Isang kumplikadong sintetikong bakuna batay sa mga molekula ng DNA ay nilikha

Sa paghahanap ng mga paraan upang lumikha ng mas ligtas at mas epektibong mga bakuna, ang mga siyentipiko sa Biodesign Institute sa Arizona State University ay bumaling sa isang promising field na tinatawag na DNA nanotechnology upang lumikha ng isang ganap na bagong uri ng synthetic na bakuna.

Sa isang pag-aaral na inilathala kamakailan sa journal Nano Letters, ang immunologist na si Yung Chang ng Institute of Bioengineering ay nakipagtulungan sa mga kasamahan kabilang ang kilalang DNA nanotechnologist na si Hao Yan upang i-synthesize ang unang vaccine complex sa mundo na maaaring ligtas at mahusay na maihatid sa mga target na site sa pamamagitan ng paglalagay sa self-assembling, three-dimensional DNA nanostructures.

"Nang iminungkahi ni Hao na tingnan natin ang DNA hindi bilang genetic na materyal ngunit bilang isang gumaganang platform, nagkaroon ako ng ideya na ilapat ang diskarteng ito sa immunology," sabi ni Chang, isang associate professor sa School of Life Sciences at isang researcher sa Center for Infectious Diseases and Vaccines sa Institute for Bioengineering. "Ito ay magbibigay sa amin ng isang magandang pagkakataon na gumamit ng mga carrier ng DNA upang lumikha ng isang sintetikong bakuna."

"Ang malaking tanong ay: Ligtas ba ito? Nais naming lumikha ng isang pangkat ng mga molekula na maaaring mag-trigger ng isang ligtas at malakas na tugon ng immune sa katawan. Dahil ang koponan ni Hao ay nagdidisenyo ng iba't ibang mga nanostructure ng DNA sa nakalipas na ilang taon, nagsimula kaming makipagtulungan upang makahanap ng mga potensyal na medikal na aplikasyon para sa mga istrukturang ito."

Ang kakaiba ng pamamaraan na iminungkahi ng mga siyentipiko mula sa Arizona ay ang antigen carrier ay isang molekula ng DNA.

Kasama rin sa multidisciplinary research team ang University of Arizona biochemistry graduate student at unang may-akda ng papel na si Xiaowei Liu, propesor Yang Xu, biochemistry lecturer na si Yan Liu, School of Biosciences student na si Craig Clifford at Tao Yu, isang nagtapos na estudyante mula sa Sichuan University sa China.

Itinuro ni Chang na ang malawakang paggamit ng pagbabakuna ay humantong sa isa sa pinakamahalagang tagumpay ng pampublikong kalusugan. Ang sining ng paglikha ng mga bakuna ay umaasa sa genetic engineering upang makabuo ng mga particle na tulad ng virus mula sa mga protina na nagpapasigla sa immune system. Ang mga particle na ito ay katulad ng istraktura sa mga tunay na virus ngunit hindi naglalaman ng mga mapanganib na genetic component na nagdudulot ng sakit.

Ang isang mahalagang bentahe ng DNA nanotechnology, na nagpapahintulot sa isang biomolecule na mabigyan ng dalawa o tatlong-dimensional na hugis, ay ang kakayahang lumikha ng mga molekula gamit ang napaka-tumpak na mga pamamaraan na maaaring magsagawa ng mga function na tipikal ng mga natural na molekula sa katawan.

"Nag-eksperimento kami sa iba't ibang laki at hugis ng mga nanostructure ng DNA at nagdagdag ng mga biomolecule sa kanila upang makita kung paano tutugon ang katawan," paliwanag ni Yang, direktor ng Kagawaran ng Chemistry at Biochemistry at isang mananaliksik sa Center for Single Molecule Biophysics sa Institute of Bioengineering. Sa pamamagitan ng isang diskarte na tinatawag ng mga siyentipiko na "biomimicry," ang mga complex ng bakuna na sinubukan nila ay tinatayang ang laki at hugis ng mga natural na particle ng virus.

Upang ipakita ang posibilidad ng kanilang konsepto, inilakip ng mga mananaliksik ang immune-stimulating protein streptavidin (STV) at ang immune-boosting na gamot na CpG oligodeoxynucleotide upang paghiwalayin ang mga pyramidal branched na istruktura ng DNA, na sa kalaunan ay magbibigay-daan sa kanila na makakuha ng synthetic vaccine complex.

Kailangan muna ng koponan na patunayan na ang mga target na cell ay maaaring sumipsip ng mga nanostructure. Sa pamamagitan ng pag-attach ng light-emitting tag molecule sa nanostructure, na-verify ng mga siyentipiko na natagpuan ng nanostructure ang tamang lugar nito sa cell at nanatiling matatag sa loob ng ilang oras - sapat na tagal upang mag-trigger ng immune response.

Pagkatapos, sa mga eksperimento sa mga daga, nagtrabaho ang mga siyentipiko sa paghahatid ng "payload" ng bakuna sa mga cell na siyang mga unang link sa chain ng immune response ng katawan, na nag-uugnay sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng iba't ibang bahagi tulad ng mga cell na nagpapakita ng antigen, kabilang ang mga macrophage, dendritic cell, at B cells. Kapag ang mga nanostructure ay pumasok sa cell, sila ay "nasusuri" at "ipinapakita" sa ibabaw ng cell upang sila ay makilala ng mga T cells, ang mga puting selula ng dugo na gumaganap ng isang pangunahing papel sa pag-trigger ng tugon ng depensa ng katawan. Ang mga selulang T, naman, ay tumutulong sa mga selulang B na makagawa ng mga antibodies laban sa mga dayuhang antigen.

Upang mapagkakatiwalaan na subukan ang lahat ng mga variant, ang mga mananaliksik ay nag-inject ng mga cell na may parehong kumpletong bakuna complex at ang STV antigen lamang, pati na rin ang STV antigen na may halong CpG enhancer.

Pagkatapos ng 70-araw na panahon, natuklasan ng mga siyentipiko na ang mga daga na nabakunahan ng buong bakuna ay nagpakita ng immune response na 9 na beses na mas malakas kaysa sa dulot ng pinaghalong CpG/STV. Ang pinaka-kapansin-pansing reaksyon ay pinasimulan ng tetrahedral (pyramidal) na istraktura. Gayunpaman, ang immune response sa vaccine complex ay kinilala hindi lamang bilang partikular (ibig sabihin, ang reaksyon ng katawan sa isang partikular na antigen na ginagamit ng mga eksperimento) at epektibo, kundi pati na rin bilang ligtas, na kinumpirma ng kawalan ng immune reaction sa "walang laman" na DNA (hindi nagdadala ng biomolecules) na ipinakilala sa mga selula.

"Labis kaming nasiyahan," sabi ni Chang. "Napakagandang makita ang mga resulta na hinulaan namin. Iyan ay hindi madalas mangyari sa biology."

Ang kinabukasan ng industriya ng parmasyutiko ay nakasalalay sa mga naka-target na gamot

Ngayon ay isinasaalang-alang ng koponan ang potensyal ng isang bagong paraan upang pasiglahin ang mga partikular na immune cell upang mag-trigger ng tugon gamit ang isang platform ng DNA. Ang bagong teknolohiya ay maaaring gamitin upang lumikha ng mga bakuna na binubuo ng ilang aktibong gamot, pati na rin upang baguhin ang mga target upang i-regulate ang immune response.

Bilang karagdagan, ang bagong teknolohiya ay may potensyal na bumuo ng mga bagong pamamaraan ng naka-target na therapy, lalo na ang paggawa ng mga "naka-target" na gamot na inihahatid sa mahigpit na itinalagang mga bahagi ng katawan at samakatuwid ay hindi gumagawa ng mga mapanganib na epekto.

Sa wakas, kahit na ang larangan ng DNA ay nasa simula pa lamang, ang gawaing siyentipiko ng mga mananaliksik sa Arizona ay may makabuluhang praktikal na implikasyon para sa medisina, electronics at iba pang larangan.

Kinikilala nina Chang at Yang na marami pa ring dapat matutunan at ma-optimize tungkol sa kanilang paraan ng pagbabakuna, ngunit ang halaga ng kanilang pagtuklas ay hindi maikakaila. "Gamit ang patunay ng konsepto sa kamay, maaari na tayong makagawa ng mga sintetikong bakuna na may walang limitasyong bilang ng mga antigens," pagtatapos ni Chang.

Ang suportang pinansyal para sa pananaliksik na ito ay ibinigay ng US Department of Defense at ng National Institutes of Health.

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