DNA-molekyyleihin perustuva monimutkainen synteettinen rokote on luotu...

Etsiessään tapoja luoda turvallisempia ja tehokkaampia rokotteita, Arizonan osavaltionyliopiston Biodesign-instituutin tutkijat ovat kääntyneet lupaavan DNA-nanoteknologian puoleen luodakseen täysin uudenlaisen synteettisen rokotteen.

Äskettäin Nano Letters -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa biotekniikan instituutin immunologi Yung Chang teki yhteistyötä kollegoidensa, kuten tunnetun DNA-nanoteknologin Hao Yanin, kanssa syntetisoidakseen maailman ensimmäisen rokotekompleksin, joka voidaan toimittaa turvallisesti ja tehokkaasti kohdepaikkoihin asettamalla se itsejärjestäytyviin, kolmiulotteisiin DNA-nanorakenteisiin.

”Kun Hao ehdotti, että DNA:ta ei pidettäisi geneettisenä materiaalina vaan työskentelyalustana, minulle tuli ajatus soveltaa tätä lähestymistapaa immunologiaan”, sanoo Chang, apulaisprofessori Biotieteiden tiedekunnassa ja tutkija Tartuntatautien ja rokotteiden keskuksessa Biotekniikan instituutissa. ”Tämä antaisi meille loistavan tilaisuuden käyttää DNA-kantaja-aineita synteettisen rokotteen luomiseen.”

"Suuri kysymys oli: Onko se turvallista? Halusimme luoda molekyyliryhmän, joka voisi laukaista kehossa turvallisen ja tehokkaan immuunivasteen. Koska Haon tiimi oli suunnitellut erilaisia DNA-nanorakenteita viime vuosina, aloimme tehdä yhteistyötä löytääksemme näille rakenteille potentiaalisia lääketieteellisiä sovelluksia."

Arizonan tutkijoiden ehdottaman menetelmän ainutlaatuisuus on se, että antigeenin kantaja on DNA-molekyyli.

Monitieteiseen tutkimusryhmään kuuluivat myös Arizonan yliopiston biokemian jatko-opiskelija ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Xiaowei Liu, professori Yang Xu, biokemian luennoitsija Yan Liu, biotieteiden laitoksen opiskelija Craig Clifford ja Tao Yu, jatko-opiskelija Sichuanin yliopistosta Kiinasta.

Chang huomauttaa, että rokotusten laajamittainen käyttöönotto on johtanut yhteen merkittävimmistä kansanterveyden saavutuksista. Rokotteiden luominen perustuu geenitekniikkaan, jolla proteiineista voidaan rakentaa viruksen kaltaisia hiukkasia, jotka stimuloivat immuunijärjestelmää. Nämä hiukkaset ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin oikeat virukset, mutta ne eivät sisällä vaarallisia geneettisiä komponentteja, jotka aiheuttavat sairauksia.

DNA-nanoteknologian tärkeä etu, jonka avulla biomolekyylille voidaan antaa kaksi- tai kolmiulotteinen muoto, on kyky luoda molekyylejä erittäin tarkoilla menetelmillä, jotka voivat suorittaa kehon luonnollisille molekyyleille tyypillisiä toimintoja.

”Kokeilimme erikokoisia ja -muotoisia DNA-nanorakenteita ja lisäsimme niihin biomolekyylejä nähdäksemme, miten keho reagoisi”, selittää Yang, kemian ja biokemian laitoksen johtaja ja tutkija Biotekniikan instituutin yksittäisten molekyylien biofysiikan keskuksessa. Tutkijoiden ”biomimikriaksi” kutsuman lähestymistavan avulla testatut rokotekompleksit vastaavat suunnilleen luonnollisten viruspartikkelien kokoa ja muotoa.

Osoittaakseen konseptinsa elinkelpoisuuden tutkijat kiinnittivät immuunijärjestelmää stimuloivan streptavidiiniproteiinin (STV) ja immuunijärjestelmää vahvistavan CpG-oligodeoksinukleotidilääkkeen erottamaan pyramidimaiset haarautuneet DNA-rakenteet, mikä lopulta mahdollistaisi synteettisen rokotekompleksin saamisen.

Tiimin piti ensin todistaa, että kohdesolut pystyivät absorboimaan nanorakenteita. Kiinnittämällä valoa emittoivaa merkkimolekyyliä nanorakenteeseen tutkijat pystyivät varmistamaan, että nanorakenne löysi oikean paikkansa solussa ja pysyi vakaana useita tunteja – riittävän kauan laukaistakseen immuunivasteen.

Sitten hiirillä tehdyissä kokeissa tutkijat työskentelivät rokotteen "hyötykuorman" toimittamiseksi soluille, jotka ovat kehon immuunivasteketjun ensimmäisiä lenkkejä, koordinoiden eri komponenttien, kuten antigeenejä esittelevien solujen, kuten makrofagien, dendriittisolujen ja B-solujen, välisiä vuorovaikutuksia. Kun nanorakenteet pääsevät soluun, ne "analysoidaan" ja "näytetään" solujen pinnalla, jotta T-solut, valkosolut, joilla on keskeinen rooli kehon puolustusvasteen laukaisemisessa, voivat tunnistaa ne. T-solut puolestaan auttavat B-soluja tuottamaan vasta-aineita vieraita antigeenejä vastaan.

Kaikkien varianttien luotettavaksi testaamiseksi tutkijat injektoivat soluihin sekä koko rokotekompleksia että pelkästään STV-antigeenia sekä STV-antigeenia sekoitettuna CpG-tehostajaan.

70 päivän kuluttua tutkijat havaitsivat, että täydellä rokotekompleksilla immunisoiduilla hiirillä oli yhdeksän kertaa voimakkaampi immuunivaste kuin CpG/STV-seoksella indusoitu vaste. Huomattavin reaktio käynnistettiin tetraedrisella (pyramidi) rakenteella. Rokotekompleksille aikaansaatu immuunivaste tunnistettiin kuitenkin paitsi spesifiseksi (eli kehon reaktioksi kokeilijoiden käyttämään spesifiseen antigeeniin) ja tehokkaaksi, myös turvalliseksi, minkä vahvistaa se, ettei soluihin lisättyyn "tyhjään" DNA:han (joka ei sisällä biomolekyylejä) kohdistu immuunivastetta.

"Olimme erittäin tyytyväisiä", Chang sanoo. "Oli hienoa nähdä ennustettuja tuloksia. Sellaista ei tapahdu kovin usein biologiassa."

Lääketeollisuuden tulevaisuus on kohdennetuissa lääkkeissä

Nyt tiimi tutkii uuden menetelmän potentiaalia, jolla tiettyjä immuunisoluja voitaisiin stimuloida laukaisemaan vaste DNA-alustan avulla. Uutta teknologiaa voitaisiin käyttää useista aktiivisista lääkeaineista koostuvien rokotteiden luomiseen sekä kohteiden muuttamiseen immuunivasteen säätelemiseksi.

Lisäksi uudella teknologialla on potentiaalia kehittää uusia kohdennetun hoidon menetelmiä, erityisesti sellaisten "kohdennettujen" lääkkeiden tuotantoa, jotka toimitetaan tiukasti nimettyihin kehon alueisiin eivätkä siksi aiheuta vaarallisia sivuvaikutuksia.

Lopuksi, vaikka DNA-ala on vielä lapsenkengissään, Arizonan tutkijoiden tieteellisellä työllä on merkittäviä käytännön vaikutuksia lääketieteeseen, elektroniikkaan ja muihin aloihin.

Chang ja Yang myöntävät, että heidän rokotemenetelmässään on vielä paljon opittavaa ja optimoitavaa, mutta heidän löydöksensä arvo on kiistaton. ”Konseptin toimivuuden osoittamisen myötä voimme nyt tuottaa synteettisiä rokotteita, joissa on rajaton määrä antigeenejä”, Chang päättelee.

Tämän tutkimuksen taloudellista tukea antoivat Yhdysvaltain puolustusministeriö ja National Institutes of Health.

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