Сложна синтетична ваксина, базирана на ДНК молекули

В търсене на начини за създаване на по-безопасна и по-ефективни ваксини, учени от Института по Bioproektirovaniya Държавния университет в Аризона (Biodesign институт в Държавния университет на Аризона) се обърнаха към обещаващ посока се нарича ДНК нанотехнологиите (ДНК нанотехнологиите), за да получите един напълно нов вид синтетични ваксини.

Работата по изследването, публикувано наскоро в списание Nano Писма, имунолог Юнг Чанг (Юнг Чанг) от Института по Bioproektirovaniya партнира с колегите си, сред които споменават известен експерт по ДНК нанотехнологиите Хао Ян (Хао Ян), за да се синтезира първи в света на ваксини, които могат да бъдат безопасно и ефективно да доставят до желаното място, като го поставите на самоорганизация, насипни ДНК наноструктури.

"Когато Хао предложи да се помисли за ДНК не като генетичен материал, но като работна платформа, имах идеята да приложат този подход и имунология", - казва Чанг, доцент по Life Sciences School (Школата по природни науки) и изследовател в Центъра за инфекциозни болести и ваксината в Института по биопроектиране. "Това трябваше да ни даде отлична възможност да използваме носители на ДНК, за да създадем синтетична ваксина".

"Основният въпрос беше: дали е безопасно? Искахме да възпроизведем група молекули, които могат да доведат до безопасен и мощен имунен отговор в тялото. Тъй като екипът под ръководството на Hao през последните няколко години се е занимавал с проектирането на различни ДНК наноструктури, ние започнахме да работим заедно, за да намерим потенциални области на приложение на такива структури в областта на медицината. "

Уникалността на метода, предложен от учените от Аризона, се крие във факта, че носителят на антигена е ДНК молекула.

Мултидисциплинарни научни изследвания екип също са включени: завършил студент по биохимия в Университета на Аризона, първият автор на доклада Syaovey Лиу (Xiaowei Liu), професор Янг Су (Ян Xu), биохимия лектор Янг Лиу (Yan Liu), ученик от училище за Biosciences Крейг Clifford (Крейг Клифърд) и Тао Ю (Тао Ю), студент от университета в Китай.

Чанг подчертава, че широкото въвеждане на ваксинацията на населението доведе до един от най-значимите триумфи на общественото медицина. Изкуството да се създават ваксини разчита на генното инженерство при конструирането на вирусоподобни частици от протеини, които стимулират имунната система. Тези частици са сходни по структура с реални вируси, но не съдържат опасни генетични компоненти, които причиняват заболяване.

Важно предимство на ДНК нанотехнология, в която биомолекула може да се дава на две или триизмерна форма, е възможността за много точни методи за създаване на молекули, които могат да изпълняват функциите, които са типични за естествената молекула в тялото.

"Ние експериментира с различни размери и форми на ДНК наноструктури и придават на биомолекули, за да видите как ще реагират на тялото," - казва Ян, директор на Департамента по химия и биохимия, изследовател в Центъра за биофизика на единични молекули (Център за една молекула биофизика) в Института по био-проектиране. Благодарение на подхода, който учените наричат "биомимикрията" на ваксини, които са били тествани от тях, в близост по размер и форма на физически вирусни частици.

За да се покаже перспективите за концепцията, изследователите закрепени imunnostimuliruyuschy протеин стрептавидин (STV), както и повишаване на имунния отговор към лекарството в отделни CpG oligodeoksinukletid пирамидални разклонени ДНК структури, които ще им позволи да излезе в края синтетичен ваксина комплекс.

На първо място, научната група трябваше да докаже, че целевите клетки могат да абсорбират наноструктури. Като се свързва светоизлъчваща индикаторния молекула на наноструктури, учените са убедени, че наноструктурата е своето място в клетката и остава стабилен в продължение на няколко часа - достатъчно дълго, за да предизвика имунен отговор.

След това, по време на експериментите на мишки, учените практикувани доставка ваксина "натоварване" на клетките, които са на първо място в верига функционираща имунна реакция, координиращият взаимодействието между различните komponetntami като антиген-представящи клетки, включително макрофаги, дендритни клетки и В-клетки. След наноструктура влезе в клетката, те се "анализиран" и "показва" на клетъчната повърхност, така че те разпознават Т-клетки, бели кръвни клетки (червени кръвни клетки), които играят централна роля в процеса на стартиране на защитна реакция на организма. Т клетките, на свой ред, помагат на В клетките да произвеждат антитела срещу чужди антигени.

За да се проверят надеждно всички варианти, изследователите инжектираха в клетките както пълния ваксинен комплекс, така и STV антигена поотделно, както и STV антигена, смесен с CpG усилвателя.

След 70-дневен период изследователите установиха, че мишките, имунизирани с пълния комплекс от ваксини, демонстрират имунен отговор 9 пъти по-силен от индуцираното от CpG-c-STV съединение. Най-забележимата реакция се инициира от структурата на тетраедричната (пирамидална) форма. Въпреки това, на имунния отговор към комплекса на ваксината се признава не само специфичните (т.е. Отговор на организма към специфичен антиген, използван от експериментатори) и ефективно, но и безопасно, както е видно от липсата на имунен отговор се прилагат към клетките "празни" ДНК (няма носещи биомолекули).

"Бяхме много доволни", казва Чанг. "Толкова е чудесно да виждаме резултатите, които самите ние предсказахме. Това не се случва често в биологията. "

Бъдещето на фармакологичната индустрия за целеви лекарства

Сега екип от изследователи отразява възможните перспективи за нов метод за стимулиране на специфични имунни клетки, за да предизвика реакция чрез използване на ДНК платформа. Въз основа на новата технология е възможно да се създадат ваксини, състоящи се от няколко активни агенти, както и да се променят целите за регулиране на имунния отговор.

Освен това новата технология има потенциала да развие нови методи за целенасочена терапия, по-специално производството на "целенасочени" лекарства, които се доставят в строго определените области на тялото и следователно не дават опасни странични ефекти.

Накрая, въпреки факта, че посоката на ДНК продължава да се развива, научната работа на изследователите от Аризона има сериозно значение за медицината, електрониката и други области.

Чанг и Ян признават, че трябва да се научат и оптимизират много повече в представения от тях метод за ваксиниране, но стойността на откритието е неоспорима. "С практическото потвърждение на нашата концепция сега можем да произвеждаме синтетични ваксини с неограничен брой антигени", заключава Чанг.

Финансовата подкрепа за научната работа беше предоставена от Министерството на отбраната на САЩ и Националните здравни институти.

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