Bola vytvorená komplexná syntetická vakcína založená na molekulách DNA

Vedci z Biodesign Institute na Arizonskej štátnej univerzite hľadajú spôsoby, ako vytvoriť bezpečnejšie a účinnejšie vakcíny, a preto sa obrátili na sľubnú oblasť nazývanú DNA nanotechnológia, aby vytvorili úplne nový typ syntetickej vakcíny.

V štúdii publikovanej nedávno v časopise Nano Letters sa imunológ Yung Chang z Inštitútu bioinžinierstva spojil s kolegami vrátane renomovaného DNA nanotechnológa Hao Yana, aby syntetizovali prvý vakcinačný komplex na svete, ktorý je možné bezpečne a efektívne doručiť na cieľové miesta umiestnením na samoskladajúce sa trojrozmerné DNA nanostruktúry.

„Keď Hao navrhol, aby sme DNA nepovažovali za genetický materiál, ale za pracovnú platformu, napadlo mi aplikovať tento prístup v imunológii,“ hovorí Chang, docent na Fakulte biologických vied a výskumník v Centre pre infekčné choroby a vakcíny v Inštitúte pre bioinžinierstvo. „To by nám dalo skvelú príležitosť použiť nosiče DNA na vytvorenie syntetickej vakcíny.“

„Veľkou otázkou bolo: Je to bezpečné? Chceli sme vytvoriť skupinu molekúl, ktoré by mohli v tele spustiť bezpečnú a silnú imunitnú odpoveď. Keďže Haoov tím v posledných rokoch navrhoval rôzne DNA nanostruktúry, začali sme spolupracovať na hľadaní potenciálnych medicínskych aplikácií pre tieto štruktúry.“

Jedinečnosť metódy navrhnutej vedcami z Arizony spočíva v tom, že nosičom antigénu je molekula DNA.

Multidisciplinárny výskumný tím zahŕňal aj absolventa biochémie na University of Arizona a prvého autora článku Xiaowei Liu, profesora Yanga Xua, prednášajúceho biochémie Yana Liua, študenta School of Biosciences Craiga Clifforda a Tao Yua, absolventa zo Sichuanskej univerzity v Číne.

Chang poukazuje na to, že rozsiahle prijatie očkovania viedlo k jednému z najvýznamnejších triumfov verejného zdravia. Umenie vytvárania vakcín sa opiera o genetické inžinierstvo, ktoré vytvára častice podobné vírusom z proteínov, ktoré stimulujú imunitný systém. Tieto častice majú podobnú štruktúru ako skutočné vírusy, ale neobsahujú nebezpečné genetické komponenty, ktoré spôsobujú choroby.

Dôležitou výhodou DNA nanotechnológie, ktorá umožňuje dať biomolekule dvoj- alebo trojrozmerný tvar, je schopnosť vytvárať molekuly pomocou veľmi presných metód, ktoré dokážu vykonávať funkcie typické pre prirodzené molekuly v tele.

„Experimentovali sme s rôznymi veľkosťami a tvarmi nanostruktúr DNA a pridávali sme k nim biomolekuly, aby sme zistili, ako bude telo reagovať,“ vysvetľuje Yang, riaditeľ Katedry chémie a biochémie a výskumník v Centre pre biofyziku jednotlivých molekúl v Inštitúte bioinžinierstva. Prostredníctvom prístupu, ktorý vedci nazývajú „biomimikry“, sa testované vakcínové komplexy približujú veľkosti a tvaru prirodzených vírusových častíc.

Aby demonštrovali životaschopnosť svojho konceptu, výskumníci pripojili imunostimulačný proteín streptavidín (STV) a imunitu posilňujúci liek CpG oligodeoxynukleotid k oddeleným pyramídovým rozvetveným štruktúram DNA, čo im nakoniec umožnilo získať syntetický vakcinačný komplex.

Tím najprv potreboval dokázať, že cieľové bunky dokážu absorbovať nanostruktúry. Pripojením molekuly emitujúcej svetlo k nanostruktúre vedci dokázali overiť, či si nanostruktúra našla svoje správne miesto v bunke a zostala stabilná niekoľko hodín – dostatočne dlho na to, aby spustila imunitnú odpoveď.

Následne vedci v experimentoch na myšiach pracovali na dodávaní „užitočnej dávky“ vakcíny do buniek, ktoré sú prvými článkami v reťazci imunitnej odpovede tela, a koordinovali interakcie medzi rôznymi zložkami, ako sú bunky prezentujúce antigén, vrátane makrofágov, dendritických buniek a B buniek. Keď nanostruktúry vstúpia do bunky, sú „analyzované“ a „zobrazené“ na povrchu bunky, aby ich mohli rozpoznať T bunky, biele krvinky, ktoré hrajú ústrednú úlohu pri spúšťaní obrannej odpovede tela. T bunky zase pomáhajú B bunkám produkovať protilátky proti cudzím antigénom.

Aby sa spoľahlivo otestovali všetky varianty, výskumníci injekčne podali bunkám kompletný vakcinačný komplex aj samotný antigén STV, ako aj antigén STV zmiešaný s CpG enhancerom.

Po 70 dňoch vedci zistili, že myši imunizované kompletným vakcinačným komplexom preukázali imunitnú odpoveď 9-krát silnejšiu ako odpoveď vyvolaná zmesou CpG/STV. Najvýraznejšiu reakciu iniciovala tetraedrická (pyramídová) štruktúra. Imunitná odpoveď na vakcinačný komplex však bola rozpoznaná nielen ako špecifická (t. j. reakcia tela na špecifický antigén použitý experimentátormi) a účinná, ale aj ako bezpečná, čo potvrdzuje absencia imunitnej reakcie na „prázdnu“ DNA (nenesúcu biomolekuly) zavedenú do buniek.

„Boli sme veľmi spokojní,“ hovorí Chang. „Bolo úžasné vidieť výsledky, ktoré sme predpovedali. To sa v biológii nestáva veľmi často.“

Budúcnosť farmaceutického priemyslu spočíva v cielených liekoch

Tím teraz zvažuje potenciál novej metódy na stimuláciu špecifických imunitných buniek k spusteniu reakcie pomocou DNA platformy. Nová technológia by sa mohla použiť na vytvorenie vakcín pozostávajúcich z niekoľkých účinných látok, ako aj na zmenu cieľov na reguláciu imunitnej odpovede.

Nová technológia má navyše potenciál vyvinúť nové metódy cielenej terapie, najmä výrobu „cielených“ liekov, ktoré sa dodávajú do presne určených oblastí tela, a preto nespôsobujú nebezpečné vedľajšie účinky.

Nakoniec, hoci je oblasť DNA stále v plienkach, vedecká práca arizonských výskumníkov má významné praktické dôsledky pre medicínu, elektroniku a ďalšie oblasti.

Chang a Yang uznávajú, že o ich metóde výroby vakcín sa ešte veľa vecí treba naučiť a optimalizovať, ale hodnota ich objavu je nepopierateľná. „S dôkazom konceptu v rukách teraz môžeme vyrábať syntetické vakcíny s neobmedzeným počtom antigénov,“ uzatvára Chang.

Finančnú podporu pre tento výskum poskytlo Ministerstvo obrany USA a Národné inštitúty zdravia.

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