Sukurta sudėtinga sintetinė vakcina, pagrįsta DNR molekulėmis

Ieškodami būdų, kaip sukurti saugesnes ir veiksmingesnes vakcinas, Arizonos valstijos universiteto Biodizaino instituto mokslininkai kreipėsi į perspektyvią sritį, vadinamą DNR nanotechnologijomis, kad sukurtų visiškai naujo tipo sintetinę vakciną.

Neseniai žurnale „Nano Letters“ paskelbtame tyrime imunologas Yung Chang iš Bioinžinerijos instituto kartu su kolegomis, įskaitant žinomą DNR nanotechnologą Hao Yaną, susintetino pirmąjį pasaulyje vakcinų kompleksą, kurį galima saugiai ir efektyviai pristatyti į tikslines vietas, dedant jį ant savaime susirenkančių, trimačių DNR nanostruktūrų.

„Kai Hao pasiūlė DNR laikyti ne genetine medžiaga, o darbo platforma, man kilo mintis pritaikyti šį požiūrį imunologijoje“, – sako Changas, Gyvybės mokslų mokyklos docentas ir Bioinžinerijos instituto Infekcinių ligų ir vakcinų centro tyrėjas. „Tai suteiktų mums puikią galimybę panaudoti DNR nešėjus sintetinei vakcinai sukurti.“

„Svarbiausias klausimas buvo: ar tai saugu? Norėjome sukurti molekulių grupę, kuri galėtų sukelti saugų ir galingą imuninį atsaką organizme. Kadangi Hao komanda pastaruosius kelerius metus kūrė įvairias DNR nanostruktūras, pradėjome bendradarbiauti, kad rastume galimą šių struktūrų medicininį pritaikymą.“

Arizonos mokslininkų pasiūlyto metodo unikalumas yra tas, kad antigeno nešėja yra DNR molekulė.

Daugiadisciplininėje tyrimų komandoje taip pat dalyvavo Arizonos universiteto biochemijos magistrantas ir pirmasis straipsnio autorius Xiaowei Liu, profesorius Yang Xu, biochemijos dėstytojas Yan Liu, Biomokslų mokyklos studentas Craig Clifford ir Tao Yu, Sičuano universiteto Kinijoje magistrantas.

Changas pabrėžia, kad plačiai paplitęs skiepijimas lėmė vieną reikšmingiausių visuomenės sveikatos pergalių. Vakcinų kūrimo menas remiasi genų inžinerija, siekiant iš baltymų sukurti į virusus panašias daleles, kurios stimuliuoja imuninę sistemą. Šios dalelės savo struktūra panašios į tikrus virusus, tačiau jose nėra pavojingų genetinių komponentų, sukeliančių ligas.

Svarbus DNR nanotechnologijos, leidžiančios biomolekulei suteikti dvimatę arba trimatę formą, privalumas yra galimybė sukurti molekules naudojant labai tikslius metodus, galinčius atlikti natūralioms organizmo molekulėms būdingas funkcijas.

„Eksperimentavome su skirtingo dydžio ir formos DNR nanostruktūromis ir pridėjome prie jų biomolekulių, kad pamatytume, kaip organizmas reaguos“, – aiškina Yang, Chemijos ir biochemijos katedros direktorius ir Bioinžinerijos instituto Vienos molekulės biofizikos centro tyrėjas. Mokslininkai, taikydami metodą, vadinamą „biomimetika“, išbandomi vakcinų kompleksai apytiksliai atitinka natūralių viruso dalelių dydį ir formą.

Norėdami įrodyti savo koncepcijos gyvybingumą, tyrėjai prijungė imunitetą stimuliuojantį baltymą streptavidiną (STV) ir imunitetą stiprinantį vaistą CpG oligodeoksinukleotidą prie atskirų piramidinių šakotų DNR struktūrų, kurios galiausiai leistų jiems gauti sintetinį vakcinos kompleksą.

Pirmiausia komanda turėjo įrodyti, kad tikslinės ląstelės gali absorbuoti nanostruktūras. Pritvirtinę prie nanostruktūros šviesą skleidžiančią žymeklio molekulę, mokslininkai galėjo patikrinti, ar nanostruktūra rado tinkamą vietą ląstelėje ir išliko stabili kelias valandas – pakankamai ilgai, kad sukeltų imuninį atsaką.

Tuomet, atlikdami eksperimentus su pelėmis, mokslininkai dirbo siekdami vakcinos „naudingojo krūvio“ pernešimo į ląsteles, kurios yra pirmosios organizmo imuninio atsako grandinės grandys, koordinuodamos skirtingų komponentų, tokių kaip antigenus pateikiančios ląstelės, įskaitant makrofagus, dendritines ląsteles ir B ląsteles, sąveiką. Kai nanostruktūros patenka į ląstelę, jos „analizuojamos“ ir „rodomos“ ląstelės paviršiuje, kad jas galėtų atpažinti T ląstelės – baltieji kraujo kūneliai, kurie atlieka pagrindinį vaidmenį sukeliant organizmo gynybinį atsaką. Savo ruožtu T ląstelės padeda B ląstelėms gaminti antikūnus prieš svetimus antigenus.

Siekdami patikimai ištirti visus variantus, tyrėjai ląstelėms suleido ir viso vakcinos komplekso, ir vien tik STV antigeno, taip pat STV antigeno, sumaišyto su CpG stiprikliu.

Po 70 dienų mokslininkai nustatė, kad pelėms, imunizuotoms pilnu vakcinos kompleksu, pasireiškė 9 kartus stipresnis imuninis atsakas nei CpG/STV mišinio sukeltas. Labiausiai pastebimą reakciją sukėlė tetraedrinė (piramidės) struktūra. Tačiau imuninis atsakas į vakcinos kompleksą buvo pripažintas ne tik specifiniu (t. y. organizmo reakcija į eksperimentatorių naudojamą specifinį antigeną) ir veiksmingu, bet ir saugiu, ką patvirtina imuninės reakcijos į į ląsteles įvestą „tuščią“ DNR (nepernešančią biomolekulių) nebuvimas.

„Buvome labai patenkinti“, – sako Changas. „Buvo nuostabu matyti rezultatus, kuriuos prognozavome. Biologijoje taip nutinka retai.“

Farmacijos pramonės ateitis – tiksliniai vaistai

Dabar komanda svarsto naujo metodo, kaip stimuliuoti specifines imunines ląsteles sukelti atsaką naudojant DNR platformą, potencialą. Naujoji technologija galėtų būti naudojama kuriant vakcinas, sudarytas iš kelių aktyvių vaistų, taip pat keičiant taikinius, kad būtų galima reguliuoti imuninį atsaką.

Be to, naujoji technologija turi potencialą kurti naujus tikslinės terapijos metodus, ypač „taikinių“ vaistų, kurie tiekiami į griežtai nurodytas kūno vietas ir todėl nesukelia pavojingo šalutinio poveikio, gamybą.

Galiausiai, nors DNR sritis dar tik žengia pirmuosius žingsnius, Arizonos tyrėjų mokslinis darbas turi didelę praktinę reikšmę medicinai, elektronikai ir kitoms sritims.

Chang ir Yang pripažįsta, kad jų vakcinavimo metodą dar reikia daug ko išmokti ir optimizuoti, tačiau jų atradimo vertė neabejotina. „Turėdami koncepcijos įrodymą, dabar galime gaminti sintetines vakcinas su neribotu antigenų skaičiumi“, – apibendrina Chang.

Šiam tyrimui finansinę paramą teikė JAV gynybos departamentas ir Nacionaliniai sveikatos institutai.

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