Vaksin sintetik kompleks berdasarkan molekul DNA

Dalam mencari cara untuk membuat vaksin yang lebih selamat dan lebih berkesan, ahli-ahli sains dari Institut Bioproektirovaniya State University di Arizona (Biodesign Institut di Arizona State University) menoleh ke arah menjanjikan dipanggil DNA teknologi nano (teknologi nano DNA), untuk mendapatkan jenis yang baru vaksin sintetik.

Bekerja pada kajian yang diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal Nano Surat, seorang immunologist Yung Chang (Yung Chang) dari Institut Bioproektirovaniya bekerjasama dengan rakan-rakan mereka, antaranya menyebut pakar terkenal dalam teknologi nano DNA Hao Yang (Hao Yan), untuk mensintesis pertama dunia vaksin yang boleh diambil dengan selamat dan berkesan dihantar ke tapak yang diingini dengan meletakkannya di atas a-penganjur diri, nano DNA pukal.

"Apabila Hao dicadangkan untuk mempertimbangkan DNA tidak sebagai bahan genetik, tetapi sebagai platform kerja, saya mempunyai idea untuk menggunakan pendekatan ini dalam Immunology", - kata Chang, Profesor Madya Sains School Life (Pusat Pengajian Sains Hayat) dan seorang penyelidik di Pusat Penyakit Berjangkit dan Vaksin di Institut Bio-Projek. "Ini sepatutnya memberikan kita peluang yang baik untuk menggunakan pembawa DNA untuk mencipta vaksin sintetik."

"Soalan utama ialah: selamatkah? Kami ingin menghasilkan sekumpulan molekul yang boleh menyebabkan tindak balas imun yang selamat dan berkuasa dalam badan. Sejak pasukan di bawah pimpinan Hao sejak beberapa tahun kebelakangan ini telah terlibat dalam reka bentuk pelbagai struktur nano DNA, kami mula bekerjasama untuk mencari kawasan yang berpotensi untuk menggunakan struktur tersebut dalam bidang perubatan. "

Keistimewaan kaedah yang dicadangkan oleh saintis dari Arizona terletak pada fakta bahawa pembawa antigen adalah molekul DNA.

Pasukan penyelidikan pelbagai disiplin juga termasuk: pelajar siswazah dalam biokimia di Universiti Arizona, pengarang pertama kertas Syaovey Liu (Xiaowei Liu), Profesor Yang Su (Yang Xu), pensyarah Biokimia Yang Liu (Yan Liu), seorang pelajar dari Pusat Pengajian Biosains Craig Clifford (Craig Clifford) dan Tao Yu (Tao Yu), seorang pelajar siswazah dari Universiti Sichuan di China.

Chang menegaskan bahawa pengenalan secara meluas mengenai vaksinasi penduduk telah membawa kepada salah satu kejayaan yang paling penting dalam perubatan awam. Seni penciptaan vaksin bergantung kepada kejuruteraan genetik dalam membina zarah seperti virus daripada protein yang merangsang sistem kekebalan tubuh. Zarah-zarah tersebut serupa dalam struktur kepada virus sebenar, tetapi tidak mengandungi komponen genetik berbahaya yang menyebabkan penyakit.

Satu kelebihan penting dari nanoteknologi DNA, di mana biomolekul boleh diberikan bentuk dua atau tiga dimensi, adalah keupayaan untuk mencipta kaedah yang sangat tepat untuk molekul yang mampu melaksanakan ciri-ciri fungsi molekul semula jadi dalam tubuh.

"Kami bereksperimen dengan saiz yang berbeza dan bentuk nano DNA dan lampirkan biomolekul untuk melihat bagaimana mereka bertindak balas kepada badan," - kata Yang, Pengarah Jabatan Kimia dan Biokimia, seorang penyelidik di Pusat Biofizik molekul tunggal (Pusat Single Molekul Biofizik) di Institut Bio-Projecting. Oleh kerana pendekatan yang ahli-ahli sains yang dipanggil "biomimikri" vaksin yang telah diuji oleh mereka, hampir dalam saiz dan bentuk untuk zarah virus semula jadi.

Untuk menunjukkan prospek konsep, penyelidik diikat streptavidin imunnostimuliruyuschy protein (STV), serta meningkatkan tindak balas imun kepada dadah dalam CPG oligodeoksinukletid piramid struktur DNA bercabang individu yang akan membolehkan mereka untuk mendapatkan pada akhirnya kompleks vaksin sintetik.

Pertama sekali, kumpulan saintifik terpaksa membuktikan bahawa sel target boleh menyerap struktur nanost. Dengan melampirkan penyurih molekul pemancar cahaya kepada nanostruktur, saintis yakin bahawa nanostructure adalah tempat yang sah dalam sel dan kekal stabil untuk beberapa jam - cukup lama untuk mencetuskan tindak balas imun.

Kemudian, dalam eksperimen ke atas tikus, ahli-ahli sains yang diamalkan penghantaran vaksin "beban" kepada sel-sel, yang adalah yang pertama dalam rantaian yang berfungsi tindak balas imun, interaksi penyelaras antara komponetntami berbeza seperti sel-sel antigen-membentangkan, termasuk makrofaj, sel-sel dendrit dan B-sel. Selepas nanostructure memasuki sel, mereka "dianalisis" dan "dipaparkan" pada permukaan sel, supaya mereka mengenal T-sel, sel-sel darah putih (sel darah merah), yang memainkan peranan penting dalam proses melancarkan sambutan pelindung badan. T-sel, seterusnya, bantuan B-sel untuk menghasilkan antibodi terhadap antigen asing.

Untuk menguji semua variasi, penyelidik menyuntik ke dalam sel kedua-dua kompleks vaksin lengkap dan antigen STV secara berasingan, serta antigen STV bercampur dengan penguat CpG.

Selepas tempoh 70 hari, penyelidik mendapati bahawa tikus yang diimunisasi dengan kompleks vaksin penuh menunjukkan tindak balas imun 9 kali lebih kuat daripada sebatian CpG-c-STV yang disebabkan. Reaksi yang paling ketara telah dimulakan oleh struktur bentuk tetrahedral (piramidal). Walau bagaimanapun, tindak balas imun untuk kompleks vaksin diiktiraf bukan sahaja tertentu (iaitu, tindak balas badan kepada antigen tertentu, yang digunakan oleh experimenters) dan berkesan, tetapi juga selamat, seperti yang dibuktikan oleh kekurangan tindak balas imun ditadbir kepada sel-sel "kosong" DNA (tiada biomolekul bearing).

"Kami sangat gembira," kata Chang. "Ia sangat indah untuk melihat hasil yang diramalkan oleh diri kita sendiri. Ini tidak berlaku dalam biologi. "

Masa depan industri farmakologi untuk ubat-ubatan yang disasarkan

Sekarang, satu pasukan penyelidik mencerminkan prospek yang mungkin untuk kaedah baru merangsang sel-sel imun tertentu untuk mencetuskan tindak balas dengan menggunakan platform DNA. Berdasarkan teknologi baru, adalah mungkin untuk membuat vaksin yang terdiri daripada beberapa ejen aktif, dan juga untuk mengubah sasaran untuk pengawalan respon imun.

Di samping itu, teknologi baru berpotensi untuk membangunkan kaedah baru terapi yang disasarkan, khususnya, pengeluaran dadah "disasarkan" yang dihantar ke kawasan yang ditakrifkan secara ketat badan dan oleh itu tidak memberi kesan sampingan yang berbahaya.

Akhirnya, walaupun arah DNA masih berkembang, karya penyelidik saintifik dari Arizona mempunyai kepentingan yang serius untuk perubatan, elektronik dan kawasan lain.

Chang dan Yang menyedari bahawa lebih banyak keperluan untuk dipelajari dan dioptimumkan dalam kaedah vaksinasi yang dibentangkan oleh mereka, tetapi nilai penemuan tidak dapat dinafikan. "Dengan pengesahan praktikal konsep kami, kami kini boleh menghasilkan vaksin sintetik dengan bilangan antigen yang tidak terhad," kata Chang.

Sokongan kewangan untuk kerja saintifik disediakan oleh Jabatan Pertahanan AS dan Institut Kesihatan Nasional.

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