Ein komplexer synthetischer Impfstoff auf der Basis von DNA-Molekülen

Auf der Suche nach Möglichkeiten, um einen sicheren und wirksame Impfstoffe, Wissenschaftler aus dem Institut für Bioproektirovaniya State University in Arizona (Biodesign Institute an der Arizona State University) wandten sich an einer vielversprechende Richtung der DNA-Nanotechnologie genannt zu schaffen (die DNA-Nanotechnologie), eine völlig neue Art von synthetischen Impfstoffen zu erhalten.

Die Arbeit an der Studie, die kürzlich in der Zeitschrift Nano Letters veröffentlicht, Immunologe Yung Chang (Yung Chang) vom Institut für Bioproektirovaniya gemeinsam mit ihren Kollegen, unter denen erwähnen einen renommierten Experten für DNA-Nanotechnologie Hao Yang (Hao Yan), ein ersten zu synthetisieren Weltvakzinkomplex, der sicher und effizient an die gewünschten Stellen abgegeben werden kann, indem er auf selbstorganisierende DNA-Nanostrukturen aufgebracht wird.

„Wenn Hao vorgeschlagen, die DNA nicht als genetisches Material zu betrachten, sondern als Arbeitsplattform, hatte ich die Idee, diesen Ansatz in Immunologie anwenden“, - sagt Chang, Associate Professor für Life Sciences School (die School of Life Sciences) und Forscher am Zentrum für Infektionskrankheiten und der Impfstoff am Institut für Bio-Projektierung. "Das sollte uns eine ausgezeichnete Gelegenheit geben, DNA-Träger zu verwenden, um einen synthetischen Impfstoff zu schaffen."

"Die Hauptfrage war: Ist es sicher? Wir wollten eine Gruppe von Molekülen reproduzieren, die eine sichere und starke Immunantwort im Körper verursachen könnten. Da sich das Team unter der Leitung von Hao in den letzten Jahren mit dem Design verschiedener DNA-Nanostrukturen beschäftigt hat, haben wir begonnen, gemeinsam nach möglichen Einsatzgebieten solcher Strukturen in der Medizin zu suchen. "

Die Einzigartigkeit der von Wissenschaftlern aus Arizona vorgeschlagenen Methode liegt in der Tatsache, dass der Träger des Antigens ein DNA-Molekül ist.

Das multidisziplinäre Forschungsteam gehörten auch: Doktorand in Biochemie an der University of Arizona, der erste Autor des Papiers Syaovey Liu (Xiaowei Liu), Professor Yang Su (Yang Xu), Biochemie Dozent Yang Liu (Yan Liu), ein Student aus der School of Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) und Tao Yu (Tao Yu), ein Student der Universität Sichuan in China.

Chang betont, dass die weit verbreitete Einführung der Impfung der Bevölkerung zu einem der bedeutendsten Erfolge der öffentlichen Medizin geführt hat. Die Kunst, Impfstoffe herzustellen, beruht auf Gentechnik, um virusähnliche Partikel aus Proteinen zu bilden, die das Immunsystem stimulieren. Solche Partikel ähneln in ihrer Struktur echten Viren, enthalten aber nicht die gefährlichen genetischen Komponenten, die Krankheiten verursachen.

Ein wichtiger Vorteil der DNA-Nanotechnologie, bei der einem Biomolekül eine zwei- oder dreidimensionale Form gegeben werden kann, ist die Fähigkeit, sehr genaue Methoden für Moleküle zu schaffen, die Funktionen ausführen können, die für natürliche Moleküle im Körper charakteristisch sind.

„Wir experimentierten mit verschiedenen Größen und Formen von DNA-Nanostrukturen und befestigen Biomoleküle zu sehen, wie sie auf den Körper reagieren,“ - sagt Yang, Direktor der Abteilung für Chemie und Biochemie, einen Forscher am Zentrum für Biophysik einzelner Moleküle (Zentrum für Single Molecule Biophysik) am Institut für Bio-Projektierung. Aufgrund des Ansatz, dass die „Bionik“ von Impfstoffen genannt Wissenschaftler, die von ihnen, in der Nähe in der Größe und Form der natürlichen Viruspartikel getestet wurden.

Um die Aussichten ihres Konzepts zu zeigen, befestigt die Forscher imunnostimuliruyuschy Protein Streptavidin (STV), sowie die Immunantwort auf das Medikament in einzelnen CpG oligodeoksinukletid pyramidal verzweigte DNA-Strukturen zu verbessern, die ihnen erlauben würde, am Ende einen synthetischen Impfstoff-Komplex zu erhalten.

Zunächst musste die Wissenschaftlergruppe nachweisen, dass Zielzellen Nanostrukturen absorbieren können. Durch das Anbringen eines lichtemittierenden Markermoleküls an der Nanostruktur haben die Wissenschaftler herausgefunden, dass die Nanostruktur ihren richtigen Platz in der Zelle findet und für mehrere Stunden stabil bleibt - lange genug, um eine Immunantwort auszulösen.

Dann wird in den Experimenten an Mäusen, Wissenschaftler praktizierten Verabreichung von Impfstoffen „Last“ zu den Zellen, die die ersten in einer Kette funktionierende Immunantwort sind, die Koordinierung der Interaktion zwischen verschiedenen komponetntami wie Antigen-präsentierende Zellen, einschließlich Makrophagen, dendritischen Zellen und B-Zellen. Nach der Nanostruktur in der Zelle eindringen, sind sie „analysiert“ und „angezeigt“ auf der Zelloberfläche, so dass sie T-Zellen, weiße Blutzellen (rote Blutzellen) zu erkennen, die eine schützende Immunantwort des Körpers des Ausstoßens eine zentrale Rolle in diesem Prozess spielen. T-Zellen wiederum helfen B-Zellen, Antikörper gegen fremde Antigene zu produzieren.

Um alle Varianten zuverlässig zu testen, injizierten die Forscher sowohl den kompletten Impfstoff-Komplex als auch das STV-Antigen separat in die Zellen, sowie das mit dem CpG-Verstärker vermischte STV-Antigen.

Nach 70-Tage-Frist, die Forscher fanden heraus, dass die Mäuse mit dem vollständigen Impfstoff Komplex immunisierten, um eine Immunantwort zeigten, dass 9-mal stärker ist im Vergleich zu dem Gemisch durch CpG c STV verursacht. Die bemerkenswerteste Reaktion wurde durch die Struktur der tetraedrischen (pyramidalen) Form ausgelöst. Jedoch ist die Immunantwort auf den Impfstoffkomplex erkennt nicht nur die spezifisch (d.h. Die Reaktion des Körpers auf ein spezifisches Antigen, von Experimentatoren verwendet) und wirksam, sondern auch sicher, wie durch das Fehlen der Immunantwort nachgewiesen werden zu verabreichenden Zellen „leer“ DNA (keine Lager Biomoleküle).

"Wir waren sehr zufrieden", sagt Chang. "Es ist so wunderbar, die Ergebnisse zu sehen, die wir selbst vorhergesagt haben. Das passiert in der Biologie nicht oft. "

Die Zukunft der pharmakologischen Industrie für gezielte Medikamente

Nun reflektiert ein Forscherteam die möglichen Perspektiven für eine neue Methode zur Stimulierung spezifischer Immunzellen, um mit Hilfe einer DNA-Plattform eine Reaktion auszulösen. Auf der Grundlage der neuen Technologie ist es möglich, Impfstoffe zu schaffen, die aus mehreren Wirkstoffen bestehen, und auch die Ziele für die Regulierung der Immunantwort zu verändern.

Darüber hinaus hat die neue Technologie das Potenzial, neue Methoden der gezielten Therapie zu entwickeln, insbesondere die Produktion von "gezielten" Medikamenten, die an genau festgelegte Körperstellen abgegeben werden und daher keine gefährlichen Nebenwirkungen haben.

Trotz der Tatsache, dass sich die DNA-Richtung noch entwickelt, hat die wissenschaftliche Arbeit von Forschern aus Arizona eine ernsthafte Bedeutung für Medizin, Elektronik und andere Bereiche.

Chang und Yang erkennen, dass in der von ihnen vorgestellten Impfmethode noch viel mehr gelernt und optimiert werden muss, aber der Wert der Entdeckung ist unbestreitbar. "Mit der praktischen Bestätigung unseres Konzepts können wir jetzt synthetische Impfstoffe mit einer unbegrenzten Anzahl von Antigenen herstellen", schließt Chang.

Die finanzielle Unterstützung für wissenschaftliche Arbeit wurde vom US-Verteidigungsministerium und den National Institutes of Health geleistet.

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