Komplexní syntetická vakcína založená na molekulách DNA

Při hledání způsobů, jak vytvořit bezpečnější a účinnější vakcíny, vědci z Ústavu Bioproektirovaniya Státní univerzity v Arizoně (Biodesign Institute na Arizona State University) se obrátil na slibný směr se nazývá DNA nanotechnologie (DNA nanotechnologie), získat zcela nový typ syntetických vakcín.

Práce na studii nedávno publikované v odborném časopise Nano Letters, imunolog Yung Chang (Yung Chang) z Ústavu Bioproektirovaniya spojil se svými kolegy, mezi které se zmiňují uznávaným odborníkem na DNA nanotechnologie Hao Yang (Hao Yan), syntetizovat první který může být bezpečně a efektivně dodán na požadované místo tím, že se umístí na samoorganizující nanostruktury DNA.

„Když Hao navrhl, aby zvážila DNA ne jako genetický materiál, ale jako pracovní plošiny, měl jsem nápad použít tento přístup v imunologii“ - říká Chang, Associate Professor of Life Sciences škole (School of Life Sciences) a výzkumný pracovník v Centru pro infekčních nemocí a očkování v Ústavu bio-projektování. "To nám mělo dát skvělou příležitost použít nosiče DNA k vytvoření syntetické vakcíny."

"Hlavní otázka byla: je to bezpečné? Chtěli jsme rozmnožit skupinu molekul, která by mohla v těle způsobit bezpečnou a silnou imunitní reakci. Vzhledem k tomu, tým vedený Hao v průběhu několika posledních let se zabývá výstavbou různých DNA nanostruktur, jsme začali spolupracovat s cílem nalézt potenciální oblasti použití takových struktur v oblasti medicíny. "

Jedinečnost metody navržené vědci z Arizony spočívá ve skutečnosti, že nosičem antigenu je molekula DNA.

Multidisciplinární výzkumný tým také zahrnuty: postgraduální student biochemie na University of Arizona, první autor příspěvku Syaovey Liu (Xiaowei Liu), profesor Yang Su (Yang Xu), biochemie přednášející Yang Liu (Yan Liu), student ze školy Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) a Yu Tao (Tao Yu), postgraduální student z University-čchuan v Číně.

Chang zdůrazňuje, že rozsáhlé zavedení očkování populace vedlo k jednomu z nejvýznamnějších triumfů veřejného lékařství. Umění vytvářet vakcíny závisí na genetickém inženýrství při konstrukci virových částic z bílkovin, které stimulují imunitní systém. Takové částice jsou ve struktuře podobné skutečným virům, ale neobsahují nebezpečné genetické složky, které způsobují onemocnění.

Důležitou výhodou DNA nanotechnologie, ve které může být biomolekula Vzhledem k tomu, dvou- nebo trojrozměrný tvar, je možnost velmi přesných metod pro vytvoření molekul, které mohou plnit funkce, které jsou typické pro přirozené molekuly v těle.

„Experimentovali jsme s různých velikostí a tvarů DNA nanostruktur a připojit biomolekul vidět, jak reagují na těle,“ - říká Yang, ředitel Ústavu chemie a biochemie, výzkumný pracovník v Centru pro biofyziky jednotlivých molekul (Center for jediné molekule biofyziky) na Ústavu bio-projektování. Vzhledem k přístupu, který vědci nazývají „biomimikry“ vakcín, které byly testovány jimi, blízko ve velikosti a tvaru, s přírodními virových částic.

Pro zobrazení vyhlídky jeho koncepce, výzkumníci upevněny imunnostimuliruyuschy proteinu streptavidinu (STV), stejně jako zesílení imunitní reakce na léčiva v jednotlivých CpG oligodeoksinukletid pyramidálních rozvětvených struktur DNA, který by umožnil, aby se na konci komplex syntetické vakcíny.

V první řadě vědecká skupina musela prokázat, že cílové buňky mohou absorbovat nanostruktury. Přiložením světelnou tracer molekuly na nanostruktury, vědci přesvědčeni, že nanostruktura se své místo v buňce a je stabilní po dobu několika hodin, - dost dlouho, aby vyvolat imunitní odpověď.

Potom, v experimentech na myších, vědci praktikuje dodání vakcína „zatížení“ do buněk, které jsou první v řetězci funkční imunitní odpověď, koordinující interakce mezi různými komponetntami jako buněk prezentujících antigen, včetně makrofágy, dendritické buňky a B-buňky. Po nanostruktura vstupují do buňky, jsou „analyzovány“ a „zobrazí se“ na povrchu buněk, tak, aby si uvědomují, T-buňky, bílé krvinky (červené krvinky), které hrají ústřední úlohu v procesu spouštění ochranné odpovědi těla. T buňky pomáhají B-buňkám produkovat protilátky proti cizím antigenům.

Pro spolehlivé testování všech variant se výzkumníci injekčně podávali do buněk jak kompletního komplexu vakcíny, tak STV antigenu odděleně, stejně jako STV antigen smíchaný s CpG zesilovačem.

Po 70-ti denní lhůty, výzkumníci zjistili, že myši imunizované s plnou komplexu vakcíny, vykazovaly imunitní reakci, která je 9 krát silnější oproti směsi způsobené CpG c STV. Nejvýraznější reakce byla iniciována strukturou tetraedrální (pyramidální) formy. Nicméně, je imunitní odpověď na komplexu vakcíny je uznávána nejen specifické (tj., Reakce těla na specifický antigen, použitý experimenters) a efektivní, ale i bezpečný, jak o tom svědčí nedostatek imunitní odpovědi jsou podávány do buněk „prázdné“ DNA (žádný vliv biomolekul).

"Byli jsme velmi rádi," říká Chang. "Je tak nádherné vidět výsledky, které jsme předpověděli. To se v biologii často neděje. "

Budoucnost farmakologického průmyslu pro cílené léky

Nyní se tým výzkumníků odráží na možných vyhlídkách na nový způsob stimulace specifických imunitních buněk za účelem vyvolání reakce pomocí platformy DNA. Na základě nové technologie je možné vytvořit vakcíny sestávající z několika účinných látek a také změnit cíle regulace imunitní odpovědi.

Navíc nová technologie má potenciál vyvinout nové metody cílené terapie, zejména výrobu "cílených" léků, které jsou dodávány do přísně určených oblastí těla, a proto nedávají nebezpečné vedlejší účinky.

Konečně, navzdory skutečnosti, že směr DNA se stále vyvíjí, vědecká práce výzkumných pracovníků z Arizony má významný význam pro medicínu, elektroniku a další oblasti.

Chang a Yang si uvědomují, že je třeba je mnohem víc naučit a optimalizovat metodou očkování, kterou představili, ale hodnota objevu je nepopiratelná. "S praktickým potvrzením našeho konceptu můžeme nyní vyrábět syntetické vakcíny s neomezeným počtem antigenů," uzavírá Chang.

Finanční podporu pro vědeckou práci poskytlo ministerstvo obrany Spojených států a Národní instituty zdraví.

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