Byla vytvořena komplexní syntetická vakcína založená na molekulách DNA.

Vědci z Biodesign Institute na Arizonské státní univerzitě se při hledání způsobů, jak vytvořit bezpečnější a účinnější vakcíny, obrátili na slibnou oblast zvanou DNA nanotechnologie, aby vytvořili zcela nový typ syntetické vakcíny.

Ve studii nedávno publikované v časopise Nano Letters se imunolog Yung Chang z Institutu bioinženýrství spojil s kolegy, včetně renomovaného DNA nanotechnologa Hao Yana, aby syntetizovali první vakcinační komplex na světě, který lze bezpečně a efektivně doručit do cílových míst umístěním na samouskládající se trojrozměrné DNA nanostruktury.

„Když Hao navrhl, abychom na DNA nepohlíželi jako na genetický materiál, ale jako na pracovní platformu, napadlo mě aplikovat tento přístup na imunologii,“ říká Chang, docent na School of Life Sciences a výzkumník v Centru pro infekční nemoci a vakcíny v Institutu pro bioinženýrství. „To by nám dalo skvělou příležitost využít nosiče DNA k vytvoření syntetické vakcíny.“

„Velkou otázkou bylo: Je to bezpečné? Chtěli jsme vytvořit skupinu molekul, které by mohly v těle vyvolat bezpečnou a silnou imunitní reakci. Protože Haoův tým v posledních několika letech navrhoval různé DNA nanostruktury, začali jsme spolupracovat na nalezení potenciálních lékařských aplikací pro tyto struktury.“

Jedinečnost metody navržené vědci z Arizony spočívá v tom, že nosičem antigenu je molekula DNA.

Multidisciplinární výzkumný tým zahrnoval také postgraduální studentku biochemie z Arizonské univerzity a první autorku článku Xiaowei Liu, profesora Yang Xu, přednášejícího biochemie Yan Liu, studenta School of Biosciences Craiga Clifforda a Tao Yu, postgraduální studentku z čínské Sichuanské univerzity.

Chang poukazuje na to, že široké rozšíření očkování vedlo k jednomu z nejvýznamnějších triumfů veřejného zdraví. Umění vytvářet vakcíny se opírá o genetické inženýrství, které vytváří virové částice z proteinů, jež stimulují imunitní systém. Tyto částice mají podobnou strukturu jako skutečné viry, ale neobsahují nebezpečné genetické komponenty, které by způsobovaly onemocnění.

Důležitou výhodou DNA nanotechnologie, která umožňuje dát biomolekule dvourozměrný nebo trojrozměrný tvar, je schopnost vytvářet molekuly pomocí velmi přesných metod, které mohou plnit funkce typické pro přirozené molekuly v těle.

„Experimentovali jsme s různými velikostmi a tvary DNA nanostruktur a přidávali jsme k nim biomolekuly, abychom zjistili, jak bude tělo reagovat,“ vysvětluje Yang, ředitel katedry chemie a biochemie a výzkumník v Centru pro biofyziku jednotlivých molekul v Ústavu bioinženýrství. Prostřednictvím přístupu, který vědci nazývají „biomimikry“, se testované vakcinační komplexy blíží velikosti a tvaru přirozených virových částic.

Aby vědci demonstrovali životaschopnost svého konceptu, připojili imunostimulační protein streptavidin (STV) a imunitu posilující lék CpG oligodeoxynukleotid k odděleným pyramidálním rozvětveným strukturám DNA, což jim nakonec umožnilo získat syntetický vakcinační komplex.

Tým nejprve potřeboval dokázat, že cílové buňky dokážou nanostruktury absorbovat. Připojením molekuly emitující světlo k nanostruktuře vědci dokázali ověřit, zda si nanostruktura našla své správné místo v buňce a zůstala stabilní po dobu několika hodin – dostatečně dlouho na to, aby spustila imunitní odpověď.

Vědci poté v experimentech na myších pracovali na doručení „užitečné dávky“ vakcíny do buněk, které jsou prvními články v řetězci imunitní odpovědi těla, a koordinovali interakce mezi různými složkami, jako jsou antigen prezentující buňky, včetně makrofágů, dendritických buněk a B buněk. Jakmile nanostruktury vstoupí do buňky, jsou „analyzovány“ a „zobrazeny“ na povrchu buňky, aby je mohly rozpoznat T buňky, bílé krvinky, které hrají ústřední roli ve spouštění obranné reakce těla. T buňky zase pomáhají B buňkám produkovat protilátky proti cizím antigenům.

Aby vědci spolehlivě otestovali všechny varianty, injikovali buňkám jak kompletní vakcinační komplex, tak samotný antigen STV, a také antigen STV smíchaný s CpG enhancerem.

Po 70 dnech vědci zjistili, že myši imunizované kompletním vakcinačním komplexem vykazovaly imunitní odpověď 9krát silnější než odpověď vyvolaná směsí CpG/STV. Nejvýraznější reakci iniciovala tetraedrická (pyramidální) struktura. Imunitní odpověď na vakcinační komplex však byla rozpoznána nejen jako specifická (tj. reakce těla na specifický antigen použitý experimentátory) a účinná, ale také jako bezpečná, což potvrzuje absence imunitní reakce na „prázdnou“ DNA (nenesoucí biomolekuly) zavedenou do buněk.

„Byli jsme velmi spokojeni,“ říká Chang. „Bylo úžasné vidět výsledky, které jsme předpovídali. To se v biologii moc často nestává.“

Budoucnost farmaceutického průmyslu spočívá v cílených léčivech

Tým nyní zvažuje potenciál nové metody stimulace specifických imunitních buněk k vyvolání imunitní reakce s využitím DNA platformy. Nová technologie by mohla být použita k vytvoření vakcín sestávajících z několika aktivních léčiv a také ke změně cílů pro regulaci imunitní reakce.

Nová technologie má navíc potenciál pro vývoj nových metod cílené terapie, zejména pro výrobu „cílených“ léků, které jsou dodávány do striktně určených oblastí těla, a proto nezpůsobují nebezpečné vedlejší účinky.

A konečně, ačkoli je oblast DNA stále v plenkách, vědecká práce arizonských výzkumníků má významné praktické důsledky pro medicínu, elektroniku a další obory.

Chang a Yang uznávají, že se o jejich metodě výroby vakcín stále mnoho učí a optimalizuje, ale hodnota jejich objevu je nepopiratelná. „S prokázaným konceptem v ruce nyní můžeme vyrábět syntetické vakcíny s neomezeným počtem antigenů,“ uzavírá Chang.

Finanční podporu pro tento výzkum poskytlo americké ministerstvo obrany a Národní instituty zdraví.

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