisizione ? costituito da uno spettrometro di massa operante con una sorgente di ionizzazione che applica un voltaggio di ionizzazione compreso tra -10000 e 1000 V.
5. Apparato secondo la rivendicazione 4 in cui detta sorgente di ionizzazione applica un voltaggio di ionizzazione compreso tra -50 e 50 V.
6. Un metodo per la rilevazione della proteina Spike, circolante e presente nei tessuti e fluidi biologici dell?uomo e dell?animale, derivata da vaccini basati su tecnologia a mRNA, che comprende le seguenti fasi:
- campionamento di una goccia di sangue o altro fluido o tessuto,
- preparazione del campione mediante digestione triptica delle proteine presenti al suo interno,
- acquisizione dati mediante spettrometria,
- elaborazione di detti dati mediante estrazione selettiva dei segnali peptidici attribuibili ai peptidi originati dalla proteina Spike vaccinale trattata e monitoraggio specifico della proteina spike mediante la ricerca del frammento LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1) derivato da digestione triptica delle proteine di detto campione biologico.
7. Il metodo della rivendicazione 6 in cui la goccia di sangue, di fluido, o frammento di tessuto biologico, sono trattati con 10-500mcL di una soluzione ottenuta mediante un?attrezzatura appartenente ad un apparato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, preferibilmente trattati con 100mcL di detta soluzione.
8. Il metodo della rivendicazione 6 in cui detta soluzione ? ottenuta ponendo preferibilmente 1-800 mcL della soluzione di NH4HCO3, 10 - 50 mmoL nella fiala (vial), contenente i 1-20 mcg di tripsina.
9. Il metodo della rivendicazione 6-8 in cui il sistema di elaborazione dati ? impostato per il monitoraggio specifico di una sequenza aminoacidi appartenente alla proteina Spike codificata dai vaccini classificati a mRNA per il SARS-CoV-2 contenuti nei lotti commerciali, e tale per cui lo spettrometro di massa viene impostato per il monitoraggio dello ione [M+H]+ avente rapporto m/z 1381.70 ? 0.5 e dello ione [M+2H]2+ avente rapporto m/z 691.85 ? 0.5 ed appartenente alla sequenza peptidici LDPPEAEVQIDR (SEQ ID NO:1.
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