Δημιουργήθηκε ένα πολύπλοκο συνθετικό εμβόλιο που βασίζεται σε μόρια DNA

Αναζητώντας τρόπους για τη δημιουργία ασφαλέστερων και πιο αποτελεσματικών εμβολίων, επιστήμονες στο Ινστιτούτο Βιοδιζμισμού στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα στράφηκαν σε έναν πολλά υποσχόμενο τομέα που ονομάζεται νανοτεχνολογία DNA για να δημιουργήσουν έναν εντελώς νέο τύπο συνθετικού εμβολίου.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nano Letters, ο ανοσολόγος Yung Chang του Ινστιτούτου Βιομηχανικής συνεργάστηκε με συναδέλφους του, συμπεριλαμβανομένου του διάσημου νανοτεχνολόγου DNA Hao Yan, για να συνθέσουν το πρώτο σύμπλεγμα εμβολίων στον κόσμο που μπορεί να χορηγηθεί με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα σε στοχευμένες θέσεις, τοποθετούμενο σε αυτοσυναρμολογούμενες, τρισδιάστατες νανοδομές DNA.

«Όταν ο Χάο πρότεινε να μην βλέπουμε το DNA ως γενετικό υλικό αλλά ως πλατφόρμα εργασίας, μου ήρθε η ιδέα να εφαρμόσω αυτήν την προσέγγιση στην ανοσολογία», λέει ο Τσανγκ, αναπληρωτής καθηγητής στη Σχολή Επιστημών Ζωής και ερευνητής στο Κέντρο Λοιμωδών Νοσημάτων και Εμβολίων στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής. «Αυτό θα μας έδινε μια εξαιρετική ευκαιρία να χρησιμοποιήσουμε φορείς DNA για να δημιουργήσουμε ένα συνθετικό εμβόλιο».

«Το μεγάλο ερώτημα ήταν: Είναι ασφαλές; Θέλαμε να δημιουργήσουμε μια ομάδα μορίων που θα μπορούσαν να προκαλέσουν μια ασφαλή και ισχυρή ανοσολογική απόκριση στο σώμα. Δεδομένου ότι η ομάδα του Χάο σχεδίαζε διάφορες νανοδομές DNA τα τελευταία χρόνια, αρχίσαμε να συνεργαζόμαστε για να βρούμε πιθανές ιατρικές εφαρμογές για αυτές τις δομές».

Η μοναδικότητα της μεθόδου που προτείνουν επιστήμονες από την Αριζόνα έγκειται στο ότι ο φορέας αντιγόνου είναι ένα μόριο DNA.

Η διεπιστημονική ερευνητική ομάδα περιελάμβανε επίσης τον μεταπτυχιακό φοιτητή βιοχημείας του Πανεπιστημίου της Αριζόνα και πρώτο συγγραφέα της εργασίας, Xiaowei Liu, τον καθηγητή Yang Xu, τον λέκτορα βιοχημείας Yan Liu, τον φοιτητή της Σχολής Βιοεπιστημών Craig Clifford και τον Tao Yu, μεταπτυχιακό φοιτητή από το Πανεπιστήμιο Sichuan στην Κίνα.

Ο Chang επισημαίνει ότι η ευρεία υιοθέτηση του εμβολιασμού έχει οδηγήσει σε μία από τις σημαντικότερες νίκες της δημόσιας υγείας. Η τέχνη της δημιουργίας εμβολίων βασίζεται στη γενετική μηχανική για την κατασκευή σωματιδίων που μοιάζουν με ιούς από πρωτεΐνες που διεγείρουν το ανοσοποιητικό σύστημα. Αυτά τα σωματίδια έχουν παρόμοια δομή με πραγματικούς ιούς, αλλά δεν περιέχουν επικίνδυνα γενετικά συστατικά που προκαλούν ασθένειες.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της νανοτεχνολογίας DNA, η οποία επιτρέπει σε ένα βιομόριο να αποκτήσει δισδιάστατο ή τρισδιάστατο σχήμα, είναι η δυνατότητα δημιουργίας μορίων χρησιμοποιώντας πολύ ακριβείς μεθόδους που μπορούν να εκτελούν λειτουργίες τυπικές των φυσικών μορίων στο σώμα.

«Πειραματιστήκαμε με διαφορετικά μεγέθη και σχήματα νανοδομών DNA και προσθέσαμε βιομόρια σε αυτά για να δούμε πώς θα ανταποκριθεί το σώμα», εξηγεί ο Yang, διευθυντής του Τμήματος Χημείας και Βιοχημείας και ερευνητής στο Κέντρο Βιοφυσικής Μονομοριακών Μορίων στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής. Μέσω μιας προσέγγισης που οι επιστήμονες ονομάζουν «βιομιμητισμό», τα συμπλέγματα εμβολίων που δοκίμασαν προσεγγίζουν το μέγεθος και το σχήμα των φυσικών σωματιδίων του ιού.

Για να αποδείξουν τη βιωσιμότητα της ιδέας τους, οι ερευνητές συνέδεσαν την ανοσοδιεγερτική πρωτεΐνη στρεπταβιδίνη (STV) και το ανοσοποιητικό φάρμακο ολιγοδεοξυνουκλεοτίδιο CpG για να διαχωρίσουν τις πυραμιδικές διακλαδισμένες δομές DNA, κάτι που τελικά θα τους επέτρεπε να αποκτήσουν ένα συνθετικό σύμπλεγμα εμβολίου.

Η ομάδα έπρεπε πρώτα να αποδείξει ότι τα κύτταρα-στόχοι μπορούσαν να απορροφήσουν τις νανοδομές. Προσαρτώντας ένα μόριο ετικέτας που εκπέμπει φως στη νανοδομή, οι επιστήμονες μπόρεσαν να επαληθεύσουν ότι η νανοδομή βρήκε τη σωστή της θέση στο κύτταρο και παρέμεινε σταθερή για αρκετές ώρες - αρκετό χρόνο για να προκαλέσει ανοσολογική απόκριση.

Στη συνέχεια, σε πειράματα σε ποντίκια, οι επιστήμονες εργάστηκαν για την παροχή του «ωφέλιμου φορτίου» του εμβολίου σε κύτταρα που αποτελούν τους πρώτους κρίκους στην αλυσίδα ανοσολογικής απόκρισης του σώματος, συντονίζοντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών συστατικών, όπως τα κύτταρα που παρουσιάζουν αντιγόνα, συμπεριλαμβανομένων των μακροφάγων, των δενδριτικών κυττάρων και των Β κυττάρων. Μόλις οι νανοδομές εισέλθουν στο κύτταρο, «αναλύονται» και «εμφανίζονται» στην κυτταρική επιφάνεια, ώστε να μπορούν να αναγνωριστούν από τα Τ κύτταρα, τα λευκά αιμοσφαίρια που παίζουν κεντρικό ρόλο στην ενεργοποίηση της αμυντικής απόκρισης του σώματος. Τα Τ κύτταρα, με τη σειρά τους, βοηθούν τα Β κύτταρα να παράγουν αντισώματα κατά ξένων αντιγόνων.

Για να ελέγξουν αξιόπιστα όλες τις παραλλαγές, οι ερευνητές ενέθηκαν στα κύτταρα τόσο το πλήρες σύμπλεγμα εμβολίου όσο και το αντιγόνο STV μόνο του, καθώς και το αντιγόνο STV αναμεμειγμένο με έναν ενισχυτή CpG.

Μετά από μια περίοδο 70 ημερών, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα ποντίκια που ανοσοποιήθηκαν με το πλήρες σύμπλεγμα εμβολίου επέδειξαν ανοσολογική απόκριση 9 φορές ισχυρότερη από αυτήν που προκλήθηκε από το μείγμα CpG/STV. Η πιο αισθητή αντίδραση ξεκίνησε από την τετραεδρική (πυραμιδική) δομή. Ωστόσο, η ανοσολογική απόκριση στο σύμπλεγμα εμβολίου αναγνωρίστηκε όχι μόνο ως ειδική (δηλαδή, η αντίδραση του οργανισμού σε ένα συγκεκριμένο αντιγόνο που χρησιμοποιήθηκε από τους πειραματιστές) και αποτελεσματική, αλλά και ως ασφαλής, κάτι που επιβεβαιώνεται από την απουσία ανοσολογικής αντίδρασης στο «κενό» DNA (που δεν φέρει βιομόρια) που εισήχθη στα κύτταρα.

«Μείναμε πολύ ευχαριστημένοι», λέει ο Τσανγκ. «Ήταν υπέροχο να δούμε αποτελέσματα που είχαμε προβλέψει. Αυτό δεν συμβαίνει πολύ συχνά στη βιολογία».

Το μέλλον της φαρμακευτικής βιομηχανίας βρίσκεται στα στοχευμένα φάρμακα

Τώρα η ομάδα εξετάζει τις δυνατότητες μιας νέας μεθόδου για την τόνωση συγκεκριμένων ανοσοκυττάρων ώστε να προκαλέσουν μια απόκριση χρησιμοποιώντας μια πλατφόρμα DNA. Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία εμβολίων που αποτελούνται από διάφορα δραστικά φάρμακα, καθώς και για την αλλαγή στόχων για τη ρύθμιση της ανοσολογικής απόκρισης.

Επιπλέον, η νέα τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να αναπτύξει νέες μεθόδους στοχευμένης θεραπείας, ιδίως την παραγωγή «στοχευμένων» φαρμάκων που χορηγούνται σε αυστηρά καθορισμένες περιοχές του σώματος και επομένως δεν προκαλούν επικίνδυνες παρενέργειες.

Τέλος, αν και ο τομέας του DNA βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, το επιστημονικό έργο των ερευνητών της Αριζόνα έχει σημαντικές πρακτικές επιπτώσεις στην ιατρική, την ηλεκτρονική και άλλους τομείς.

Οι Chang και Yang αναγνωρίζουν ότι υπάρχουν ακόμη πολλά που πρέπει να μάθουμε και να βελτιστοποιήσουμε σχετικά με τη μέθοδο εμβολιασμού τους, αλλά η αξία της ανακάλυψής τους είναι αναμφισβήτητη. «Με την απόδειξη της ιδέας στα χέρια μας, μπορούμε πλέον να παράγουμε συνθετικά εμβόλια με απεριόριστο αριθμό αντιγόνων», καταλήγει ο Chang.

Η οικονομική υποστήριξη για την έρευνα αυτή παρασχέθηκε από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.

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