Вакцины-оригами складываются для борьбы с раком

Jul 11, 2023

Стефани присоединилась к Drug Discovery News в качестве помощника редактора в 2021 году. В 2019 году она получила докторскую степень в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и писала статьи для журнала Discover Magazine,...

Если одна точная складка накладывается на другую, из того, что когда-то было одним листом бумаги, появляется бабочка. Традиционное искусство оригами оживляет бумажных животных из серии замысловатых и деликатных складок. Вдохновленные точностью оригами, биоинженеры распространили свои идеи на среду, гораздо более древнюю, чем бумага: ДНК. При этом они создали новый способ помочь иммунной системе бороться с раком.

ДНК-оригами — это своего рода платформа «подключи и работай». Вы можете заменить антиген, чтобы адаптировать его к различным видам рака, или заменить антиген, чтобы адаптировать его к инфекционным заболеваниям. - Ян (Клэр) Цзэн, Институт биологической инженерии Висса при Гарвардском университете

Вакцины против рака мобилизуют иммунную систему для уничтожения опухолей. Объединяя опухолевые антигены с адъювантами для усиления иммунного ответа, вакцины активируют цитотоксические Т-клетки и усиливают другие иммунные пути для уничтожения опухолевых клеток. Благодаря своим небольшим размерам и полной программируемости наноструктуры ДНК-оригами стали новой и улучшенной системой доставки вакцин против рака (2).

Вакцины ДНК-оригами представляют собой одноцепочечные фрагменты ДНК, сложенные сами по себе или скрепленные короткими комплементарными последовательностями ДНК. Эти нити ДНК могут самостоятельно собираться в элегантную трехмерную наноструктуру. Используя компьютерные программы, ученые создают структуры ДНК-оригами с точными складками и часто прикрепляют к ним молекулы — например, вакцинные антигены и адъюванты — в определенных количествах и расположениях. Благодаря небольшому размеру иммунные клетки легко поглощают эти наноструктуры-оригами, что делает их идеальным сосудом для доставки вакцин.

«ДНК-оригами — это своего рода платформа, подключаемая и работающая», — сказала Ян (Клэр) Цзэн, иммунолог и биоинженер по онкологическим заболеваниям из Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете. «Вы можете заменить антиген, чтобы адаптировать его к различным видам рака, или заменить антиген, чтобы адаптировать его к инфекционным заболеваниям».

Доставка груза к нужным иммунным клеткам в нужное время была одной из основных проблем, стоящих перед противораковыми вакцинами. Используя хитроумные инженерные решения, Баоцюань Дин, биоинженер из Национального центра нанонауки и технологий, и его команда разработали решение в форме ригатони с сюрпризом внутри (3).

Используя мышей, Дин и его команда ввели под кожу ДНК-вакцину-оригами. Наноструктуры переправлялись в лимфатические узлы, места, кишащие дендритными клетками, готовыми принять вакцину. По его словам, в лимфатических узлах «клетки иммунной системы по сути поглощают эту структуру» в эндосому.

Из-за более кислого pH внутри эндосомы по сравнению с клеточной средой снаружи, трубчатая структура ДНК-оригами Дина расщепляется вдоль шва и сплющивается в прямоугольный лист. Эта преднамеренная трансформация носителя ДНК-оригами обнаруживает компоненты вакцины против рака именно тогда и там, где они необходимы: внутри иммунных клеток. В своей плоской активированной ориентации опухолеспецифический антиген и два различных адъюванта усиливают ответ иммунных клеток на опухолевые клетки.

Это довольно мощная технология, но она все еще находится на ранней стадии. – Баоцюань Дин, Национальный центр нанонауки и технологий

Некоторым вакцинам требуются липидные наночастицы (ЛНЧ) для доставки их компонентов в дендритные клетки, например, вакцины против SARS-CoV-2, производимые Moderna и Pfizer-BioNTech, но ЛНЧ никогда не бывают одинакового размера.

«Если их размер составляет около 100 нанометров, они всегда составляют минус или плюс 30 нанометров. Их размер не точен», — сказал Дин. Из-за этого «вы не знаете, сколько молекул мРНК находится внутри частицы».

Однако для ДНК-вакцин-оригами «размер пор, форма, геометрия и молекулярная масса очень точны — вплоть до уровня одного основания. И тогда мы можем точно контролировать количество адъювантов, а затем и антигенов, инкапсулированных внутри наших структур оригами». добавил он. Такая точность позволяет клеткам, поглощающим вакцину, вызывать устойчивый иммунный ответ.