Un vaccin synthétique complexe à base de molécules d'ADN

À la recherche de façons de créer un plus sûrs et des vaccins plus efficaces, les scientifiques de l'Institut de l'Université Bioproektirovaniya État en Arizona (Biodesign Institute à l'Arizona State University) se sont tournés vers une direction prometteuse est appelée nanotechnologie de l'ADN (nanotechnologie de l'ADN), pour obtenir un tout nouveau type de vaccins synthétiques.

Travailler sur l'étude publiée récemment dans la revue Nano Letters, un immunologiste Yung Chang (Yung Chang) de l'Institut de Bioproektirovaniya a fait équipe avec leurs collègues, parmi lesquels on un expert reconnu sur les nanotechnologies d'ADN Hao Yang (Hao Yan), de synthétiser une première complexe de vaccins mondial, qui peut être livré de manière sûre et efficace aux sites désirés en le plaçant sur des nanostructures d'ADN massives auto-organisatrices.

« Quand Hao a proposé d'examiner l'ADN non comme un matériel génétique, mais comme une plate-forme de travail, j'ai eu l'idée d'appliquer cette approche en immunologie », - dit Chang, professeur agrégé de l'École des sciences de la vie (l'École des sciences de la vie) et chercheur au Centre des maladies infectieuses et le vaccin à l'Institut de bio-projection. "Cela était censé nous donner une excellente occasion d'utiliser des transporteurs d'ADN pour créer un vaccin synthétique."

"La question principale était: est-ce sécuritaire? Nous voulions reproduire un groupe de molécules pouvant provoquer une réponse immunitaire sûre et puissante dans le corps. Depuis que l'équipe sous la direction de Hao au cours des dernières années a été engagée dans la conception de diverses nanostructures d'ADN, nous avons commencé à travailler ensemble pour trouver des domaines potentiels d'application de ces structures dans le domaine de la médecine. "

L'unicité de la méthode proposée par les scientifiques de l'Arizona réside dans le fait que le porteur de l'antigène est une molécule d'ADN.

L'équipe de recherche multidisciplinaire également inclus: étudiant diplômé en biochimie à l'Université de l'Arizona, le premier auteur du papier Syaovey Liu (Xiaowei Liu), le professeur Yang Su (Yang Xu), biochimie professeur Yang Liu (Yan Liu), un étudiant de l'École de Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) et Tao Yu (Tao Yu), un étudiant diplômé de l'Université du Sichuan en Chine.

Chang souligne que l'introduction généralisée de la vaccination de la population a conduit à l'un des plus importants triomphes de la médecine publique. L'art de créer des vaccins repose sur le génie génétique dans la construction de particules pseudo-virales à partir de protéines qui stimulent le système immunitaire. De telles particules ont une structure similaire à celle des virus réels, mais ne contiennent pas les composants génétiques dangereux qui provoquent la maladie.

Un avantage important de la nanotechnologie de l'ADN, dans laquelle une biomolécule peut prendre une forme bidimensionnelle ou tridimensionnelle, est la capacité de créer des méthodes très précises pour des molécules capables d'exécuter des fonctions caractéristiques des molécules naturelles dans le corps.

« Nous avons essayé différentes tailles et formes de nanostructures d'ADN et joindre biomolécules pour voir comment ils réagissent au corps, » - dit Yang, directeur du Département de chimie et biochimie, chercheur au Centre de Biophysique des molécules simples (Centre de Biophysique Single Molecule) à l'Institut de Bio-Projection. En raison de l'approche que les scientifiques appelés « biomimétisme » des vaccins qui ont été testés par eux, à proximité de la taille et de la forme des particules virales naturelles.

Pour montrer les perspectives de son concept, les chercheurs attachés protéine streptavidine imunnostimuliruyuschy (STV), ainsi que l'amélioration de la réponse immunitaire à la drogue dans des structures individuelles d'ADN ramifiés pyramidales oligodeoksinukletid CpG qui leur permettra d'obtenir à la fin un complexe de vaccin synthétique.

Tout d'abord, le groupe scientifique devait prouver que les cellules cibles peuvent absorber les nanostructures. En fixant une molécule de traceur émettant de la lumière aux nanostructures, les scientifiques étaient convaincus que la nanostructure est sa place dans la cellule et reste stable pendant quelques heures - assez longtemps pour déclencher une réponse immunitaire.

Puis, dans les expériences sur des souris, les scientifiques ont pratiqué la distribution des vaccins « charge » aux cellules, qui sont les premiers dans une chaîne de fonctionnement réponse immunitaire, l'interaction de coordination entre les différents komponetntami comme des cellules présentatrices d'antigènes, y compris les macrophages, les cellules dendritiques et les cellules B. Après nanostructure entrer dans la cellule, ils sont « analysés » et « affichés » sur la surface cellulaire, de sorte qu'ils reconnaissent les lymphocytes T, les globules blancs (globules rouges), qui jouent un rôle central dans le processus de lancement d'une réponse protectrice du corps. Les cellules T, à leur tour, aident les cellules B à produire des anticorps contre des antigènes étrangers.

Pour tester de manière fiable toutes les variantes, les chercheurs ont injecté dans les cellules à la fois le complexe vaccinal complet et l'antigène STV séparément, ainsi que l'antigène STV mélangé avec l'amplificateur CpG.

Après une période de 70 jours, les chercheurs ont découvert que les souris immunisées avec le complexe vaccinal complet présentaient une réponse immunitaire 9 fois plus forte que le composé induit par CpG-c-STV. La réaction la plus notable a été initiée par la structure de la forme tétraédrique (pyramidale). Cependant, la réponse immunitaire au complexe vaccinal est reconnu non seulement spécifique (à savoir, la réponse du corps à un antigène spécifique, utilisé par les expérimentateurs) et efficace, mais aussi la sécurité, comme en témoigne l'absence de réponse immunitaire sont administrés à des cellules « vides » ADN (pas de biomolécules portant).

"Nous étions très heureux", dit Chang. "C'est tellement merveilleux de voir les résultats que nous avons nous-mêmes prévus. Cela n'arrive pas souvent en biologie. "

L'avenir de l'industrie pharmaceutique pour des médicaments ciblés

Maintenant, une équipe de chercheurs réfléchit sur les perspectives possibles d'une nouvelle méthode de stimulation des cellules immunitaires spécifiques afin de déclencher une réaction en utilisant une plateforme d'ADN. Sur la base de la nouvelle technologie, il est possible de créer des vaccins composés de plusieurs agents actifs, et aussi de changer les cibles pour la régulation de la réponse immunitaire.

En outre, la nouvelle technologie a le potentiel de développer de nouvelles méthodes de thérapie ciblées, en particulier la production de médicaments "ciblés" qui sont distribués dans des zones strictement désignées du corps et ne produisent donc pas d'effets secondaires dangereux.

Enfin, malgré le fait que la direction de l'ADN se développe encore, le travail scientifique des chercheurs de l'Arizona a une importance appliquée sérieuse pour la médecine, l'électronique et d'autres domaines.

Chang et Yang reconnaissent que beaucoup plus doit être appris et optimisé dans la méthode de vaccination présentée par eux, mais la valeur de la découverte est indéniable. "Avec la confirmation pratique de notre concept, nous pouvons maintenant produire des vaccins synthétiques avec un nombre illimité d'antigènes", conclut Chang.

Le Département de la défense des États-Unis et le National Institutes of Health ont apporté un soutien financier au travail scientifique.

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