En kompleks syntetisk vaksine basert på DNA-molekyler

På jakt etter måter å skape en tryggere og mer effektive vaksiner, forskere fra Institute of Bioproektirovaniya State University i Arizona (Biodesign Institute ved Arizona State University) slått til en lovende retning kalles DNA nanoteknologi (DNA nanoteknologi), for å få en helt ny type syntetiske vaksiner.

Arbeid på studie publisert nylig i tidsskriftet Nano Letters, en immunolog Yung Chang (Yung Chang) fra Institute of Bioproektirovaniya slått seg sammen med sine kolleger, blant annet nevne en anerkjent ekspert på DNA nanoteknologi Hao Yang (Hao Yan), for å syntetisere en første verdens vaksine kompleks, som kan leveres sikkert og effektivt til de ønskede stedene ved å plassere det på selvorganiserende, bulk DNA nanostrukturer.

"Når Hao foreslått å vurdere DNA ikke som en genetisk materiale, men som en arbeidsplattform, hadde jeg ideen om å bruke denne tilnærmingen i immunologi", - sier Chang, førsteamanuensis of Life Sciences School (School of Life Sciences) og forsker ved Senter for infeksjonssykdommer og vaksinen ved Institutt for biologisk prosjektering. "Dette skulle gi oss en utmerket mulighet til å bruke DNA-bærere til å lage en syntetisk vaksine."

"Hovedspørsmålet var: er det trygt? Vi ønsket å reprodusere en gruppe molekyler som kan forårsake en sikker og kraftig immunrespons i kroppen. Som team ledet av Hao i løpet av de siste årene var engasjert i bygging av ulike DNA-nanostrukturer, har vi begynt å samarbeide for å finne potensielle områder for anvendelse av slike strukturer innen medisin. "

Uniktheten til metoden foreslått av forskere fra Arizona ligger i det faktum at bæreren av antigenet er et DNA-molekyl.

Den tverrfaglige forskerteamet også inkludert: utdannet student i biokjemi ved Universitetet i Arizona, den første forfatteren av papiret Syaovey Liu (Xiaowei Liu), professor Yang Su (Yang Xu), biokjemi foreleser Yang Liu (Yan Liu), en student fra School of Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) og Tao Yu (Tao Yu), en kandidatstudent fra Sichuan University i Kina.

Chang understreker at den utbredte introduksjonen av vaksinasjon av befolkningen har ført til en av de viktigste triumfer av offentlig medisin. Kunsten å skape vaksiner er avhengig av genetisk konstruksjon ved å konstruere viruslignende partikler fra proteiner som stimulerer immunsystemet. Slike partikler er like i struktur til virkelige virus, men inneholder ikke de farlige genetiske komponentene som forårsaker sykdom.

En viktig fordel med DNA nanoteknologi, hvor et biomolekyl kan gis en to- eller tre-dimensjonal form, er muligheten for meget presise metoder for å lage molekyler som kan utføre de funksjonene som er typiske for det naturlige molekylet i kroppen.

"Vi eksperimenterte med forskjellige størrelser og former av DNA-nanostrukturer og fester biomolekyler for å se hvordan de reagerer på kroppen," - sier Yang, direktør ved Institutt for kjemi og biokjemi, forsker ved Senter for biofysikk av enkle molekyler (Senter for enkelt molekyl biofysikk) ved Institute of Bio-Projecting. På grunn av den tilnærming som forskerne kalt "biomimicry" av vaksiner som er blitt testet ved dem, nær i størrelse og form til de naturlige viruspartikler.

For å vise mulighetene for dens konsept, forskerne festet imunnostimuliruyuschy protein streptavidin (STV), så vel som å forsterke immunresponsen til stoffet i de enkelte CpG oligodeoksinukletid pyramidale forgrenede DNA-konstruksjoner som ville tillate dem å komme til slutt en syntetisk vaksine kompleks.

Først og fremst måtte den vitenskapelige gruppen bevise at målceller kan absorbere nanostrukturer. Ved å feste en lysemitterende indikator-molekylet til nanostrukturer, ble forskere overbevist om at nanostrukturen er sin rette plass i cellen, og forblir stabil i noen timer - lenge nok til å utløse en immunrespons.

Deretter, i forsøk på mus, praktiseres forskere-vaksineavgivelse "load" til de celler, som er den første i en kjede fungerende immunrespons, den koordinerende interaksjonen mellom forskjellige komponetntami som antigen-presenterende celler innbefattende makrofager, dendrittiske celler og B-celler. Etter nanostrukturen inn i cellen, blir de "analysert" og "vist" på celleoverflaten, slik at de gjenkjenner T-celler, hvite blodceller (røde blodlegemer), som spiller en sentral rolle i prosessen med å lansere en beskyttende respons av kroppen. T-celler, i sin tur, hjelper B-celler til å produsere antistoffer mot fremmede antigener.

For å pålitelig teste alle varianter injiserte forskerne i cellene både det komplette vaksinkomplekset og STV-antigenet separat, så vel som STV-antigenet blandet med CpG-forsterkeren.

Etter 70 dagers periode, fant forskerne at mus immunisert med full vaksinen kompleks, viste en immunrespons som er 9 ganger sterkere sammenlignet med den blanding som forårsakes av CpG c STV. Den mest merkbare reaksjonen ble initiert av strukturen av den tetraedrale (pyramidale) form. Imidlertid er den immunrespons til vaksinen kompleks føres ikke bare den spesifikke (dvs. Kroppens respons på et spesifikt antigen, brukes av forskere) er og effektiv, men også sikker, som vist ved mangel på immunrespons administreres til celler "tomme" DNA (ingen virkning biomolekyler).

"Vi var veldig fornøyd," sier Chang. "Det er så flott å se resultatene som vi selv forutslo. Dette skjer ikke ofte i biologi. "

Fremtiden for den farmakologiske industrien for målrettede medisiner

Nå reflekterer et team av forskere om mulige prospekter for en ny metode for å stimulere bestemte immunceller for å utløse en reaksjon ved å bruke en DNA-plattform. På grunnlag av den nye teknologien er det mulig å lage vaksiner som består av flere aktive stoffer, og også å endre målene for regulering av immunresponsen.

I tillegg har den nye teknologien potensial til å utvikle nye metoder for målrettet terapi, spesielt produksjon av "målrettede" stoffer som leveres til strengt utpekte områder av kroppen og derfor ikke gir farlige bivirkninger.

Til slutt, til tross for at DNA-retningen fortsatt utvikler seg, har forskernes vitenskapelige arbeid fra Arizona en seriøst anvendt betydning for medisin, elektronikk og andre områder.

Chang og Yang erkjenner at mye mer må læres og optimaliseres i vaksinasjonsmetoden presentert av dem, men verdien av oppdagelsen er ubestridelig. "Med praktisk bekreftelse av vårt konsept, kan vi nå produsere syntetiske vaksiner med et ubegrenset antall antigener," konkluderer Chang.

Finansiell støtte til vitenskapelig arbeid ble levert av det amerikanske forsvarsdepartementet og National Institutes of Health.

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