Kompleksno sintetično cepivo, ki temelji na DNA molekulah

V iskanju načinov za ustvarjanje varnejše in bolj učinkovitih cepiv, znanstveniki z Inštituta za Bioproektirovaniya State University v Arizoni (Biodesign inštituta na Arizona State University), se je obrnil k obetavno smer se imenuje DNA nanotehnologije (DNA nanotehnologija), da bi dobili povsem novo vrsto sintetičnih cepiv.

Delo na študiji nedavno objavljena v reviji Nano pisem, imunologa Yung Chang (Yung Chang) z Inštituta za Bioproektirovaniya združil s svojimi sodelavci, med katerimi se omenja priznani strokovnjak na DNK nanotehnologije Hao Yang (Hao Yan), sintetizirati prvi svet cepiv, ki jih je mogoče varno in učinkovito, dostavljenih na želeno spletno stran, ki jo postavite na samoorganiziranje, v razsutem stanju DNK nanostruktur.

"Ko Hao predlagal, naj razmisli o DNK ne kot genskega materiala, ampak kot delovna platforma, sem imel idejo za uporabo tega pristopa v imunologijo", - pravi Chang, izredni profesor Life Sciences šole (School of Life Sciences) in raziskovalec na Centru za nalezljive bolezni in cepiva na Inštitutu za bio-projektiranje. "To naj bi nam dalo odlično priložnost za uporabo nosilcev DNA za izdelavo sintetičnega cepiva."

"Glavno vprašanje je bilo: ali je varno? Želeli smo reproducirati skupino molekul, ki bi lahko povzročila varen in močan imunski odziv v telesu. Ker je ekipa pod vodstvom Haoa v zadnjih nekaj letih sodelovala pri oblikovanju različnih nanostruktur DNA, smo začeli sodelovati pri iskanju možnih področij uporabe takih struktur na področju medicine. "

Edinstvenost metode, ki jo predlagajo znanstveniki iz Arizone, je dejstvo, da je nosilec antigena molekula DNA.

Multidisciplinarna raziskovalna skupina tudi: podiplomski študent biokemije na Univerzi v Arizoni, prvi avtor članka Syaovey Liu (Xiaowei Liu), Profesor Yang Su (Yang Xu), biokemijo predavatelj Yang Liu (Yan Liu), študent iz School of bioznanosti Craig Clifford (Craig Clifford) in Yu Tao (Tao Yu), podiplomski študent iz Sečuan univerze na Kitajskem.

Čang poudarja, da je razširjena uvedba cepljenja prebivalstva pripeljala do enega najpomembnejših zmagovalcev javne medicine. Umetnost ustvarjanja cepiv temelji na genskem inženirstvu pri izdelavi virusov podobnih delcev beljakovin, ki stimulirajo imunski sistem. Takšni delci so v strukturi podobni resničnim virusom, vendar ne vsebujejo nevarnih genskih komponent, ki povzročajo bolezni.

Pomembna prednost DNA nanotehnologije, v kateri biomolekuli lahko dobimo dvo- ali tridimenzionalno obliko, je sposobnost ustvarjanja zelo natančnih metod za molekule, ki lahko izvajajo funkcije, značilne za naravne molekule v telesu.

"Eksperimentirali smo z različnih velikosti in oblik nanostruktur DNK in pripisujejo biomolekul, da vidim, kako se odzivajo na telesu," - pravi Yang, direktor Oddelka za kemijo in biokemijo, raziskovalec na Centru za biofiziko posamezne molekule (Center za posamezna molekula biofiziko) na Inštitutu za bio-projektiranje. Zaradi pristopa, da znanstveniki imenujejo "biomimicry" cepiva, ki so bile testirane z njimi, v bližini v velikosti in obliki, da naravnih virusnih delcev.

Za prikaz možnosti njene zasnove, raziskovalci pritrjena imunnostimuliruyuschy beljakovin streptavidin (STV), kakor tudi krepitev imunskega odziva na zdravila v posameznih CpG oligodeoksinukletid piramidnih razvejane strukture DNK, ki bi jim omogočili, da se na koncu sintetični kompleks cepiva.

Prvič, znanstvena skupina je morala dokazati, da lahko ciljne celice absorbirajo nanostrukture. Z dodajanjem svetlečo sledilnega molekule do nanostruktur, so znanstveniki prepričani, da je nanodelcev ustrezno mesto v celici in stabilna nekaj ur - dovolj dolgo, da se sproži imunski odziv.

Potem, v poskusih na miših so znanstveniki izvajajo dostave cepivo "obremenitev" do celic, ki so prvi v verigi deluje imunski odziv, usklajevalni interakcije med različnimi komponetntami kot antigen predstavljajoče celice, vključno makrofagov, dendritične celice in B-celic. Po nanostrukturo vstop v celico, so "analizirali" in "prikazano" na celični površini, tako da bodo prepoznali T-celic, belih krvnih celic (rdečih krvnih celic), ki imajo osrednjo vlogo v postopku priprave zaščitni odziv telesa. T celice pomagajo B celicam proizvesti protitelesa proti tujim antigenom.

Za zanesljivo preizkusiti vse variante, raziskovalci vbrizgali celice kot polno kompleks cepiva, in ločeno STV-antigen, kot tudi STV-antigen pomešan z CpG-ojačevalnik.

Po 70-dnevnem obdobju, so raziskovalci ugotovili, da so miši, imunizirane s polno kompleksa cepiva, je pokazala imunskega odziva, ki je 9-krat večja kot v zmesi s CpG c STV povzročajo. Najbolj opazna reakcija je začela struktura tetraedrske (piramidalne) oblike. Vendar je imunski odziv na kompleksu cepiva priznana ne samo specifičnega (tj odziva telesa na specifični antigen z eksperimentatorjev uporabljajo) se in učinkovito, temveč tudi varno, kot je razvidno iz pomanjkanja imunskega odziva dajemo celicam "prazno" DNK (brez ležajne biomolekul).

"Zelo smo bili zadovoljni," pravi Chang. "Tako je čudovito videti rezultate, ki smo jih sami napovedali. To se v biologiji pogosto ne zgodi. "

Prihodnost farmakološke industrije za ciljna zdravila

Zdaj skupina ekskluzivnih raziskovalcev odraža možne možnosti za novo metodo spodbujanja določenih imunskih celic, da sproži reakcijo z uporabo platforme DNA. Na podlagi nove tehnologije je mogoče ustvariti cepiva, ki jih sestavljajo več aktivnih snovi, in tudi spremeniti cilje za uravnavanje imunskega odziva.

Poleg tega nova tehnologija ima potencial za razvoj novih načinov usmerjenih terapij, zlasti proizvodnja "ciljnih" zdravil, ki so na voljo v strogo določenih delih telesa in zato ne dajejo nevarne stranske učinke.

Nazadnje, čeprav se smer DNK še vedno razvija, ima znanstveno delo raziskovalcev iz Arizone resen pomen za medicino, elektroniko in druga področja.

Chang in Yang priznavata, da je treba v vakcinacijski metodi, ki so jih predstavili, še veliko več naučiti in optimizirati, vendar pa je vrednost odkritja nesporna. "S praktično potrditvijo našega koncepta lahko zdaj proizvedemo sintetična cepiva z neomejenim številom antigenov," zaključuje Chang.

Finančno podporo za znanstveno delo sta zagotovila Ministrstvo za obrambo ZDA in Nacionalni inštitut za zdravje.

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