Sebuah vaksin sintetis yang kompleks berdasarkan molekul DNA

Dalam mencari cara untuk menciptakan vaksin yang lebih aman dan lebih efektif, ilmuwan di Biodesign Institute di Arizona State University telah beralih ke arah yang menjanjikan yang disebut nanoteknologi DNA untuk mendapatkan jenis vaksin sintetis yang sama sekali baru.

Bekerja pada sebuah penelitian yang diterbitkan baru-baru ini di jurnal Nano Letters, ahli imunologi Yung Chang dari Institute of Bio-Projecting bergabung dengan rekan-rekannya, termasuk seorang ahli nanoteknologi DNA terkenal, Hao Yan, untuk mensintesis yang pertama di kompleks vaksin dunia, yang dapat dikirim dengan aman dan efisien ke tempat yang diinginkan dengan menempatkannya pada struktur nano DNA yang mengorganisir diri sendiri.

"Ketika Hao menyarankan agar DNA dianggap bukan sebagai bahan genetik tapi sebagai platform kerja, saya memiliki gagasan untuk menerapkan pendekatan ini dalam imunologi," kata Chang, seorang profesor dari School of Life Sciences dan seorang peneliti dari Center for Infectious Diseases dan Vaksin di Institute of Bio-Projecting. "Ini seharusnya memberi kita kesempatan bagus untuk menggunakan pembawa DNA untuk menciptakan vaksin sintetis."

"Pertanyaan utamanya adalah: apakah aman? Kami ingin mereproduksi sekelompok molekul yang dapat menyebabkan respons kekebalan tubuh yang aman dan kuat di dalam tubuh. Karena tim di bawah kepemimpinan Hao selama beberapa tahun terakhir telah terlibat dalam perancangan berbagai struktur nano DNA, kami mulai bekerja sama untuk menemukan area potensial untuk penerapan struktur semacam itu di bidang kedokteran. "

Keunikan metode yang diusulkan oleh para ilmuwan dari Arizona terletak pada fakta bahwa pembawa antigen adalah molekul DNA.

Tim peneliti multi-disiplin juga memasukkan ahli biokimia pasca sarjana dari University of Arizona, penulis pertama dari karya tersebut adalah Xiaowei Liu, Profesor Yang Xu, guru biokimia Yan Liu, seorang siswa di Sekolah Bionauk Craig Clifford (Craig Clifford) dan Tao Yu (Tao Yu), seorang mahasiswa pascasarjana dari Universitas Sichuan di China.

Chang menekankan bahwa pengenalan luas vaksinasi terhadap populasi telah menyebabkan salah satu kemenangan obat publik yang paling signifikan. Seni pembuatan vaksin bergantung pada rekayasa genetika dalam membangun partikel mirip virus dari protein yang merangsang sistem kekebalan tubuh. Partikel semacam itu serupa strukturnya dengan virus asli, namun tidak mengandung komponen genetik berbahaya yang menyebabkan penyakit.

Keuntungan penting dari nanoteknologi DNA, di mana biomolekul dapat diberi bentuk dua atau tiga dimensi, adalah kemampuan untuk menciptakan metode yang sangat tepat untuk molekul yang mampu melakukan fungsi yang khas dari molekul alami dalam tubuh.

"Kami bereksperimen dengan berbagai ukuran dan bentuk struktur nano DNA dan menambahkan biomolekul kepada mereka untuk mengetahui bagaimana reaksi tubuh terhadapnya," jelas Jan, direktur Departemen Kimia dan Biokimia, peneliti di Center for Single Molecule Biofisika, di Institute of Bio-Projecting. Berkat pendekatan yang ilmuwan sebut "biomimikri," kompleks vaksin yang diuji oleh mereka mendekati ukuran dan bentuk partikel virus alami.

Untuk menunjukkan janji konsep mereka, para peneliti memperbaiki protein streptavidin imunostimulan (STV), serta oligodeoksinuklida CpG yang ditingkatkan pada struktur DNA bercabang pyramidal yang terpisah, yang seharusnya memungkinkan mereka mendapatkan kompleks vaksin sintetis sebagai hasilnya.

Pertama-tama, kelompok ilmiah harus membuktikan bahwa sel target dapat menyerap struktur nano. Dengan melampirkan molekul label pemancar cahaya ke struktur nano, para ilmuwan telah memastikan bahwa struktur nano menemukan tempat yang tepat di dalam sel dan tetap stabil selama beberapa jam - cukup lama untuk mendapatkan respons kekebalan.

Kemudian, dalam percobaan pada tikus, para ilmuwan menyusun pengiriman vaksin "beban" ke sel-sel, yang merupakan hubungan pertama dalam rantai reaksi kekebalan tubuh, mengkoordinasikan interaksi antara komponen yang berbeda seperti sel antigen-presenting, termasuk makrofag, sel dendritik dan sel B. Begitu struktur nano menembus sel, mereka "dianalisis" dan "ditampilkan" pada permukaan sel, sehingga dikenali oleh sel T, sel darah putih (sel darah) yang memainkan peran sentral dalam memicu reaksi pelindung tubuh. Sel T, pada gilirannya, membantu sel B menghasilkan antibodi melawan antigen asing.

Untuk menguji semua varian dengan andal, para peneliti menyuntikkan ke dalam sel baik kompleks vaksin lengkap dan antigen STV secara terpisah, serta antigen STV yang dicampur dengan amplifier CpG.

Setelah periode 70 hari, para periset menemukan bahwa tikus yang diimunisasi dengan kompleks vaksin penuh menunjukkan respons kekebalan 9 kali lebih kuat daripada senyawa yang diinduksi CpG-c-STV. Reaksi yang paling nyata diprakarsai oleh struktur bentuk tetrahedral (piramid). Namun, respons kekebalan terhadap kompleks vaksin diakui tidak hanya sebagai spesifik (yaitu, respons tubuh terhadap antigen tertentu yang digunakan oleh peneliti) dan efektif, namun juga aman, terbukti dengan tidak adanya respons kekebalan terhadap DNA kosong (tidak membawa biomolekul) yang dimasukkan ke dalam sel.

"Kami sangat senang," kata Chang. "Sangat luar biasa melihat hasil yang kita prediksi sendiri. Ini tidak sering terjadi dalam biologi. "

Masa depan industri farmakologi untuk obat-obatan yang ditargetkan

Sekarang, tim peneliti merefleksikan kemungkinan kemungkinan metode baru untuk merangsang sel kekebalan tertentu untuk memicu reaksi dengan menggunakan platform DNA. Atas dasar teknologi baru ini, dimungkinkan untuk membuat vaksin yang terdiri dari beberapa agen aktif, dan juga untuk mengubah target regulasi respons kekebalan tubuh.

Selain itu, teknologi baru ini berpotensi mengembangkan metode terapi bertarget yang baru, khususnya, produksi obat "ditargetkan" yang dikirim ke area tubuh yang ditentukan secara ketat dan oleh karena itu tidak memberikan efek samping yang berbahaya.

Akhirnya, terlepas dari kenyataan bahwa arah DNA masih berkembang, karya ilmiah para peneliti dari Arizona memiliki kepentingan serius untuk bidang kedokteran, elektronika dan bidang lainnya.

Chang dan Yang menyadari bahwa lebih banyak lagi yang perlu dipelajari dan dioptimalkan dalam metode vaksinasi yang disajikan oleh mereka, namun nilai penemuannya tidak dapat dipungkiri. "Dengan konfirmasi praktis dari konsep kami, sekarang kami dapat memproduksi vaksin sintetis dengan jumlah antigen yang tidak terbatas," simpul Chang.

Dukungan finansial untuk karya ilmiah disediakan oleh Departemen Pertahanan AS dan National Institutes of Health.

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