DNS-molekulákon alapuló komplex szintetikus vakcinát hoztak létre

A biztonságosabb és hatékonyabb vakcinák létrehozásának módjait keresve az Arizona Állami Egyetem Biodesign Intézetének tudósai egy ígéretes területhez, a DNS-nanotechnológiához fordultak, hogy egy teljesen új típusú szintetikus vakcinát hozzanak létre.

A Nano Letters folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmányban Yung Chang, a Biomérnöki Intézet immunológusa kollégáival, köztük a neves DNS-nanotechnológussal, Hao Yannal együttműködve szintetizálta a világ első olyan vakcinakomplexét, amely biztonságosan és hatékonyan juttatható el a célpontokba azáltal, hogy önmagát összeszerelő, háromdimenziós DNS-nanostruktúrákra helyezik.

„Amikor Hao azt javasolta, hogy a DNS-t ne genetikai anyagként, hanem egy munkaplatformként tekintsük, az az ötletem támadt, hogy ezt a megközelítést az immunológiára is alkalmazzam” – mondja Chang, az Élettudományi Kar docense és a Biomérnöki Intézet Fertőző Betegségek és Oltások Központjának kutatója. „Ez nagyszerű lehetőséget adna nekünk arra, hogy DNS-hordozókat használjunk szintetikus vakcina előállításához.”

„A nagy kérdés az volt: biztonságos? Olyan molekulacsoportot szerettünk volna létrehozni, amely biztonságos és erős immunválaszt válthat ki a szervezetben. Mivel Hao csapata az elmúlt években különféle DNS-nanostruktúrákat tervezett, elkezdtünk együttműködni, hogy potenciális orvosi alkalmazásokat találjunk ezeknek a struktúráknak.”

Az arizonai tudósok által javasolt módszer egyedisége abban rejlik, hogy az antigén hordozója egy DNS-molekula.

A multidiszciplináris kutatócsoportban részt vett még az Arizonai Egyetem biokémia szakos hallgatója és a cikk első szerzője, Xiaowei Liu, Yang Xu professzor, Yan Liu biokémia előadó, Craig Clifford, a Biotudományi Iskola hallgatója, valamint Tao Yu, a kínai Szecsuáni Egyetem végzős hallgatója.

Chang rámutat, hogy a védőoltás széles körű elterjedése a közegészségügy egyik legjelentősebb diadalához vezetett. A vakcinák létrehozásának művészete a géntechnológiára támaszkodik, amelynek célja, hogy vírusszerű részecskéket hozzanak létre az immunrendszert stimuláló fehérjékből. Ezek a részecskék szerkezetükben hasonlóak a valódi vírusokhoz, de nem tartalmaznak olyan veszélyes genetikai komponenseket, amelyek betegséget okoznának.

A DNS-nanotechnológia egyik fontos előnye, amely lehetővé teszi egy biomolekula két- vagy háromdimenziós alakjának felruházását, hogy nagyon precíz módszerekkel olyan molekulákat hozhat létre, amelyek a szervezetben található természetes molekulákra jellemző funkciókat tudnak ellátni.

„Különböző méretű és alakú DNS-nanostruktúrákkal kísérleteztünk, és biomolekulákat adtunk hozzájuk, hogy lássuk, hogyan reagál a szervezet” – magyarázza Yang, a Kémiai és Biokémiai Tanszék igazgatója és a Biomérnöki Intézet Egymolekulás Biofizikai Központjának kutatója. A tudósok által „biomimikrinek” nevezett megközelítés révén a tesztelt vakcinakomplexek megközelítik a természetes vírusrészecskék méretét és alakját.

Koncepciójuk életképességének bizonyítására a kutatók az immunstimuláló streptavidin (STV) fehérjét és az immunerősítő CpG oligodeoxinukleotid gyógyszert piramis alakú elágazó DNS-struktúrák szétválasztásához kapcsolták, ami végül lehetővé tette számukra egy szintetikus vakcinakomplex előállítását.

A csapatnak először be kellett bizonyítania, hogy a célsejtek képesek elnyelni a nanoszerkezeteket. Egy fénykibocsátó jelölőmolekula nanoszerkezethez való kapcsolásával a tudósok ellenőrizni tudták, hogy a nanoszerkezet megtalálta-e a megfelelő helyét a sejtben, és több órán át stabil maradt – elég hosszú ideig ahhoz, hogy immunválaszt váltson ki.

Ezután egérkísérletekben a tudósok azon dolgoztak, hogy a vakcina „hasznos töltetét” a szervezet immunválasz-láncának első láncszemeihez juttassák el, koordinálva a különböző komponensek, például az antigént bemutató sejtek, köztük a makrofágok, a dendritikus sejtek és a B-sejtek közötti kölcsönhatásokat. Amint a nanoszerkezetek bejutnak a sejtbe, azokat „elemzik” és „megjelenítik” a sejtfelszínen, hogy a T-sejtek, a fehérvérsejtek felismerhessék őket, amelyek központi szerepet játszanak a szervezet védekező válaszának kiváltásában. A T-sejtek viszont segítik a B-sejteket antitestek termelésében az idegen antigének ellen.

Az összes variáns megbízható teszteléséhez a kutatók a sejtekbe mind a teljes vakcinakomplexet, mind az STV-antigént önmagában, valamint az STV-antigént CpG-fokozóval keverve injektálták.

70 napos időszak után a tudósok azt tapasztalták, hogy a teljes vakcinakomplexummal immunizált egerek kilencszer erősebb immunválaszt mutattak, mint amit a CpG/STV keverék váltott ki. A legfeltűnőbb reakciót a tetraéderes (piramis) szerkezet indította el. A vakcinakomplexumra adott immunválaszt azonban nemcsak specifikusnak (azaz a szervezet reakciójának tekintették a kísérletezők által használt specifikus antigénre) és hatékonynak, hanem biztonságosnak is elismerték, amit a sejtekbe juttatott "üres" (biomolekulákat nem hordozó) DNS-re adott immunreakció hiánya is megerősít.

„Nagyon elégedettek voltunk” – mondja Chang. „Csodálatos volt látni az előre jelzett eredményeket. Ez nem túl gyakran történik meg a biológiában.”

A gyógyszeripar jövője a célzott gyógyszerekben rejlik

A csapat most egy új módszer lehetőségét vizsgálja, amellyel specifikus immunsejteket lehetne stimulálni egy DNS-platform segítségével, hogy immunválaszt váltsanak ki. Az új technológia felhasználható lenne több aktív gyógyszerből álló vakcinák létrehozására, valamint a célpontok megváltoztatására az immunválasz szabályozása érdekében.

Ezenkívül az új technológia lehetőséget kínál a célzott terápia új módszereinek kifejlesztésére, különösen a „célzott” gyógyszerek előállítására, amelyeket a test szigorúan kijelölt területeire juttatnak el, és ezért nem okoznak veszélyes mellékhatásokat.

Végül, bár a DNS-kutatás még gyerekcipőben jár, az arizonai kutatók tudományos munkásságának jelentős gyakorlati következményei vannak az orvostudomány, az elektronika és más területek számára.

Chang és Yang elismerik, hogy még sok a tanulnivaló és optimalizálnivaló a vakcinázási módszerükkel kapcsolatban, de felfedezésük értéke tagadhatatlan. „A koncepció bizonyításával a kezünkben most már korlátlan számú antigénnel rendelkező szintetikus vakcinákat tudunk előállítani” – vonja le a következtetést Chang.

A kutatás anyagi támogatását az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma és a Nemzeti Egészségügyi Intézetek biztosították.

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