Създадена е сложна синтетична ваксина на базата на ДНК молекули

В търсене на начини за създаване на по-безопасни и по-ефективни ваксини, учените от Института за биодизайн към Държавния университет на Аризона са се обърнали към обещаваща област, наречена ДНК нанотехнологии, за да създадат изцяло нов вид синтетична ваксина.

В проучване, публикувано наскоро в списанието Nano Letters, имунологът Юнг Чанг от Института по биоинженерство се е обединил с колеги, включително известния ДНК нанотехнолог Хао Ян, за да синтезира първия в света ваксинален комплекс, който може да бъде доставен безопасно и ефикасно до целевите места, като бъде поставен върху самосглобяващи се, триизмерни ДНК наноструктури.

„Когато Хао предложи да разглеждаме ДНК не като генетичен материал, а като работна платформа, ми хрумна идеята да приложа този подход към имунологията“, казва Чанг, доцент в Училището по науки за живота и изследовател в Центъра за инфекциозни болести и ваксини в Института по биоинженерство. „Това би ни дало чудесна възможност да използваме ДНК носители, за да създадем синтетична ваксина.“

„Големият въпрос беше: Безопасно ли е? Искахме да създадем група от молекули, които биха могли да предизвикат безопасен и мощен имунен отговор в организма. Тъй като екипът на Хао проектираше различни ДНК наноструктури през последните няколко години, започнахме да си сътрудничим, за да намерим потенциални медицински приложения за тези структури.“

Уникалността на метода, предложен от учени от Аризона, е, че носителят на антиген е ДНК молекула.

Мултидисциплинарният изследователски екип включваше също докторант по биохимия от Университета на Аризона и първи автор на статията Сяовей Лиу, професор Ян Сю, преподавател по биохимия Ян Лиу, студент от Училището по биологични науки Крейг Клифърд и Тао Ю, докторант от университета Съчуан в Китай.

Чанг посочва, че широкото разпространение на ваксинацията е довело до един от най-значимите триумфи на общественото здраве. Изкуството на създаване на ваксини разчита на генното инженерство за конструиране на вирусоподобни частици от протеини, които стимулират имунната система. Тези частици са подобни по структура на истинските вируси, но не съдържат опасни генетични компоненти, които причиняват заболявания.

Важно предимство на ДНК нанотехнологията, която позволява на биомолекулата да получи дву- или триизмерна форма, е способността за създаване на молекули с помощта на много прецизни методи, които могат да изпълняват функции, типични за естествените молекули в тялото.

„Експериментирахме с ДНК наноструктури с различни размери и форми и добавихме биомолекули към тях, за да видим как ще реагира тялото“, обяснява Ян, директор на катедра „Химия и биохимия“ и изследовател в Центъра за биофизика на единични молекули в Института по биоинженерство. Чрез подход, който учените наричат „биомимикрия“, тестваните от тях ваксинни комплекси се доближават до размера и формата на естествените вирусни частици.

За да демонстрират жизнеспособността на своята концепция, изследователите прикрепили имуностимулиращия протеин стрептавидин (STV) и имуностимулиращото лекарство CpG олигодезоксинуклеотид към отделни пирамидални разклонени ДНК структури, което в крайна сметка би им позволило да получат синтетичен ваксинен комплекс.

Екипът първо трябваше да докаже, че целевите клетки могат да абсорбират наноструктурите. Чрез прикрепване на светоизлъчваща маркираща молекула към наноструктурата, учените успяха да проверят дали наноструктурата е намерила правилното си място в клетката и е останала стабилна в продължение на няколко часа – достатъчно дълго, за да предизвика имунен отговор.

След това, в експерименти върху мишки, учените работили върху доставянето на „полезния товар“ на ваксината до клетки, които са първите звена във веригата на имунния отговор на организма, координирайки взаимодействията между различни компоненти, като антиген-представящи клетки, включително макрофаги, дендритни клетки и В-клетки. След като наноструктурите влязат в клетката, те се „анализират“ и „показват“ на клетъчната повърхност, така че да могат да бъдат разпознати от Т-клетките, белите кръвни клетки, които играят централна роля в задействането на защитния отговор на организма. Т-клетките, от своя страна, помагат на В-клетките да произвеждат антитела срещу чужди антигени.

За да тестват надеждно всички варианти, изследователите инжектирали в клетките както пълния ваксинален комплекс, така и само STV антигена, както и STV антигена, смесен с CpG енхансер.

След 70-дневен период учените установили, че мишките, имунизирани с пълния ваксинален комплекс, демонстрират имунен отговор 9 пъти по-силен от този, индуциран от сместа CpG/STV. Най-забележимата реакция е инициирана от тетраедричната (пирамидална) структура. Имунният отговор към ваксиналния комплекс обаче е разпознат не само като специфичен (т.е. реакцията на организма към специфичен антиген, използван от експериментаторите) и ефективен, но и като безопасен, което се потвърждава от липсата на имунна реакция към „празната“ ДНК (неносеща биомолекули), въведена в клетките.

„Бяхме много доволни“, казва Чанг. „Беше чудесно да видим резултатите, които предвидихме. Това не се случва много често в биологията.“

Бъдещето на фармацевтичната индустрия е в целенасочените лекарства

Сега екипът обмисля потенциала на нов метод за стимулиране на специфични имунни клетки, за да предизвикат имунен отговор, използвайки ДНК платформа. Новата технология може да се използва за създаване на ваксини, състоящи се от няколко активни лекарства, както и за промяна на мишени за регулиране на имунния отговор.

Освен това, новата технология има потенциала да разработи нови методи за таргетна терапия, по-специално производството на „таргетни“ лекарства, които се доставят до строго определени области на тялото и следователно не предизвикват опасни странични ефекти.

И накрая, въпреки че областта на ДНК е все още в начален стадий, научната работа на изследователите от Аризона има значителни практически последици за медицината, електрониката и други области.

Чанг и Янг признават, че все още има много какво да се научи и оптимизира относно техния метод за ваксини, но стойността на тяхното откритие е неоспорима. „С доказателство за концепцията в ръка, сега можем да произвеждаме синтетични ваксини с неограничен брой антигени“, заключава Чанг.

Финансовата подкрепа за това изследване е предоставена от Министерството на отбраната на САЩ и Националните здравни институти.

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