A fost creat un vaccin sintetic complex bazat pe molecule ADN

În căutarea unor modalități de a crea vaccinuri mai sigure și mai eficiente, oamenii de știință de la Institutul de Biodesign din cadrul Universității de Stat din Arizona s-au orientat către un domeniu promițător numit nanotehnologia ADN-ului pentru a crea un tip complet nou de vaccin sintetic.

Într-un studiu publicat recent în revista Nano Letters, imunologul Yung Chang de la Institutul de Bioinginerie a colaborat cu colegi, inclusiv cu renumitul nanotehnolog ADN Hao Yan, pentru a sintetiza primul complex de vaccinuri din lume care poate fi administrat în siguranță și eficient în locurile țintă prin plasarea pe nanostructuri de ADN tridimensionale auto-asamblate.

„Când Hao a sugerat să privim ADN-ul nu ca material genetic, ci ca o platformă de lucru, mi-a venit ideea de a aplica această abordare în imunologie”, spune Chang, profesor asociat la Școala de Științe ale Vieții și cercetător la Centrul pentru Boli Infecțioase și Vaccinuri de la Institutul de Bioinginerie. „Acest lucru ne-ar oferi o oportunitate excelentă de a utiliza purtători de ADN pentru a crea un vaccin sintetic.”

„Marea întrebare era: este sigur? Am vrut să creăm un grup de molecule care să poată declanșa un răspuns imun sigur și puternic în organism. Întrucât echipa lui Hao proiectase diverse nanostructuri de ADN în ultimii ani, am început să colaborăm pentru a găsi potențiale aplicații medicale pentru aceste structuri.”

Unicitatea metodei propuse de oamenii de știință din Arizona constă în faptul că purtătorul de antigen este o moleculă de ADN.

Echipa de cercetare multidisciplinară a inclus și Xiaowei Liu, student la masterat în biochimie la Universitatea din Arizona și primul autor al lucrării, profesorul Yang Xu, lectorul de biochimie Yan Liu, studentul Craig Clifford la Școala de Bioștiințe și Tao Yu, student la masterat la Universitatea Sichuan din China.

Chang subliniază că adoptarea pe scară largă a vaccinării a dus la unul dintre cele mai semnificative triumfuri ale sănătății publice. Arta creării vaccinurilor se bazează pe ingineria genetică pentru a construi particule asemănătoare virusurilor din proteine care stimulează sistemul imunitar. Aceste particule au o structură similară cu virusurile reale, dar nu conțin componente genetice periculoase care pot cauza boli.

Un avantaj important al nanotehnologiei ADN, care permite ca unei biomolecule să i se dea o formă bidimensională sau tridimensională, este capacitatea de a crea molecule folosind metode foarte precise, care pot îndeplini funcții tipice moleculelor naturale din organism.

„Am experimentat cu nanostructuri de ADN de diferite dimensiuni și forme și le-am adăugat biomolecule pentru a vedea cum reacționează organismul”, explică Yang, director al Departamentului de Chimie și Biochimie și cercetător la Centrul pentru Biofizica Moleculelor Unice din cadrul Institutului de Bioinginerie. Printr-o abordare pe care oamenii de știință o numesc „biomimetism”, complexele vaccinale pe care le-au testat aproximează dimensiunea și forma particulelor virale naturale.

Pentru a demonstra viabilitatea conceptului lor, cercetătorii au atașat proteina imunostimulatoare streptavidină (STV) și medicamentul imunostimulator CpG oligodeoxinucleotidă la structuri separate de ADN ramificat piramidal, ceea ce le-ar permite în cele din urmă să obțină un complex vaccinal sintetic.

Echipa a trebuit mai întâi să demonstreze că celulele țintă pot absorbi nanostructurile. Prin atașarea unei molecule etichete emițătoare de lumină la nanostructură, oamenii de știință au putut verifica faptul că nanostructura și-a găsit locul potrivit în celulă și a rămas stabilă timp de câteva ore – suficient de mult timp pentru a declanșa un răspuns imun.

Apoi, în experimente pe șoareci, oamenii de știință au lucrat la livrarea „sarcinii utile” a vaccinului către celulele care sunt primele verighe din lanțul de răspuns imun al organismului, coordonând interacțiunile dintre diferite componente, cum ar fi celulele prezentatoare de antigen, inclusiv macrofagele, celulele dendritice și celulele B. Odată ce nanostructurile intră în celulă, acestea sunt „analizate” și „afișate” pe suprafața celulei, astfel încât să poată fi recunoscute de celulele T, leucocitele care joacă un rol central în declanșarea răspunsului de apărare al organismului. Celulele T, la rândul lor, ajută celulele B să producă anticorpi împotriva antigenelor străine.

Pentru a testa în mod fiabil toate variantele, cercetătorii au injectat celule atât cu complexul vaccinal complet, cât și cu antigenul STV singur, precum și cu antigenul STV amestecat cu un amplificator CpG.

După o perioadă de 70 de zile, oamenii de știință au descoperit că șoarecii imunizați cu complexul vaccinal complet au demonstrat un răspuns imun de 9 ori mai puternic decât cel indus de amestecul CpG/STV. Reacția cea mai vizibilă a fost inițiată de structura tetraedrică (piramidală). Cu toate acestea, răspunsul imun la complexul vaccinal a fost recunoscut nu doar ca fiind specific (adică reacția organismului la un antigen specific utilizat de experimentatori) și eficient, ci și ca fiind sigur, lucru confirmat de absența unei reacții imune la ADN-ul „gol” (care nu poartă biomolecule) introdus în celule.

„Am fost foarte încântați”, spune Chang. „A fost minunat să vedem rezultatele pe care le-am prezis. Acest lucru nu se întâmplă foarte des în biologie.”

Viitorul industriei farmaceutice constă în medicamente direcționate

Acum, echipa analizează potențialul unei noi metode de stimulare a anumitor celule imunitare pentru a declanșa un răspuns folosind o platformă ADN. Noua tehnologie ar putea fi utilizată pentru a crea vaccinuri constând din mai multe medicamente active, precum și pentru a schimba țintele pentru a regla răspunsul imun.

În plus, noua tehnologie are potențialul de a dezvolta noi metode de terapie țintită, în special producerea de medicamente „țintite” care sunt administrate în zone strict desemnate ale corpului și, prin urmare, nu produc efecte secundare periculoase.

În cele din urmă, deși domeniul ADN-ului este încă la început, munca științifică a cercetătorilor din Arizona are implicații practice semnificative pentru medicină, electronică și alte domenii.

Chang și Yang recunosc că mai sunt multe de învățat și de optimizat în legătură cu metoda lor de vaccinare, dar valoarea descoperirii lor este incontestabilă. „Având dovada conceptului la îndemână, putem produce acum vaccinuri sintetice cu un număr nelimitat de antigeni”, conchide Chang.

Sprijinul financiar pentru această cercetare a fost oferit de Departamentul Apărării al SUA și de Institutele Naționale de Sănătate.

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