Em uma busca para fazer vacinas mais seguras e eficazes, cientistas do Instituto Biodesign da Universidade do Estado do Arizona se voltaram para um campo promissor chamado nanotecnologia de DNA para fazer uma classe inteiramente nova de vacinas sintéticas.

Em um estudo publicado na revista Nano Letras , Imunologista da Biodesign, Yung Chang juntou forças com seus colegas, incluindo o inovador da nanotecnologia de DNA Hao Yan, para desenvolver o primeiro complexo de vacina que poderia ser entregue de forma segura e eficaz pegando carona na automontada, nanoestruturas tridimensionais de DNA.

"Quando Hao tratou o DNA não como um material genético, mas como um material de andaime, que me fez pensar em possíveis aplicações em imunologia, "disse Chang, professor associado da Escola de Ciências da Vida e pesquisador do Centro de Doenças Infecciosas e Vacinologia do Instituto Biodesign. "Isso proporcionou uma grande oportunidade de tentar usar esses andaimes de DNA para fazer uma vacina sintética."

"A principal preocupação era:é seguro? Queríamos imitar a montagem de moléculas que podem desencadear uma resposta imunológica segura e poderosa no corpo. Como a equipe de Hao desenvolveu uma variedade de nanoestruturas de DNA interessantes durante os últimos anos, temos colaborado cada vez mais com o objetivo de explorar ainda mais algumas aplicações promissoras dessa tecnologia para a saúde humana. "

Os principais membros da equipe multidisciplinar de pesquisa também incluíram:Estudante de pós-graduação em química e bioquímica da ASU e primeiro autor do artigo Xiaowei Liu, professor visitante Yang Xu, professor assistente de química e bioquímica Yan Liu, Craig Clifford e Tao Yu, estudante de graduação da Escola de Ciências da Vida, estudante de pós-graduação visitante da Universidade de Sichuan.

Chang destaca que as vacinas levaram a alguns dos triunfos de saúde pública mais eficazes em toda a medicina. O estado da arte no desenvolvimento de vacinas depende da engenharia genética para reunir proteínas estimuladoras do sistema imunológico em partículas semelhantes a vírus (VLPs) que imitam a estrutura de vírus naturais - sem os componentes genéticos prejudiciais que causam doenças.

Nanotecnologia de DNA, onde a molécula da vida pode ser montada em formas 2-D e 3-D, tem a vantagem de ser um sistema programável que pode organizar com precisão as moléculas para imitar as ações das moléculas naturais do corpo.

"Queríamos testar vários tamanhos e formas diferentes de nanoestruturas de DNA e anexar moléculas a elas para ver se poderiam desencadear uma resposta imunológica, "disse Yan, Milton D. Glick Distinguished Chair no Departamento de Química e Bioquímica e pesquisador no Centro de Biofísica de Molécula Única da Biodesign. Com sua abordagem biomimética, os complexos de vacina testados se assemelhavam a partículas virais naturais em tamanho e forma.

Como prova de conceito, eles amarraram em estruturas de DNA ramificadas e em forma de pirâmide separadas um modelo de proteína estimuladora da imunidade chamada estreptavidina (STV) e um composto de reforço da resposta imune chamado de adjuvante (oligo-desoxinucletídeos CpG) para fazer seus complexos de vacina sintéticos.

Primeiro, o grupo precisava provar que as células-alvo podiam engolir as nanoestruturas. Ao anexar uma molécula traçadora emissora de luz às nanoestruturas, eles encontraram as nanoestruturas residindo confortavelmente dentro do compartimento apropriado das células e estáveis ​​por várias horas - tempo suficiente para colocar em movimento uma cascata imunológica.

Próximo, em um desafio de mouse, eles direcionaram a entrega de sua carga de vacina para células que são os primeiros a responder no início de uma resposta imune eficaz, coordenação da interação de componentes importantes, tais como:células apresentadoras de antígeno, incluindo macrófagos, células dendríticas e células B. Depois que a carga é internalizada na célula, eles são processados ​​e "exibidos" na superfície da célula para as células T, glóbulos brancos que desempenham um papel central no desencadeamento de uma resposta imune protetora. As células T, por sua vez, auxiliar as células B na produção de anticorpos contra um antígeno alvo.

Para testar adequadamente todas as variáveis, eles injetaram:1) o complexo de vacina completo 2) STV (antígeno) sozinho 3) o CpG (adjuvante) misturado com STV.

Ao longo de 70 dias, o grupo descobriu que camundongos imunizados com o complexo de vacina completo desenvolveram uma resposta imune mais robusta até 9 vezes maior do que o CpG misturado com STV. A estrutura em forma de pirâmide (tetraédrica) gerou a maior resposta imunológica. A resposta imune ao complexo da vacina não foi apenas específica e eficaz, mas também seguro, como a equipe de pesquisa mostrou, usando dois métodos independentes, que nenhuma resposta imunológica foi desencadeada pela introdução da plataforma de DNA sozinha.

"Ficamos muito satisfeitos, "disse Chang." Foi tão bom ver os resultados como previmos. Muitas vezes na biologia não vemos isso. "

Com a capacidade de direcionar células imunes específicas para gerar uma resposta, a equipe está entusiasmada com as perspectivas desta nova plataforma. Eles imaginam aplicações onde poderiam desenvolver vacinas que requerem vários componentes, ou personalizar seus alvos para adaptar a resposta imunológica.

Além disso, existe o potencial de desenvolver terapêuticas direcionadas de maneira semelhante a algumas das novas gerações de drogas contra o câncer.

Geral, embora o campo do DNA ainda seja jovem, a pesquisa está avançando em um ritmo vertiginoso em direção à ciência translacional que está causando um impacto na saúde, eletrônicos, e outros aplicativos.

Embora Chang e Yan concordem que ainda há muito espaço para explorar a manipulação e otimização da nanotecnologia, também é uma grande promessa. "Com esta prova de conceito, a gama de antígenos que poderíamos usar para desenvolver vacinas sintéticas é realmente ilimitada, "disse Chang.