Створена је сложена синтетичка вакцина заснована на молекулима ДНК

У потрази за начинима за стварање безбеднијих и ефикаснијих вакцина, научници са Института за биодизајн на Државном универзитету Аризоне окренули су се обећавајућем пољу названом ДНК нанотехнологија како би створили потпуно нову врсту синтетичке вакцине.

У студији објављеној недавно у часопису Nano Letters, имунолог Јунг Чанг из Института за биоинжењеринг удружио се са колегама, укључујући познатог ДНК нанотехнолога Хао Јана, како би синтетизовао први комплекс вакцина на свету који се може безбедно и ефикасно испоручити циљним местима постављањем на самосастављајуће, тродимензионалне ДНК наноструктуре.

„Када је Хао предложио да ДНК не посматрамо као генетски материјал већ као радну платформу, имао сам идеју да применим овај приступ на имунологију“, каже Чанг, ванредни професор на Школи за биолошке науке и истраживач у Центру за заразне болести и вакцине на Институту за биоинжењеринг. „Ово би нам дало одличну прилику да користимо носаче ДНК за стварање синтетичке вакцине.“

„Велико питање је било: Да ли је безбедно? Желели смо да створимо групу молекула који би могли да покрену безбедан и снажан имуни одговор у телу. Пошто је Хаов тим последњих неколико година дизајнирао разне ДНК наноструктуре, почели смо да сарађујемо како бисмо пронашли потенцијалне медицинске примене за ове структуре.“

Јединственост методе коју су предложили научници из Аризоне је у томе што је носач антигена молекул ДНК.

Мултидисциплинарни истраживачки тим је такође укључивао постдипломца биохемије Универзитета у Аризони и првог аутора рада Сјаовеи Лиу, професора Јанг Сјуа, предавача биохемије Јан Лиуа, студента Школе биолошких наука Крејга Клифорда и Тао Јуа, постдипломца са Универзитета Сичуан у Кини.

Чанг истиче да је широко распрострањено усвајање вакцинације довело до једног од најзначајнијих тријумфа јавног здравља. Уметност стварања вакцина ослања се на генетски инжењеринг како би се из протеина који стимулишу имуни систем конструисале честице сличне вирусима. Ове честице су сличне структуре правим вирусима, али не садрже опасне генетске компоненте које изазивају болести.

Важна предност ДНК нанотехнологије, која омогућава да се биомолекулу да дво- или тродимензионални облик, јесте могућност стварања молекула коришћењем веома прецизних метода које могу да обављају функције типичне за природне молекуле у телу.

„Експериментисали смо са различитим величинама и облицима ДНК наноструктура и додавали им биомолекуле да бисмо видели како ће тело реаговати“, објашњава Јанг, директор Одељења за хемију и биохемију и истраживач у Центру за биофизику појединачних молекула на Институту за биоинжењеринг. Кроз приступ који научници називају „биомимикрија“, вакцински комплекси које су тестирали приближно подсећају на величину и облик природних вирусних честица.

Да би демонстрирали одрживост свог концепта, истраживачи су причврстили имуностимулишући протеин стрептавидин (STV) и лек за јачање имунитета CpG олигодезоксинуклеотид како би одвојили пирамидалне разгранате структуре ДНК, што би им на крају омогућило да добију синтетички комплекс вакцине.

Тим је прво морао да докаже да циљне ћелије могу да апсорбују наноструктуре. Причвршћивањем молекула који емитује светлост на наноструктуру, научници су могли да потврде да је наноструктура пронашла своје одговарајуће место у ћелији и остала стабилна неколико сати – довољно дуго да покрене имуни одговор.

Затим, у експериментима на мишевима, научници су радили на испоруци „корисног терета“ вакцине ћелијама које су прве карике у ланцу имуног одговора тела, координирајући интеракције између различитих компоненти као што су ћелије које презентују антиген, укључујући макрофаге, дендритичне ћелије и Б ћелије. Када наноструктуре уђу у ћелију, оне се „анализирају“ и „приказују“ на површини ћелије како би их могле препознати Т ћелије, бела крвна зрнца која играју централну улогу у покретању одбрамбеног одговора тела. Т ћелије, заузврат, помажу Б ћелијама да производе антитела против страних антигена.

Да би поуздано тестирали све варијанте, истраживачи су убризгали ћелије и са пуним комплексом вакцине и само са STV антигеном, као и са STV антигеном помешаним са CpG појачивачем.

Након периода од 70 дана, научници су открили да су мишеви имунизовани пуним комплексом вакцине показали имуни одговор 9 пута јачи од оног изазваног смешом CpG/STV. Најприметнија реакција је покренута тетраедарском (пирамидалном) структуром. Међутим, имуни одговор на комплекс вакцине је препознат не само као специфичан (тј. реакција тела на одређени антиген који су користили експериментатори) и ефикасан, већ и као безбедан, што је потврђено одсуством имуне реакције на „празну“ ДНК (која не носи биомолекуле) унету у ћелије.

„Били смо веома задовољни“, каже Чанг. „Било је дивно видети резултате које смо предвидели. То се не дешава баш често у биологији.“

Будућност фармацеутске индустрије лежи у циљаним лековима

Сада тим разматра потенцијал нове методе за стимулисање специфичних имуних ћелија да покрену одговор коришћењем ДНК платформе. Нова технологија би се могла користити за стварање вакцина које се састоје од неколико активних лекова, као и за промену циљева ради регулације имуног одговора.

Поред тога, нова технологија има потенцијал да развије нове методе циљане терапије, посебно производњу „циљаних“ лекова који се испоручују у строго одређене делове тела и стога не производе опасне нежељене ефекте.

Коначно, иако је област ДНК још увек у повоју, научни рад истраживача из Аризоне има значајне практичне импликације за медицину, електронику и друге области.

Чанг и Јанг признају да још увек има много тога да се научи и оптимизује о њиховој методи вакцинације, али вредност њиховог открића је неоспорна. „Са доказом концепта у рукама, сада можемо да производимо синтетичке вакцине са неограниченим бројем антигена“, закључује Чанг.

Финансијску подршку за ово истраживање пружили су Министарство одбране САД и Национални институт за здравље.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]