Izveidota sarežģīta sintētiska vakcīna, kuras pamatā ir DNS molekulas.

Meklējot veidus, kā radīt drošākas un efektīvākas vakcīnas, Arizonas štata universitātes Biodizaina institūta zinātnieki ir pievērsušies daudzsološai jomai, ko sauc par DNS nanotehnoloģiju, lai izveidotu pilnīgi jauna veida sintētisko vakcīnu.

Nesen žurnālā "Nano Letters" publicētā pētījumā imunologs Jungs Čangs no Bioinženierijas institūta apvienojās ar kolēģiem, tostarp slaveno DNS nanotehnologu Hao Janu, lai sintezētu pasaulē pirmo vakcīnu kompleksu, ko var droši un efektīvi nogādāt mērķa vietās, novietojot to uz pašsalikējošām, trīsdimensiju DNS nanostruktūrām.

“Kad Hao ieteica uzskatīt DNS nevis par ģenētisku materiālu, bet gan par darba platformu, man radās ideja pielietot šo pieeju imunoloģijā,” saka Čangs, Dzīvības zinātņu skolas asociētais profesors un pētnieks Infekcijas slimību un vakcīnu centrā Bioinženierijas institūtā. “Tas mums dotu lielisku iespēju izmantot DNS nesējus sintētiskas vakcīnas izveidei.”

"Lielākais jautājums bija: vai tas ir droši? Mēs vēlējāmies izveidot molekulu grupu, kas varētu izraisīt drošu un spēcīgu imūnreakciju organismā. Tā kā Hao komanda pēdējos gados bija izstrādājusi dažādas DNS nanostruktūras, mēs sākām sadarboties, lai atrastu potenciālus medicīniskos pielietojumus šīm struktūrām."

Arizonas zinātnieku piedāvātās metodes unikalitāte ir tāda, ka antigēna nesējs ir DNS molekula.

Daudznozaru pētniecības komandā bija arī Arizonas Universitātes bioķīmijas maģistrants un raksta pirmais autors Sjaovejs Liu, profesors Jangs Sju, bioķīmijas lektors Jaņs Liu, Biozinātņu skolas students Kreigs Klifords un Tao Ju, Sičuaņas Universitātes Ķīnā maģistrants.

Čangs norāda, ka plaša vakcinācijas ieviešana ir novedusi pie viena no nozīmīgākajiem sabiedrības veselības triumfiem. Vakcīnu radīšanas māksla balstās uz ģenētisko inženieriju, lai no olbaltumvielām, kas stimulē imūnsistēmu, izveidotu vīrusam līdzīgas daļiņas. Šīs daļiņas pēc struktūras ir līdzīgas īstiem vīrusiem, bet nesatur bīstamas ģenētiskas komponentes, kas izraisa slimības.

Svarīga DNS nanotehnoloģijas priekšrocība, kas ļauj biomolekulai piešķirt divdimensiju vai trīsdimensiju formu, ir spēja radīt molekulas, izmantojot ļoti precīzas metodes, kas var veikt dabiskajām molekulām organismā raksturīgas funkcijas.

“Mēs eksperimentējām ar dažāda izmēra un formas DNS nanostruktūrām un pievienojām tām biomolekulas, lai redzētu, kā organisms reaģēs,” skaidro Jangs, Ķīmijas un bioķīmijas katedras direktors un pētnieks Bioinženierijas institūta Vienas molekulas biofizikas centrā. Izmantojot pieeju, ko zinātnieki sauc par “biomimikriju”, viņu testētie vakcīnu kompleksi aptuveni atbilst dabisko vīrusu daļiņu izmēram un formai.

Lai pierādītu savas koncepcijas dzīvotspēju, pētnieki pievienoja imunitāti stimulējošo proteīnu streptavidīnu (STV) un imunitāti stiprinošo medikamentu CpG oligodeoksinukleotīdu, lai atdalītu piramīdas sazarotās DNS struktūras, kas galu galā ļautu viņiem iegūt sintētisku vakcīnas kompleksu.

Komandai vispirms bija jāpierāda, ka mērķa šūnas spēj absorbēt nanostruktūras. Pievienojot nanostruktūrai gaismu emitējošu marķiera molekulu, zinātnieki varēja pārliecināties, ka nanostruktūra ir atradusi savu īsto vietu šūnā un saglabājusies stabila vairākas stundas – pietiekami ilgi, lai izraisītu imūnreakciju.

Pēc tam, veicot eksperimentus ar pelēm, zinātnieki strādāja pie vakcīnas “lietderīgās slodzes” piegādes šūnām, kas ir pirmie posmi organisma imūnās atbildes ķēdē, koordinējot mijiedarbību starp dažādiem komponentiem, piemēram, antigēnus prezentējošām šūnām, tostarp makrofāgiem, dendritiskajām šūnām un B šūnām. Kad nanostruktūras nonāk šūnā, tās tiek “analizētas” un “parādītas” uz šūnas virsmas, lai tās varētu atpazīt T šūnas — baltās asins šūnas, kurām ir galvenā loma organisma aizsargreakcijas aktivizēšanā. Savukārt T šūnas palīdz B šūnām ražot antivielas pret svešiem antigēniem.

Lai droši pārbaudītu visus variantus, pētnieki injicēja šūnās gan pilnu vakcīnas kompleksu, gan tikai STV antigēnu, kā arī STV antigēnu, kas sajaukts ar CpG pastiprinātāju.

Pēc 70 dienu perioda zinātnieki atklāja, ka pelēm, kas tika imunizētas ar pilnu vakcīnas kompleksu, tika novērota 9 reizes spēcīgāka imūnreakcija nekā CpG/STV maisījuma izraisītā. Visievērojamāko reakciju ierosināja tetraedriskā (piramīdveida) struktūra. Tomēr imūnreakcija uz vakcīnas kompleksu tika atzīta ne tikai par specifisku (t. i., organisma reakcija uz specifisku antigēnu, ko izmantoja eksperimentētāji) un efektīvu, bet arī par drošu, ko apstiprina imūnreakcijas neesamība uz šūnās ievadīto "tukšo" DNS (kas nesatur biomolekulas).

"Mēs bijām ļoti apmierināti," saka Čangs. "Bija brīnišķīgi redzēt rezultātus, ko mēs paredzējām. Bioloģijā tas nenotiek pārāk bieži."

Farmācijas nozares nākotne ir mērķtiecīgas zāles

Tagad komanda apsver jaunas metodes potenciālu, lai stimulētu specifiskas imūnās šūnas, lai izraisītu atbildes reakciju, izmantojot DNS platformu. Jaunā tehnoloģija varētu tikt izmantota, lai izveidotu vakcīnas, kas sastāv no vairākām aktīvām zālēm, kā arī lai mainītu mērķus, lai regulētu imūno atbildes reakciju.

Turklāt jaunajai tehnoloģijai ir potenciāls izstrādāt jaunas mērķterapijas metodes, jo īpaši “mērķtiecīgu” zāļu ražošanu, kas tiek piegādātas stingri noteiktām ķermeņa zonām un tāpēc nerada bīstamas blakusparādības.

Visbeidzot, lai gan DNS joma vēl ir pašos pirmsākumos, Arizonas pētnieku zinātniskajam darbam ir ievērojama praktiska ietekme uz medicīnu, elektroniku un citām jomām.

Čans un Jangs atzīst, ka viņu vakcīnas metode vēl ir jāapgūst un jāoptimizē, taču viņu atklājuma vērtība ir nenoliedzama. "Ar koncepcijas pierādījumu rokās mēs tagad varam ražot sintētiskas vakcīnas ar neierobežotu antigēnu skaitu," secina Čans.

Finansiālu atbalstu šim pētījumam sniedza ASV Aizsardzības departaments un Nacionālie veselības institūti.

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