Uma vacina sintética complexa baseada em moléculas de DNA

Em busca de formas de criar vacinas mais seguras e mais efetivas, cientistas do Biodesign Institute da Arizona State University voltaram-se para uma direção promissora chamada nanotecnologia de DNA para obter um novo tipo de vacina sintética.

Trabalhando em um estudo publicado recentemente na revista Nano Letters, o imunologista Yung Chang, do Instituto de Bio-Projetagem, uniu forças com seus colegas, incluindo um conhecido especialista em nanotecnologia de DNA, Hao Yan, para sintetizar o primeiro em complexo de vacinas mundiais, que pode ser entregue de forma segura e eficiente aos sites desejados colocando-o em nanoestruturas de DNA auto-organizadas e em massa.

"Quando Hao sugeriu que o DNA fosse considerado não como um material genético, mas como uma plataforma de trabalho, tive a idéia de aplicar essa abordagem em imunologia", diz Chang, professor associado da Escola de Ciências da Vida e pesquisador do Centro de Doenças Infecciosas e a vacina no Instituto de Bio-Projetando. "Isso deveria nos dar uma excelente oportunidade de usar transportadores de DNA para criar uma vacina sintética".

"A questão principal foi: é seguro? Queríamos reproduzir um grupo de moléculas que poderiam causar uma resposta imune segura e poderosa no corpo. Uma vez que o time sob a liderança da Hao nos últimos anos se envolveu no desenho de várias nanoestruturas de DNA, começamos a trabalhar em conjunto para encontrar possíveis áreas de aplicação de tais estruturas no campo da medicina ".

A singularidade do método proposto por cientistas do Arizona está no fato de que o portador do antígeno é uma molécula de DNA.

A equipe de pesquisa multidisciplinar também incluiu um bioquímico pós-graduado da Universidade do Arizona, o primeiro autor do trabalho foi Xiaowei Liu, o professor Yang Xu, professor de bioquímica Yan Liu, aluno da Escola Bionauk Craig Clifford (Craig Clifford) e Tao Yu (Tao Yu), um estudante graduado da Universidade de Sichuan na China.

Chang enfatiza que a introdução generalizada da vacinação da população levou a um dos triunfos mais significativos da medicina pública. A arte de criar vacinas baseia-se na engenharia genética na construção de partículas semelhantes a vírus de proteínas que estimulam o sistema imunológico. Tais partículas são semelhantes em estrutura para vírus reais, mas não contêm os perigosos componentes genéticos que causam doenças.

Uma vantagem importante da nanotecnologia de DNA, na qual uma biomolécula pode ser dada uma forma bidimensional ou tridimensional, é a capacidade de criar métodos muito precisos para moléculas capazes de desempenhar funções características das moléculas naturais no corpo.

"Experimentamos com diferentes tamanhos e formas de nanoestruturas de DNA e adicionamos biomoléculas a eles para descobrir como o corpo reage a eles", explica Jan, diretor do Departamento de Química e Bioquímica, pesquisador do Centro de Biofísica de Molécula Única, no Instituto de Bio-Projetando. Graças à abordagem que os cientistas chamam de "biomimética", os complexos de vacina testados por eles estão se aproximando em tamanho e forma para as partículas de vírus naturais.

Para mostrar a promessa de seu conceito, os pesquisadores corrigiram a proteína estreptavidina imunoestimuladora (STV), bem como o oligodesoxinucleótido reforçado com CpG em estruturas de DNA ramificadas piramidais separadas, o que deveria permitir a obtenção de um complexo de vacina sintética como resultado.

Em primeiro lugar, o grupo científico teve que provar que as células alvo podem absorver nanoestruturas. Ao ligar uma molécula de rótulo emissor de luz à nanoestrutura, os cientistas verificaram que a nanoestrutura encontra seu lugar apropriado na célula e permanece estável por várias horas - o tempo suficiente para provocar uma resposta imune.

Então, em experimentos com camundongos, os cientistas calcularam a entrega da vacina "carga" às células, que são os primeiros elos na cadeia de reação imune do corpo, coordenando a interação entre diferentes componentes, como células apresentadoras de antígenos, incluindo macrófagos, células dendríticas e células B. Uma vez que as nanoestruturas penetram na célula, elas são "analisadas" e "exibidas" na superfície celular, de modo que são reconhecidas pelas células T, glóbulos brancos (células do sangue) que desempenham um papel central no desencadeamento de uma reação protetora do corpo. As células T, por sua vez, ajudam as células B a produzir anticorpos contra antígenos estranhos.

Para testar de forma confiável todas as variantes, os pesquisadores injetaram nas células o complexo de vacina completo e o antígeno STV separadamente, bem como o antígeno STV misturado com o amplificador CpG.

Após um período de 70 dias, os pesquisadores descobriram que os ratos imunizados com um complexo de vacina completo demonstraram uma resposta imune 9 vezes mais forte do que o composto induzido por CpG-c-STV. A reação mais notável foi iniciada pela estrutura da forma tetraédrica (piramidal). No entanto, a resposta imune ao complexo da vacina é reconhecida não apenas como uma resposta específica (ou seja, a resposta do corpo a um antígeno particular usado pelos experimentadores) e eficaz, mas também segura, como evidenciado pela ausência de uma resposta imune ao DNA vazio (não transportando biomoléculas) introduzido nas células.

"Ficamos muito satisfeitos", diz Chang. "É tão maravilhoso ver os resultados que nós próprios predizemos. Isso não acontece muitas vezes na biologia ".

O futuro da indústria farmacológica para medicamentos direcionados

Agora, uma equipe de pesquisadores reflete sobre as possíveis perspectivas para um novo método de estimular células imunes específicas para desencadear uma reação usando uma plataforma de DNA. Com base na nova tecnologia, é possível criar vacinas consistindo em vários agentes ativos e também mudar os alvos para a regulação da resposta imune.

Além disso, a nova tecnologia tem o potencial de desenvolver novos métodos de terapia direcionada, em particular, a produção de medicamentos "direcionados" que são entregues em áreas estritamente designadas do corpo e, portanto, não dão efeitos colaterais perigosos.

Finalmente, apesar do fato de que a direção do DNA ainda está em desenvolvimento, o trabalho científico de pesquisadores do Arizona tem uma séria importância aplicada para medicamentos, eletrônicos e outras áreas.

Chang e Yang reconhecem que muito mais precisa ser aprendido e otimizado no método de vacinação apresentado por eles, mas o valor da descoberta é inegável. "Com a confirmação prática do nosso conceito, agora podemos produzir vacinas sintéticas com um número ilimitado de antígenos", conclui Chang.

O apoio financeiro para o trabalho científico foi fornecido pelo Departamento de Defesa dos EUA e pelos Institutos Nacionais de Saúde.

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