Vaksin sintetik kompleks berdasarkan molekul DNA telah dicipta

Dalam mencari cara untuk mencipta vaksin yang lebih selamat dan berkesan, saintis di Institut Biodesign di Arizona State University telah beralih kepada bidang yang menjanjikan yang dipanggil nanoteknologi DNA untuk mencipta jenis vaksin sintetik yang sama sekali baharu.

Dalam kajian yang diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal Nano Letters, ahli imunologi Yung Chang dari Institut Bioengineering bekerjasama dengan rakan sekerja termasuk ahli nanoteknologi DNA terkenal Hao Yan untuk mensintesis kompleks vaksin pertama di dunia yang boleh dihantar dengan selamat dan cekap ke tapak sasaran dengan diletakkan pada pemasangan sendiri, struktur nano DNA tiga dimensi.

"Apabila Hao mencadangkan agar kita melihat DNA bukan sebagai bahan genetik tetapi sebagai platform kerja, saya mempunyai idea untuk menggunakan pendekatan ini untuk imunologi," kata Chang, seorang profesor bersekutu di Sekolah Sains Hayat dan penyelidik di Pusat Penyakit Berjangkit dan Vaksin di Institut Bioengineering. "Ini akan memberi kami peluang yang baik untuk menggunakan pembawa DNA untuk mencipta vaksin sintetik."

"Persoalan besarnya ialah: Adakah ia selamat? Kami mahu mencipta sekumpulan molekul yang boleh mencetuskan tindak balas imun yang selamat dan kuat dalam badan. Memandangkan pasukan Hao telah mereka bentuk pelbagai struktur nano DNA sejak beberapa tahun lalu, kami mula bekerjasama untuk mencari aplikasi perubatan yang berpotensi untuk struktur ini."

Keunikan kaedah yang dicadangkan oleh saintis dari Arizona ialah pembawa antigen adalah molekul DNA.

Pasukan penyelidikan pelbagai disiplin juga termasuk pelajar siswazah biokimia Universiti Arizona dan pengarang pertama karya Xiaowei Liu, profesor Yang Xu, pensyarah biokimia Yan Liu, pelajar Sekolah Biosains Craig Clifford dan Tao Yu, pelajar siswazah dari Universiti Sichuan di China.

Chang menegaskan bahawa penggunaan vaksinasi yang meluas telah membawa kepada salah satu kejayaan kesihatan awam yang paling ketara. Seni mencipta vaksin bergantung pada kejuruteraan genetik untuk membina zarah seperti virus daripada protein yang merangsang sistem imun. Zarah-zarah ini mempunyai struktur yang serupa dengan virus sebenar tetapi tidak mengandungi komponen genetik berbahaya yang menyebabkan penyakit.

Kelebihan penting nanoteknologi DNA, yang membolehkan biomolekul diberikan bentuk dua atau tiga dimensi, adalah keupayaan untuk mencipta molekul menggunakan kaedah yang sangat tepat yang boleh melaksanakan fungsi khas molekul semula jadi dalam badan.

"Kami bereksperimen dengan saiz dan bentuk struktur nano DNA yang berbeza dan menambah biomolekul kepada mereka untuk melihat bagaimana badan akan bertindak balas, " jelas Yang, pengarah Jabatan Kimia dan Biokimia dan penyelidik di Pusat Biofizik Molekul Tunggal di Institut Bioengineering. Melalui pendekatan yang dipanggil oleh saintis sebagai "biomimikri," kompleks vaksin yang mereka uji menghampiri saiz dan bentuk zarah virus semula jadi.

Untuk menunjukkan daya maju konsep mereka, para penyelidik melampirkan streptavidin protein perangsang imun (STV) dan ubat penambah imun CpG oligodeoxynucleotide untuk memisahkan struktur DNA bercabang piramid, yang akhirnya akan membolehkan mereka mendapatkan kompleks vaksin sintetik.

Pasukan pertama perlu membuktikan bahawa sel sasaran boleh menyerap struktur nano. Dengan melampirkan molekul tag pemancar cahaya pada struktur nano, saintis dapat mengesahkan bahawa struktur nano menemui tempat yang sesuai di dalam sel dan kekal stabil selama beberapa jam - cukup lama untuk mencetuskan tindak balas imun.

Kemudian, dalam eksperimen ke atas tikus, saintis berusaha untuk menyampaikan "muatan" vaksin kepada sel yang merupakan pautan pertama dalam rantai tindak balas imun badan, menyelaraskan interaksi antara komponen yang berbeza seperti sel pembentang antigen, termasuk makrofaj, sel dendritik dan sel B. Sebaik sahaja struktur nano memasuki sel, ia "dianalisis" dan "dipaparkan" pada permukaan sel supaya ia boleh dikenali oleh sel T, sel darah putih yang memainkan peranan utama dalam mencetuskan tindak balas pertahanan badan. Sel T pula membantu sel B menghasilkan antibodi terhadap antigen asing.

Untuk menguji semua varian dengan pasti, para penyelidik menyuntik sel dengan kedua-dua kompleks vaksin penuh dan antigen STV sahaja, serta antigen STV bercampur dengan penambah CpG.

Selepas tempoh 70 hari, saintis mendapati bahawa tikus yang diimunisasi dengan kompleks vaksin penuh menunjukkan tindak balas imun 9 kali lebih kuat daripada yang disebabkan oleh campuran CpG/STV. Reaksi yang paling ketara dimulakan oleh struktur tetrahedral (piramid). Walau bagaimanapun, tindak balas imun terhadap kompleks vaksin diiktiraf bukan sahaja sebagai spesifik (iaitu, tindak balas badan terhadap antigen tertentu yang digunakan oleh penguji) dan berkesan, tetapi juga selamat, yang disahkan oleh ketiadaan tindak balas imun terhadap DNA "kosong" (tidak membawa biomolekul) yang dimasukkan ke dalam sel.

"Kami sangat gembira," kata Chang. "Sungguh mengagumkan untuk melihat keputusan yang kami ramalkan. Itu tidak begitu kerap berlaku dalam biologi."

Masa depan industri farmaseutikal terletak pada ubat yang disasarkan

Kini pasukan sedang mempertimbangkan potensi kaedah baharu untuk merangsang sel imun tertentu untuk mencetuskan tindak balas menggunakan platform DNA. Teknologi baharu ini boleh digunakan untuk mencipta vaksin yang terdiri daripada beberapa ubat aktif, serta menukar sasaran untuk mengawal tindak balas imun.

Di samping itu, teknologi baru ini berpotensi untuk membangunkan kaedah baru terapi yang disasarkan, khususnya pengeluaran ubat "sasaran" yang dihantar ke kawasan badan yang ditetapkan dengan ketat dan oleh itu tidak menghasilkan kesan sampingan yang berbahaya.

Akhirnya, walaupun bidang DNA masih di peringkat awal, kerja saintifik penyelidik Arizona mempunyai implikasi praktikal yang ketara untuk perubatan, elektronik dan bidang lain.

Chang dan Yang mengakui bahawa masih banyak yang perlu dipelajari dan dioptimumkan tentang kaedah vaksin mereka, tetapi nilai penemuan mereka tidak dapat dinafikan. "Dengan bukti konsep di tangan, kami kini boleh menghasilkan vaksin sintetik dengan bilangan antigen yang tidak terhad," simpul Chang.

Sokongan kewangan untuk penyelidikan ini disediakan oleh Jabatan Pertahanan AS dan Institut Kesihatan Nasional.

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