En una búsqueda para fabricar vacunas más seguras y efectivas, Los científicos del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona se han dirigido a un campo prometedor llamado nanotecnología de ADN para crear una clase completamente nueva de vacunas sintéticas.

En un estudio publicado en la revista Nano letras , La inmunóloga de biodiseño Yung Chang unió fuerzas con sus colegas, incluido el innovador de nanotecnología de ADN Hao Yan, para desarrollar el primer complejo de vacunas que pueda administrarse de manera segura y eficaz mediante el transporte a cuestas en autoensamblados, nanoestructuras de ADN tridimensionales.

"Cuando Hao trató el ADN no como un material genético, sino como material de andamio, que me hizo pensar en posibles aplicaciones en inmunología, "dijo Chang, profesor asociado de la Facultad de Ciencias de la Vida e investigador del Centro de Enfermedades Infecciosas y Vacuna del Biodesign Institute. "Esto brindó una gran oportunidad para intentar usar estos andamios de ADN para hacer una vacuna sintética".

"La principal preocupación era:¿es seguro? Queríamos imitar el ensamblaje de moléculas que pueden desencadenar una respuesta inmune segura y poderosa en el cuerpo. Como el equipo de Hao ha desarrollado una variedad de nanoestructuras de ADN interesantes durante los últimos años, hemos estado colaborando cada vez más con el objetivo de seguir explorando algunas aplicaciones prometedoras de esta tecnología para la salud humana ".

Los miembros principales del equipo multidisciplinario de investigación también incluyeron:estudiante graduado de química y bioquímica de ASU y primer autor del artículo Xiaowei Liu, profesor visitante Yang Xu, el profesor asistente de química y bioquímica Yan Liu, Craig Clifford y Tao Yu, de la Facultad de Ciencias de la Vida, estudiante graduado visitante de la Universidad de Sichuan.

Chang señala que las vacunas han llevado a algunos de los triunfos de salud pública más efectivos de toda la medicina. El estado del arte en el desarrollo de vacunas se basa en la ingeniería genética para ensamblar proteínas estimulantes del sistema inmunológico en partículas similares a virus (VLP) que imitan la estructura de los virus naturales, menos los componentes genéticos dañinos que causan enfermedades.

Nanotecnología de ADN, donde la molécula de la vida se puede ensamblar en formas 2-D y 3-D, tiene la ventaja de ser un sistema programable que puede organizar moléculas con precisión para imitar las acciones de las moléculas naturales en el cuerpo.

"Queríamos probar varios tamaños y formas diferentes de nanoestructuras de ADN y unirles moléculas para ver si podían desencadenar una respuesta inmune". "dijo Yan, Catedrático Distinguido Milton D. Glick en el Departamento de Química y Bioquímica e investigador del Centro de Biofísica de Moléculas Únicas de Biodesign. Con su enfoque biomimético, los complejos de vacunas que probaron se parecían mucho a las partículas virales naturales en tamaño y forma.

Como prueba de concepto, se unieron a estructuras de ADN ramificadas y piramidales separadas, una proteína estimulante del sistema inmunológico llamada estreptavidina (STV) y un compuesto que estimula la respuesta inmunitaria llamado adyuvante (oligodesoxinucleótidos CpG) para fabricar sus complejos vacunales sintéticos.

Primero, el grupo tuvo que demostrar que las células objetivo podían devorar las nanoestructuras. Al unir una molécula trazadora emisora ​​de luz a las nanoestructuras, encontraron que las nanoestructuras residían cómodamente dentro del compartimento apropiado de las células y eran estables durante varias horas, el tiempo suficiente para poner en marcha una cascada inmunitaria.

Próximo, en un desafío de ratón, se enfocaron en la entrega de su carga de vacunas a las células que son los primeros en responder en el inicio de una respuesta inmune efectiva, coordinar la interacción de componentes importantes, tales como:células presentadoras de antígeno, incluidos los macrófagos, células dendríticas y células B. Después de que la carga se internaliza en la celda, se procesan y "muestran" en la superficie celular a las células T, glóbulos blancos que desempeñan un papel central en el desencadenamiento de una respuesta inmunitaria protectora. Las células T, Sucesivamente, ayudar a las células B a producir anticuerpos contra un antígeno diana.

Para probar correctamente todas las variables, inyectaron:1) el complejo de vacuna completo 2) STV (antígeno) solo 3) el CpG (adyuvante) mezclado con STV.

En el transcurso de 70 días, el grupo encontró que los ratones inmunizados con el complejo de vacuna completo desarrollaron una respuesta inmune más robusta hasta 9 veces más alta que la CpG mezclada con STV. La estructura en forma de pirámide (tetraédrica) generó la mayor respuesta inmune. No solo la respuesta inmune al complejo de la vacuna fue específica y efectiva, pero también seguro, como mostró el equipo de investigación, utilizando dos métodos independientes, que ninguna respuesta inmune desencadenada por la introducción de la plataforma de ADN sola.

"Quedamos muy contentos, ", dijo Chang." Fue tan agradable ver los resultados como predijimos. Muchas veces en biología no vemos eso ".

Con la capacidad de apuntar a células inmunes específicas para generar una respuesta, el equipo está entusiasmado con las perspectivas de esta nueva plataforma. Visualizan aplicaciones en las que podrían desarrollar vacunas que requieren múltiples componentes, o personalizar sus objetivos para adaptar la respuesta inmune.

Es más, Existe la posibilidad de desarrollar terapias dirigidas de manera similar a algunos de los medicamentos contra el cáncer de nueva generación.

En general, aunque el campo del ADN aún es joven, la investigación avanza a un ritmo vertiginoso hacia la ciencia traslacional que está teniendo un impacto en la atención de la salud, electrónica, y otras aplicaciones.

Si bien Chang y Yan están de acuerdo en que todavía hay mucho espacio para explorar la manipulación y optimización de la nanotecnología, también es muy prometedor. "Con esta prueba de concepto, la gama de antígenos que podríamos utilizar para el desarrollo de vacunas sintéticas es realmente ilimitada, "dijo Chang.