Loodud on keeruline sünteetiline vaktsiin, mis põhineb DNA-molekulidel

Otsides võimalusi ohutumate ja tõhusamate vaktsiinide loomiseks, on Arizona osariigi ülikooli biodisaini instituudi teadlased pöördunud paljulubava valdkonna poole, mida nimetatakse DNA nanotehnoloogiaks, et luua täiesti uut tüüpi sünteetiline vaktsiin.

Hiljuti ajakirjas Nano Letters avaldatud uuringus tegi bioinseneri instituudi immunoloog Yung Chang koostööd kolleegidega, sealhulgas tuntud DNA-nanotehnoloogi Hao Yaniga, et sünteesida maailma esimene vaktsiinikompleks, mida saab ohutult ja tõhusalt sihtmärkidesse toimetada, asetades selle isekokkupandavatele kolmemõõtmelistele DNA-nanostruktuuridele.

„Kui Hao pakkus välja, et me ei vaatleks DNA-d geneetilise materjalina, vaid tööplatvormina, tekkis mul idee rakendada seda lähenemisviisi immunoloogias,“ ütleb Chang, bioteaduste kooli dotsent ja bioinseneri instituudi nakkushaiguste ja vaktsiinide keskuse teadur. „See annaks meile suurepärase võimaluse kasutada DNA-kandjaid sünteetilise vaktsiini loomiseks.“

"Suur küsimus oli: kas see on ohutu? Me tahtsime luua molekulide rühma, mis võiks organismis käivitada ohutu ja võimsa immuunvastuse. Kuna Hao meeskond oli viimased paar aastat kavandanud erinevaid DNA nanostruktuure, hakkasime tegema koostööd, et leida nende struktuuride jaoks potentsiaalseid meditsiinilisi rakendusi."

Arizona teadlaste pakutud meetodi ainulaadsus seisneb selles, et antigeeni kandja on DNA molekul.

Mitut eriala hõlmavasse uurimisrühma kuulusid ka Arizona ülikooli biokeemia magistrant ja artikli esimene autor Xiaowei Liu, professor Yang Xu, biokeemia lektor Yan Liu, bioteaduste kooli tudeng Craig Clifford ja Hiina Sichuani ülikooli magistrant Tao Yu.

Chang juhib tähelepanu sellele, et vaktsineerimise laialdane kasutuselevõtt on toonud kaasa ühe rahvatervise kõige olulisema võidukäigu. Vaktsiinide loomise kunst tugineb geenitehnoloogiale, et luua valkudest viirusetaolisi osakesi, mis stimuleerivad immuunsüsteemi. Need osakesed on struktuurilt sarnased päris viirustega, kuid ei sisalda ohtlikke geneetilisi komponente, mis haigusi põhjustavad.

DNA nanotehnoloogia oluline eelis, mis võimaldab biomolekulile anda kahe- või kolmemõõtmelise kuju, on võime luua väga täpsete meetodite abil molekule, mis suudavad täita organismis looduslikele molekulidele tüüpilisi funktsioone.

„Katsetasime erineva suuruse ja kujuga DNA nanostruktuuridega ning lisasime neile biomolekule, et näha, kuidas keha reageerib,“ selgitab Yang, keemia ja biokeemia osakonna direktor ning bioinseneri instituudi üksikmolekuli biofüüsika keskuse teadur. Teadlased nimetavad seda lähenemisviisi biomimikriks, mille abil testitud vaktsiinikompleksid lähendavad looduslike viirusosakeste suurust ja kuju.

Oma kontseptsiooni elujõulisuse demonstreerimiseks kinnitasid teadlased immuunsust stimuleeriva valgu streptavidiini (STV) ja immuunsust tugevdava ravimi CpG oligodeoksünukleotiidi püramiidsete hargnenud DNA struktuuride eraldamiseks, mis võimaldaks neil lõpuks saada sünteetilise vaktsiinikompleksi.

Meeskond pidi esmalt tõestama, et sihtrakud suudavad nanostruktuure absorbeerida. Kinnitades nanostruktuurile valgust kiirgava märgismolekuli, suutsid teadlased kontrollida, kas nanostruktuur leidis rakus oma õige koha ja püsis stabiilsena mitu tundi – piisavalt kaua, et käivitada immuunvastus.

Seejärel, hiirte peal tehtud katsetes, töötasid teadlased vaktsiini „kasuliku koormuse“ toimetamise kallal rakkudesse, mis on keha immuunvastuse ahela esimesed lülid, koordineerides erinevate komponentide, näiteks antigeeni esitlevate rakkude, sealhulgas makrofaagide, dendriitrakkude ja B-rakkude vastastikmõjusid. Kui nanostruktuurid on rakku sisenenud, „analüüsitakse“ ja „kuvatakse“ neid rakupinnal, et T-rakud – valged verelibled, millel on keskne roll keha kaitsereaktsiooni käivitamisel – neid ära tunneksid. T-rakud omakorda aitavad B-rakkudel toota antikehi võõraste antigeenide vastu.

Kõikide variantide usaldusväärseks testimiseks süstisid teadlased rakkudesse nii täielikku vaktsiinikompleksi kui ka ainult STV antigeeni, samuti STV antigeeni, mis oli segatud CpG võimendajaga.

70-päevase perioodi järel leidsid teadlased, et täisvaktsiinkompleksiga immuniseeritud hiirtel tekkis immuunvastus, mis oli 9 korda tugevam kui CpG/STV segu poolt esile kutsutud. Kõige märgatavama reaktsiooni algatas tetraeedriline (püramiidne) struktuur. Vaktsiinkompleksile tekkinud immuunvastus tunnistati aga mitte ainult spetsiifiliseks (st keha reaktsioon eksperimentaatorite poolt kasutatud spetsiifilisele antigeenile) ja efektiivseks, vaid ka ohutuks, mida kinnitab immuunreaktsiooni puudumine rakkudesse viidud "tühja" DNA (mis ei kanna biomolekule) suhtes.

„Me olime väga rahul,“ ütleb Chang. „Oli imeline näha tulemusi, mida ennustasime. Bioloogias seda eriti tihti ei juhtu.“

Farmaatsiatööstuse tulevik peitub sihipärastes ravimites

Nüüd kaalub meeskond uue meetodi potentsiaali, mis stimuleeriks DNA-platvormi abil spetsiifilisi immuunrakke immuunvastuse esilekutsumiseks. Uut tehnoloogiat saaks kasutada mitmest aktiivsest ravimist koosnevate vaktsiinide loomiseks ja sihtmärkide muutmiseks immuunvastuse reguleerimiseks.

Lisaks on uuel tehnoloogial potentsiaali arendada uusi sihipärase ravi meetodeid, eelkõige „sihipäraste” ravimite tootmist, mis manustatakse rangelt määratud kehapiirkondadesse ja seetõttu ei tekita ohtlikke kõrvalmõjusid.

Lõpuks, kuigi DNA valdkond on alles lapsekingades, on Arizona teadlaste teadustööl märkimisväärne praktiline mõju meditsiinile, elektroonikale ja teistele valdkondadele.

Chang ja Yang möönavad, et nende vaktsiinimeetodi kohta on veel palju õppida ja optimeerida, kuid nende avastuse väärtus on vaieldamatu. „Kontseptsiooni tõestuse abil saame nüüd toota sünteetilisi vaktsiine piiramatu arvu antigeenidega,“ võtab Chang kokku.

Selle uuringu rahalist toetust pakkusid USA kaitseministeerium ja riiklikud tervishoiuinstituudid.

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