Ett komplext syntetiskt vaccin baserat på DNA-molekyler

På jakt efter sätt att skapa en säkrare och mer effektiva vacciner, forskare från Institutet för Bioproektirovaniya State University i Arizona (Biodesign Institute vid Arizona State University) vände sig till en lovande riktning kallas DNA nanoteknik (DNA nanoteknik), för att få en helt ny typ av syntetiska vacciner.

Att arbeta på studien publicerades nyligen i tidskriften Nano Letters, en immunolog Yung Chang (Yung Chang) från Institute of Bioproektirovaniya slagit sig ihop med sina kollegor, bland vilka nämner en välkänd expert på DNA nanoteknik Hao Yang (Hao Yan), för att syntetisera en första världsvaccinkomplexet, som kan levereras säkert och effektivt till de önskade platserna genom att placera det på självorganiserande, bulk DNA nanostrukturer.

"När Hao föreslog att betrakta DNA inte som en genetiskt material, men som en arbetsplattform, hade jag idén att tillämpa detta tillvägagångssätt i Immunology", - säger Chang, biträdande professor i Life Sciences School (School of Life Sciences) och forskare vid Centrum för infektionssjukdomar och vaccinen vid institutet för bio-projicering. "Detta skulle ge oss ett utmärkt tillfälle att använda DNA-bärare för att skapa ett syntetiskt vaccin."

"Huvudfrågan var: är det säkert? Vi ville reproducera en grupp molekyler som kan orsaka ett säkert och kraftfullt immunsvar i kroppen. Sedan laget under ledning av Hao de senaste åren har varit engagerat i utformningen av olika DNA-nanostrukturer, började vi arbeta tillsammans för att hitta potentiella användningsområden för sådana strukturer inom medicinområdet. "

Unikheten hos den metod som föreslagits av forskare från Arizona ligger i det faktum att bäraren av antigenet är en DNA-molekyl.

Den tvärvetenskapliga forskargruppen ingår även: doktorand i biokemi vid University of Arizona, den första författare av papperet Syaovey Liu (Xiaowei Liu), professor Yang Su (Yang Xu), Biochemistry föreläsare Yang Liu (Yan Liu), en student från School of Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) och Tao Yu (Tao Yu), en doktorand från Sichuan University i Kina.

Chang betonar att den utbredda introduktionen av vaccination av befolkningen har lett till en av de viktigaste triumferna av allmänmedicin. Konsten att skapa vacciner bygger på genteknik vid konstruktion av virusliknande partiklar från proteiner som stimulerar immunsystemet. Sådana partiklar är likartade i struktur till verkliga virus, men innehåller inte de farliga genetiska komponenter som orsakar sjukdom.

En viktig fördel med DNA-nanoteknik, där en biomolekyl kan ges en två- eller tredimensionell form, är förmågan att skapa mycket exakta metoder för molekyler som kan utföra funktioner som är karakteristiska för naturliga molekyler i kroppen.

"Vi experimenterade med olika storlekar och former av DNA nanostrukturer och fäst biomolekyler för att se hur de reagerar på kroppen," - säger Yang, chef för Institutionen för kemi och biokemi, forskare vid Centrum för biofysik av enstaka molekyler (Centrum för enda molekyl biofysik) vid Institutet för bioprojektion. På grund av den metod som forskarna kallas "biomimetik" av vacciner som har testats av dem nära i storlek och form till de naturliga viruspartiklar.

Att visa förutsättningarna för sitt koncept, forskarna fäst imunnostimuliruyuschy protein streptavidin (STV), såväl som förstärkning av immunsvaret till läkemedlet i individuella CpG oligodeoksinukletid pyramidala grenade DNA-strukturer som skulle tillåta dem att få i slutändan ett syntetiskt vaccin komplex.

Först och främst måste den vetenskapliga gruppen bevisa att målceller kan absorbera nanostrukturer. Genom att fästa en ljusemitterande spårmolekyl till nanostrukturer, var forskarna övertygade om att nanostrukturen är dess rättmätiga plats i cellen och förblir stabil under ett par timmar - tillräckligt länge för att utlösa ett immunsvar.

Då, i de experiment på möss, scientists praktiseras vaccin leverans "belastning" till cellerna, som är den första i en kedja fungerande immunsvar, den samordnande växelverkan mellan olika komponetntami som antigenpresenterande celler, inklusive makrofager, dendritiska celler och B-celler. Efter nanostruktur in i cellen, är de "analyseras" och "visas" på cellytan, så att de känner igen T-celler, vita blodkroppar (röda blodkroppar), som spelar en central roll i processen för att lansera ett skyddande svar av kroppen. T-celler, som i sin tur hjälper B-celler att producera antikroppar mot främmande antigener.

För att på ett tillförlitligt sätt testa alla varianter injicerade forskarna in i cellerna både det kompletta vaccinkomplexet och STV-antigenet separat, såväl som STV-antigenet blandat med CpG-förstärkaren.

Efter 70-dagars period, fann forskarna att de möss som immuniserats med hela vaccinkomplexet, uppvisade ett immunsvar som är 9 gånger starkare jämfört med blandningen som orsakas av CpG-c STV. Den mest framträdande reaktionen initieras tetraedrisk struktur (pyramid) form. Emellertid är immunsvaret på vaccinet komplex känns igen inte bara den specifika (dvs kroppens svar på ett specifikt antigen, som används av praktiker) är och effektiv, utan även säker, vilket bevisas av avsaknaden av immunsvar administreras till celler "tomma" DNA (inga lager biomolekyler).

"Vi var väldigt nöjda", säger Chang. "Det är så underbart att se de resultat som vi själva förutspådde. Det händer inte ofta i biologi. "

Den farmakologiska industrins framtid för riktade läkemedel

Nu reflekterar ett team av forskare om möjliga utsikter till en ny metod för att stimulera specifika immunceller för att utlösa en reaktion genom att använda en DNA-plattform. På grundval av den nya tekniken är det möjligt att skapa vacciner som består av flera aktiva medel, samt att ändra målen för reglering av immunsvaret.

Dessutom har den nya tekniken potential att utveckla nya metoder för riktade terapi, i synnerhet produktion av "riktade" läkemedel som levereras till strängt utsedda områden av kroppen och därför inte ger farliga biverkningar.

Slutligen, trots att DNA-riktningen fortfarande utvecklas, har forskarnas vetenskapliga arbete från Arizona en allvarlig tillämpad betydelse för medicin, elektronik och andra områden.

Chang och Yang känner igen att mycket mer behöver läras och optimeras i vaccinationsmetoden som presenteras av dem, men värdet av upptäckten är obestridligt. "Med praktisk bekräftelse av vårt koncept kan vi nu producera syntetiska vacciner med ett obegränsat antal antigener", avslutar Chang.

Ekonomiskt stöd till vetenskapligt arbete tillhandahölls av Förenta staternas försvarsdepartement och National Institute of Health.

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