Створено комплексну синтетична вакцина на основі молекул ДНК
Останній перегляд: 23.04.2024
Весь контент iLive перевіряється медичними експертами, щоб забезпечити максимально можливу точність і відповідність фактам.
У нас є строгі правила щодо вибору джерел інформації та ми посилаємося тільки на авторитетні сайти, академічні дослідницькі інститути і, по можливості, доведені медичні дослідження. Зверніть увагу, що цифри в дужках ([1], [2] і т. д.) є інтерактивними посиланнями на такі дослідження.
Якщо ви вважаєте, що який-небудь з наших матеріалів є неточним, застарілим або іншим чином сумнівним, виберіть його і натисніть Ctrl + Enter.
У пошуках способів створення більш безпечних та ефективних вакцин вчені з Інституту Біопроектірованія Державного Університету в Арізоні (Biodesign Institute at Arizona State University) звернулися до багатообіцяючого напрямку, має назву ДНК-нанотехнологіями (DNA nanotechnology), щоб отримати абсолютно новий тип синтетичних вакцин.
Працюючи над дослідженням, опублікованим недавно в журналі Nano Letters, імунолог Юнг Чанг (Yung Chang) з Інституту Біопроектірованія об'єднав зусилля зі своїми колегами, в числі яких згадується відомий фахівець з ДНК-нанотехнологій Хао Ян (Hao Yan), для того щоб синтезувати перший в світі вакцинний комплекс, який можна безпечно і ефективно доставляти до потрібних ділянок за допомогою його розміщення на самоорганізованих, об'ємних ДНК-наноструктури.
«Коли Хао запропонував розглядати ДНК не як генетичний матеріал, а як робочу платформу, у мене виникла думка застосувати цей підхід в імунології», - говорить Чанг, ад'юнкт-професор зі Школи біонауки (the School of Life Sciences) і дослідник з Центру Інфекційних Захворювань і Вакцин при Інституті Біопроектірованія. «Це повинно було дати нам чудову можливість скористатися ДНК-носіями для створення синтетичної вакцини».
«Головне питання звучало так: чи безпечно це? Ми хотіли відтворити групу молекул, які могли б викликати безпечний і потужну імунну відповідь в організмі. Оскільки команда під керівництвом Хао протягом останніх кількох років займалася конструюванням різних ДНК-наноструктур, ми почали співпрацювати з метою відшукати потенційні сфери застосування таких структур в області медицини ».
Унікальність запропонованого вченими з Арізони методу полягає в тому, що носієм антигена являвляется молекула ДНК.
У мультидисциплінарної дослідницьку групу також входили: аспірант-біохімік з Університету в Арізоні, перший автор роботи Сяовей Ліу (Xiaowei Liu), професор Янг Су (Yang Xu), викладач біохімії Ян Ліу (Yan Liu), студент зі Школи біонауки Крейг Кліффорд (Craig Clifford) і Тао Ю (Tao Yu), аспірант з Сичуаньського Університету в Китаї.
Чанг підкреслює, що повсюдне впровадження вакцинації населення призвело до одного з найістотніших тріумфів громадської медицини. Мистецтво створення вакцин покладається на генну інженерію в плані конструювання вірусоподібних частинок з протеїнів, що стимулюють імунну систему. Такі частинки схожі за своєю структурою з справжніми вірусами, але не містять при цьому небезпечних генетичних компонентів, що викликають захворювання.
Важливе значення ДНК-нанотехнології, в рамках якої біомолекул можна надавати дво- або тривимірну форму, полягає в можливості дуже точними методами створювати молекули, здатні виконувати функції, характерні для природних молекул в організмі.
«Ми експериментували з різними розмірами і формами ДНК-наноструктур і додавали до них біомолекули, щоб дізнатися, як на них відреагує організм», - пояснює Ян, директор факультету хімії та біохімії, дослідник з Центру Біофізики Одиночних Молекул (Center for Single Molecule Biophysics) при Інституті Біопроектірованія. Завдяки підходу, який вчені називають «біомімікрія», вакцинні комплекси, протестовані ними, наближаються за своїми розмірами та формами до природних вірусним частинкам.
Щоб показати перспективність своєї концепції, дослідники закріпили імунностімулірующій протеїн стрептавидин (STV), а також підсилює імунну відповідь препарат CpG олігодеоксінуклетід на окремих пірамідальних розгалужених ДНК-структурах, що повинно було дозволити їм отримати в результаті синтетичний вакцинний комплекс.
В першу чергу наукової групі потрібно було довести, що клітини-«мішені» здатні поглинути наноструктури. Приєднавши світловипромінюючих молекулу-мітку до наноструктурі, вчені переконалися в тому, що наноструктура знаходить належне їй місце в клітці і залишається стабільною протягом декількох годин - досить довго, для того щоб викликати імунну відповідь.
Потім, в дослідах на мишах, вчені відпрацьовували доставку вакцинного «вантажу» до клітин, які є першими ланками в ланцюзі імунної реакції організму, що координують взаємодію між різними компонетнтамі начебто антиген-що представляють клітин, включаючи макрофаги, дендритні клітини і B-клітини. Після того як наноструктури проникають в клітку, вони «аналізуються» і «відображаються» на клітинної поверхні, так щоб їх розпізнали T-клітини, білі гемоцити (клітини крові), які відіграють центральну роль в процесі запуску захисної реакції організму. T-клітини, в свою чергу, допомагають B-клітин виробляти антитіла проти чужорідних антигенів.
Щоб надійно протестувати всі варіанти, дослідники вводили в клітини як повний вакцинний комплекс, так і окремо STV-антиген, а також STV-антиген, змішаний з CpG-підсилювачем.
Після 70-денного періоду вчені виявили, що миші, імунізовані повним вакцинним комплексом, продемонстрували імунну відповідь, в 9 разів сильніший у порівнянні з викликаним сумішшю CpG c STV. Найбільш помітну реакцію ініціювала структура саме тетраедричних (пірамідальної) форми. Однак імунну відповідь на вакцинний комплекс визнаний не тільки специфічним (тобто реакцією організму на конкретний антиген, який використовували експериментаторами) і ефективним, але і безпечним, що підтверджується відсутністю імунної реакції на вводилися в клітини «порожні» ДНК (що не несуть біомолекули).
«Ми були дуже задоволені», - говорить Чанг. «Так чудово бачити результати, які ми самі передбачили. Таке не часто трапляється в біології ».
Майбутнє фармакологічної галузі за таргінг лікарськими препаратами
Тепер команда дослідників розмірковує над можливими перспективами нового методу стимулювання особливих імунних клітин з метою виклику реакції за рахунок використання ДНК-платформи. На базі нової технології можна створювати вакцини, що складаються з декількох діючих препаратів, а також змінювати цілі для регуляції імунної відповіді.
Крім того, нова технологія має потенціал для розробки нових способів цільової терапії, зокрема, виробництва «націлених» ліків, які доставляються в строго відведені ділянки організму і тому не дають небезпечні побічні ефекти.
Нарешті, незважаючи на те що ДНК-напрямок ще тільки розвивається, наукова робота дослідників з Арізони має серйозне прикладне значення для медицини, електроніки та інших областей.
Чанг і Ян визнають, що ще багато що належить вивчити і оптимізувати в представленому ними методі вакцинації, але цінність відкриття незаперечна. «Маючи на руках практичне підтвердження нашої концепції, ми тепер можемо виробляти синтетичні вакцини з необмеженим числом антигенів», - підводить підсумок Чанг.
Фінансова підтримка в проведенні наукової роботи була надана Міністерством Оборони США і Національними Інститутами Здоров'я.
[