Ustvarjeno je bilo kompleksno sintetično cepivo, ki temelji na molekulah DNK

V iskanju načinov za ustvarjanje varnejših in učinkovitejših cepiv so se znanstveniki z Inštituta za biodizajn na Državni univerzi v Arizoni obrnili na obetavno področje, imenovano DNK nanotehnologija, da bi ustvarili povsem novo vrsto sintetičnega cepiva.

V študiji, objavljeni pred kratkim v reviji Nano Letters, se je imunolog Yung Chang z Inštituta za bioinženiring združil s kolegi, vključno s priznanim nanotehnologom DNK Hao Yanom, da bi sintetiziral prvi cepivni kompleks na svetu, ki ga je mogoče varno in učinkovito dostaviti na ciljna mesta tako, da ga namestimo na samosestavljajoče se tridimenzionalne nanostrukture DNK.

»Ko je Hao predlagal, da na DNK ne gledamo kot na genski material, temveč kot na delovno platformo, sem imel idejo, da bi ta pristop uporabil v imunologiji,« pravi Chang, izredni profesor na Šoli za bioznanosti in raziskovalec v Centru za nalezljive bolezni in cepiva na Inštitutu za bioinženiring. »To bi nam dalo odlično priložnost za uporabo nosilcev DNK za ustvarjanje sintetičnega cepiva.«

"Veliko vprašanje je bilo: Ali je varno? Želeli smo ustvariti skupino molekul, ki bi lahko sprožile varen in močan imunski odziv v telesu. Ker je Haova ekipa v zadnjih nekaj letih oblikovala različne nanostrukture DNK, smo začeli sodelovati pri iskanju potencialnih medicinskih aplikacij za te strukture."

Edinstvenost metode, ki so jo predlagali znanstveniki iz Arizone, je v tem, da je nosilec antigena molekula DNK.

V multidisciplinarni raziskovalni skupini so bili tudi podiplomski študent biokemije Univerze v Arizoni in prvi avtor članka Xiaowei Liu, profesor Yang Xu, predavatelj biokemije Yan Liu, študent Šole za biološke znanosti Craig Clifford in Tao Yu, podiplomski študent Univerze Sečuan na Kitajskem.

Chang poudarja, da je široko sprejetje cepljenja privedlo do enega najpomembnejših dosežkov javnega zdravja. Umetnost ustvarjanja cepiv se opira na genski inženiring za izdelavo virusom podobnih delcev iz beljakovin, ki spodbujajo imunski sistem. Ti delci so po strukturi podobni pravim virusom, vendar ne vsebujejo nevarnih genetskih komponent, ki povzročajo bolezni.

Pomembna prednost DNK nanotehnologije, ki omogoča, da biomolekuli damo dvo- ali tridimenzionalno obliko, je sposobnost ustvarjanja molekul z zelo natančnimi metodami, ki lahko opravljajo funkcije, značilne za naravne molekule v telesu.

»Eksperimentirali smo z različnimi velikostmi in oblikami nanostruktur DNK in jim dodajali biomolekule, da bi videli, kako se bo telo odzvalo,« pojasnjuje Yang, direktor oddelka za kemijo in biokemijo ter raziskovalec v Centru za biofiziko posameznih molekul na Inštitutu za bioinženiring. S pristopom, ki ga znanstveniki imenujejo »biomimikrija«, se cepivni kompleksi, ki so jih testirali, približajo velikosti in obliki naravnih virusnih delcev.

Da bi dokazali izvedljivost svojega koncepta, so raziskovalci pritrdili imunostimulirajoči protein streptavidin (STV) in zdravilo za krepitev imunskega sistema CpG oligodeoksinukleotid, da bi ločili piramidalne razvejane strukture DNK, kar bi jim sčasoma omogočilo pridobitev sintetičnega cepivnega kompleksa.

Ekipa je najprej morala dokazati, da lahko ciljne celice absorbirajo nanostrukture. Z vezavo molekule, ki oddaja svetlobo, na nanostrukturo so znanstveniki lahko potrdili, da je nanostruktura našla svoje pravo mesto v celici in ostala stabilna več ur – dovolj dolgo, da je sprožila imunski odziv.

Nato so znanstveniki v poskusih na miših delali na dostavi cepiva celicam, ki so prvi členi v verigi imunskega odziva telesa, in usklajevali interakcije med različnimi komponentami, kot so celice, ki predstavljajo antigen, vključno z makrofagi, dendritičnimi celicami in celicami B. Ko nanostrukture vstopijo v celico, jih "analizirajo" in "prikažejo" na površini celic, tako da jih lahko prepoznajo celice T, bele krvničke, ki igrajo osrednjo vlogo pri sprožanju obrambnega odziva telesa. Celice T pa pomagajo celicam B pri proizvodnji protiteles proti tujim antigenom.

Za zanesljivo testiranje vseh variant so raziskovalci celicam injicirali tako celoten kompleks cepiva kot samo antigen STV, pa tudi antigen STV, pomešan z ojačevalcem CpG.

Po 70 dneh so znanstveniki ugotovili, da so miši, imunizirane s celotnim kompleksom cepiva, pokazale 9-krat močnejši imunski odziv od tistega, ki ga je povzročila mešanica CpG/STV. Najbolj opazno reakcijo je sprožila tetraedrska (piramidalna) struktura. Vendar pa je bil imunski odziv na kompleks cepiva prepoznan ne le kot specifičen (tj. reakcija telesa na specifični antigen, ki so ga uporabili eksperimentatorji) in učinkovit, temveč tudi kot varen, kar potrjuje odsotnost imunskega odziva na "prazno" DNK (ki ne nosi biomolekul), vneseno v celice.

»Zelo smo bili zadovoljni,« pravi Chang. »Čudovito je bilo videti rezultate, ki smo jih napovedali. To se v biologiji ne dogaja prav pogosto.«

Prihodnost farmacevtske industrije je v ciljno usmerjenih zdravilih.

Zdaj ekipa preučuje potencial nove metode za spodbujanje specifičnih imunskih celic k sprožitvi odziva z uporabo platforme DNK. Nova tehnologija bi se lahko uporabila za ustvarjanje cepiv, ki vsebujejo več aktivnih zdravil, pa tudi za spreminjanje tarč za uravnavanje imunskega odziva.

Poleg tega ima nova tehnologija potencial za razvoj novih metod ciljne terapije, zlasti za proizvodnjo "ciljnih" zdravil, ki se dostavljajo na strogo določena področja telesa in zato ne povzročajo nevarnih stranskih učinkov.

Končno, čeprav je področje DNK še v povojih, ima znanstveno delo raziskovalcev iz Arizone pomembne praktične posledice za medicino, elektroniko in druga področja.

Chang in Yang priznavata, da se je treba o njuni metodi cepljenja še veliko naučiti in optimizirati, vendar je vrednost njunega odkritja neizpodbitna. »Z dokazom koncepta v rokah lahko zdaj proizvajamo sintetična cepiva z neomejenim številom antigenov,« zaključuje Chang.

Finančno podporo za to raziskavo sta zagotovila ameriško ministrstvo za obrambo in Nacionalni inštituti za zdravje.

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