Een complex synthetisch vaccin op basis van DNA-moleculen

Op zoek naar manieren om een veiligere en effectievere vaccins, wetenschappers van het Instituut voor Bioproektirovaniya State University in Arizona (Biodesign Institute aan de Arizona State University) wendde zich tot een veelbelovende richting DNA nanotechnologie (DNA nanotechnologie) genoemd, een geheel nieuw type van synthetische vaccins te krijgen.

Werken aan de onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters studie, een immunoloog Yung Chang (Yung Chang) van het Instituut voor Bioproektirovaniya samen met hun collega's, waaronder noemen een gerenommeerd expert op het gebied van DNA nanotechnologie Hao Yang (Hao Yan), te synthetiseren een eerste wereldvaccin complex, dat veilig en efficiënt kan worden afgeleverd op de gewenste locaties door het te plaatsen op zelforganiserende, bulk DNA-nanostructuren.

"Toen Hao voorgesteld om het DNA niet te beschouwen als een genetisch materiaal, maar als een werkplatform, had ik het idee om deze aanpak in Immunology van toepassing", - zegt Chang, Associate Professor van Life Sciences School (de School of Life Sciences) en een onderzoeker aan het Centrum voor Infectieziekten en het vaccin bij het Institute of Bio-Projecting. "Dit moest ons een uitstekende gelegenheid bieden om DNA-dragers te gebruiken om een synthetisch vaccin te maken."

"De belangrijkste vraag was: is het veilig? We wilden een groep moleculen reproduceren die een veilige en krachtige immuunrespons in het lichaam zou kunnen veroorzaken. Omdat het team onder leiding van Hao de afgelopen jaren bezig is geweest met het ontwerpen van verschillende DNA-nanostructuren, zijn we begonnen samen te werken om mogelijke toepassingsgebieden van dergelijke structuren op het gebied van de geneeskunde te vinden. "

Het unieke van de methode die wordt voorgesteld door wetenschappers uit Arizona ligt in het feit dat de drager van het antigeen een DNA-molecuul is.

Het multidisciplinaire onderzoeksteam omvatte ook: afgestudeerde student in de biochemie aan de Universiteit van Arizona, de eerste auteur van het papier Syaovey Liu (Xiaowei Liu), Professor Yang Su (Yang Xu), biochemie docent Yang Liu (Yan Liu), een student van de School of Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) en Tao Yu (Tao Yu), een afgestudeerde student van de universiteit van Sichuan in China.

Chang benadrukt dat de wijdverbreide introductie van vaccinatie van de bevolking heeft geleid tot een van de belangrijkste triomfen van de openbare geneeskunde. De kunst van het maken van vaccins is gebaseerd op genetische manipulatie bij het construeren van virusachtige deeltjes van eiwitten die het immuunsysteem stimuleren. Dergelijke deeltjes lijken qua structuur op echte virussen, maar bevatten niet de gevaarlijke genetische componenten die ziekten veroorzaken.

Een belangrijk voordeel van DNA-nanotechnologie, waarbij een biomolecuul een twee- of driedimensionale vorm kan krijgen, is het vermogen om zeer precieze methoden te maken voor moleculen die functies kunnen uitvoeren die kenmerkend zijn voor natuurlijke moleculen in het lichaam.

"We experimenteerden met verschillende maten en vormen van DNA nanostructuren en hechten biomoleculen om te zien hoe ze reageren op het lichaam," - zegt Yang, directeur van het Department of Chemistry and Biochemistry, een onderzoeker aan het Centrum voor Biofysica van enkele moleculen (Centrum voor Single Molecule Biofysica) bij het Institute of Bio-Projecting. Dankzij de benadering die wetenschappers 'biomimicry' noemen, naderen de door hen geteste vaccincomplexen qua grootte en vorm de natuurlijke virusdeeltjes.

Om de vooruitzichten van het concept te tonen, de onderzoekers bevestigd imunnostimuliruyuschy eiwit streptavidine (STV), evenals het verbeteren van de immuunrespons op het geneesmiddel in individuele CpG oligodeoksinukletid piramidale vertakte DNA-structuren die het mogelijk maken ze in naar het einde van een synthetische vaccin complex.

Allereerst moest de wetenschappelijke groep bewijzen dat doelcellen nanostructuren kunnen absorberen. Door een lichtemitterend labelmolecuul aan de nanostructuur te hechten, hebben de wetenschappers vastgesteld dat de nanostructuur zijn juiste plaats in de cel vindt en stabiel blijft gedurende enkele uren - lang genoeg om een immuunrespons op te wekken.

Vervolgens, in de experimenten met muizen, wetenschappers toegepast vaccintoediening "load" aan de cellen, waarvan de eerste van een keten functionerend immuunrespons, de coördinerende interactie tussen verschillende komponetntami als antigeenpresenterende cellen, waaronder macrofagen, dendritische cellen en B-cellen. Na nanostructuur de cel binnenkomen, worden ze "geanalyseerd" en "weergegeven" op het celoppervlak, zodat ze herkennen T-cellen, witte bloedcellen (rode bloedcellen), die een centrale rol spelen in het proces van de lancering van een beschermende respons van het lichaam. T-cellen helpen op hun beurt B-cellen antilichamen te produceren tegen vreemde antigenen.

Om alle varianten op betrouwbare wijze te testen, injecteerden de onderzoekers zowel het complete vaccincomplex als het STV-antigeen afzonderlijk in de cellen, evenals het STV-antigeen gemengd met de CpG-versterker.

Na 70-dagen periode, de onderzoekers gevonden dat de muizen die met de volledige vaccin complex, vertoonde een immuunrespons dat is 9 keer sterker in vergelijking met het mengsel worden veroorzaakt door CpG c STV. De meest opvallende reactie werd geïnitieerd door de structuur van de tetraëdrische (piramidale) vorm. Echter, de immuunrespons op het vaccin complex herkende niet alleen de specifieke (d.w.z., de reactie van het lichaam op een specifiek antigeen, gebruikt door onderzoekers) en effectief, maar ook veilig, zoals blijkt uit het ontbreken van een immune respons worden toegediend aan cellen "lege" DNA (irrelevant biomoleculen).

"We waren zeer tevreden", zegt Chang. "Het is zo geweldig om de resultaten te zien die we zelf hebben voorspeld. Dit gebeurt niet vaak in de biologie. "

De toekomst van de farmacologische industrie voor gerichte geneesmiddelen

Nu reflecteert een team van onderzoekers over de mogelijke vooruitzichten voor een nieuwe methode om specifieke immuuncellen te stimuleren om een reactie te activeren door een DNA-platform te gebruiken. Op basis van de nieuwe technologie is het mogelijk om vaccins te maken die bestaan uit verschillende actieve middelen, en ook om de doelen voor de regulatie van de immuunrespons te veranderen.

Bovendien heeft de nieuwe technologie het potentieel om nieuwe methoden voor gerichte therapie te ontwikkelen, met name de productie van "gerichte" geneesmiddelen die worden afgeleverd op strikt aangewezen delen van het lichaam en die daarom geen gevaarlijke bijwerkingen geven.

Tot slot, ondanks het feit dat de DNA-richting nog in ontwikkeling is, heeft het wetenschappelijke werk van onderzoekers uit Arizona een serieus toegepast belang voor geneeskunde, elektronica en andere gebieden.

Chang en Yang beseffen dat er nog veel meer moet worden geleerd en geoptimaliseerd in de door hen gepresenteerde vaccinatiemethode, maar de waarde van ontdekking valt niet te ontkennen. "Met de praktische bevestiging van ons concept kunnen we nu synthetische vaccins maken met een onbeperkt aantal antigenen", concludeert Chang.

Financiële steun voor wetenschappelijk werk werd verstrekt door het Amerikaanse ministerie van Defensie en de National Institutes of Health.

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