Un vaccino sintetico complesso basato su molecole di DNA

Alla ricerca di modi per creare un vaccini più sicuri e più efficaci, gli scienziati dell'Istituto di Bioproektirovaniya State University in Arizona (Biodesign Institute presso l'Arizona State University) si rivolse a una direzione promettente si chiama DNA nanotecnologie (DNA nanotecnologie), per ottenere un nuovo tipo di vaccini sintetici.

Lavorando sul studio pubblicato di recente sulla rivista Nano Letters, un immunologo Yung Chang (Yung Chang) presso l'Istituto di Bioproektirovaniya collaborato con i loro colleghi, tra i quali menzionano un rinomato esperto di nanotecnologia del DNA Hao Yang (Hao Yan), per sintetizzare un primo complesso mondiale di vaccini, che può essere trasportato in modo sicuro ed efficiente ai siti desiderati posizionandolo su nanostrutture di DNA auto-organizzate e sfuse.

"Quando Hao proposto di prendere in considerazione il DNA non come un materiale genetico, ma come una piattaforma di lavoro, ho avuto l'idea di applicare questo approccio in Immunologia", - dice Chang, professore associato di Life Sciences School (Scuola di Scienze della Vita) e di un ricercatore presso il Centro per le Malattie infettive e il vaccino all'Istituto di Bio-Proiezione. "Questo avrebbe dovuto darci un'eccellente opportunità per usare i vettori del DNA per creare un vaccino sintetico".

"La domanda principale era: è sicuro? Volevamo riprodurre un gruppo di molecole che potrebbe causare una risposta immunitaria sicura e potente nel corpo. Poiché il team sotto la guida di Hao negli ultimi anni è stato impegnato nella progettazione di varie nanostrutture di DNA, abbiamo iniziato a lavorare insieme per trovare potenziali aree di applicazione di tali strutture nel campo della medicina ".

L'unicità del metodo proposto dagli scienziati dell'Arizona sta nel fatto che il vettore dell'antigene è una molecola di DNA.

Il team di ricerca multidisciplinare comprendeva anche: studente laureato in biochimica presso l'Università dell'Arizona, il primo autore della carta Syaovey Liu (Xiaowei Liu), il professor Yang Su (Yang Xu), Biochimica docente Yang Liu (Yan Liu), uno studente della Scuola di Bioscienze Craig Clifford (Craig Clifford) e Tao Yu (Tao Yu), uno studente laureato dell'università di Sichuan in Cina.

Chang sottolinea che la diffusa introduzione della vaccinazione della popolazione ha portato a uno dei trionfi più significativi della medicina pubblica. L'arte di creare vaccini si basa sull'ingegneria genetica nella costruzione di particelle simili a virus da proteine che stimolano il sistema immunitario. Tali particelle sono simili nella struttura ai virus reali, ma non contengono i componenti genetici pericolosi che causano la malattia.

Un importante vantaggio della nanotecnologia del DNA, in cui una biomolecola può assumere una forma bidimensionale o tridimensionale, è la capacità di creare metodi molto precisi per molecole in grado di eseguire funzioni caratteristiche di molecole naturali nel corpo.

"Abbiamo sperimentato diverse dimensioni e forme di nanostrutture di DNA e allegare biomolecole per vedere come reagiscono al corpo," - dice Yang, direttore del Dipartimento di Chimica e Biochimica, ricercatore presso il Centro di Biofisica di singole molecole (Centro per la singola molecola Biofisica) all'Istituto di Bio-Projecting. Grazie all'approccio che gli scienziati chiamano "biomimetica", i complessi di vaccini testati da loro si stanno avvicinando in termini di dimensioni e forma alle particelle virali naturali.

Per mostrare le prospettive del suo concetto, i ricercatori hanno fissati streptavidina imunnostimuliruyuschy proteine (STV), nonché di migliorare la risposta immunitaria al farmaco nei singoli DNA strutture ramificate CpG oligodeoksinukletid piramidali che avrebbe permesso loro di ottenere alla fine un complesso vaccino sintetico.

Prima di tutto, il gruppo scientifico ha dovuto dimostrare che le cellule bersaglio possono assorbire nanostrutture. Collegando una molecola di etichetta che emette luce alla nanostruttura, gli scienziati hanno accertato che la nanostruttura trova il proprio posto nella cellula e rimane stabile per diverse ore - abbastanza a lungo da suscitare una risposta immunitaria.

Poi, negli esperimenti sui topi, gli scienziati hanno praticato la consegna vaccino "carico" per le cellule, che sono il primo di una catena di funzionamento risposta immunitaria, l'interazione di coordinamento tra komponetntami diversa, come cellule presentanti l'antigene, tra cui i macrofagi, cellule dendritiche e cellule B. Dopo nanostruttura entrare nella cellula, vengono "analizzati" e "visualizzati" sulla superficie cellulare, in modo che essi riconoscono cellule T, cellule bianche del sangue (globuli rossi), che svolgono un ruolo centrale nel processo di lanciare una risposta protettiva del corpo. Le cellule T, a loro volta, aiutano le cellule B a produrre anticorpi contro antigeni estranei.

Per testare in modo affidabile tutte le varianti, i ricercatori hanno iniettato nelle cellule sia il complesso vaccinale completo e l'antigene STV separatamente, sia l'antigene STV miscelato con l'amplificatore CpG.

Dopo un periodo di 70 giorni, i ricercatori hanno scoperto che i topi immunizzati con il complesso completo del vaccino hanno dimostrato una risposta immunitaria 9 volte più forte del composto indotto da CpG-c-STV. La reazione più evidente è stata iniziata dalla struttura della forma tetraedrica (piramidale). Tuttavia, la risposta immunitaria al complesso vaccino è riconosciuta non solo la specifica (cioè, la risposta del corpo ad un antigene specifico, utilizzato dagli sperimentatori) ed efficace, ma anche sicuro, come evidenziato dalla mancanza di risposta immunitaria sono somministrati a celle "vuote" DNA (nessun biomolecole cuscinetti).

"Siamo stati molto contenti", afferma Chang. "È meraviglioso vedere i risultati che noi stessi abbiamo previsto. Questo non succede spesso in biologia ".

Il futuro dell'industria farmacologica per farmaci mirati

Ora, un team di ricercatori riflette sulle possibili prospettive di un nuovo metodo per stimolare cellule immunitarie specifiche al fine di innescare una reazione utilizzando una piattaforma di DNA. Sulla base della nuova tecnologia, è possibile creare vaccini composti da diversi agenti attivi e anche modificare gli obiettivi per la regolazione della risposta immunitaria.

Inoltre, la nuova tecnologia ha il potenziale per sviluppare nuovi modi di terapie mirate, in particolare, la produzione di farmaci "mirati", che vengono consegnati nelle aree strettamente designate del corpo e quindi non danno effetti collaterali pericolosi.

Infine, nonostante il fatto che la direzione del DNA sia ancora in via di sviluppo, il lavoro scientifico dei ricercatori dell'Arizona ha una seria importanza applicata per medicina, elettronica e altre aree.

Chang e Yang riconoscono che c'è molto più da imparare e ottimizzare nel metodo di vaccinazione presentato da loro, ma il valore della scoperta è innegabile. "Con la conferma pratica del nostro concetto, ora possiamo produrre vaccini sintetici con un numero illimitato di antigeni", conclude Chang.

Il sostegno finanziario per il lavoro scientifico è stato fornito dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e dal National Institutes of Health.

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