Vaksin sintetis kompleks berdasarkan molekul DNA telah dibuat

Dalam mencari cara untuk membuat vaksin yang lebih aman dan efektif, para ilmuwan di Biodesign Institute di Arizona State University telah beralih ke bidang yang menjanjikan yang disebut nanoteknologi DNA untuk menciptakan jenis vaksin sintetis yang benar-benar baru.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan baru-baru ini di jurnal Nano Letters, imunolog Yung Chang dari Institut Bioteknologi bekerja sama dengan rekan-rekannya, termasuk ahli nanoteknologi DNA terkenal Hao Yan, untuk mensintesis kompleks vaksin pertama di dunia yang dapat dikirim secara aman dan efisien ke lokasi target dengan ditempatkan pada nanostruktur DNA tiga dimensi yang dapat dirakit sendiri.

“Ketika Hao menyarankan agar kita melihat DNA bukan sebagai materi genetik tetapi sebagai platform kerja, saya punya ide untuk menerapkan pendekatan ini pada imunologi,” kata Chang, seorang profesor madya di School of Life Sciences dan seorang peneliti di Center for Infectious Diseases and Vaccines di Institute for Bioengineering. “Ini akan memberi kita peluang besar untuk menggunakan pembawa DNA guna menciptakan vaksin sintetis.”

"Pertanyaan besarnya adalah: Apakah aman? Kami ingin menciptakan sekelompok molekul yang dapat memicu respons imun yang aman dan kuat dalam tubuh. Karena tim Hao telah merancang berbagai nanostruktur DNA selama beberapa tahun terakhir, kami mulai berkolaborasi untuk menemukan aplikasi medis potensial untuk struktur ini."

Keunikan metode yang diusulkan oleh para ilmuwan dari Arizona ini adalah pembawa antigennya adalah molekul DNA.

Tim peneliti multidisiplin juga mencakup mahasiswa pascasarjana biokimia Universitas Arizona dan penulis pertama makalah Xiaowei Liu, profesor Yang Xu, dosen biokimia Yan Liu, mahasiswa Sekolah Biosains Craig Clifford dan Tao Yu, seorang mahasiswa pascasarjana dari Universitas Sichuan di Tiongkok.

Chang menunjukkan bahwa adopsi vaksinasi yang meluas telah menghasilkan salah satu kemenangan paling signifikan dalam kesehatan masyarakat. Seni pembuatan vaksin bergantung pada rekayasa genetika untuk membangun partikel mirip virus dari protein yang merangsang sistem kekebalan tubuh. Partikel-partikel ini memiliki struktur yang mirip dengan virus asli tetapi tidak mengandung komponen genetik berbahaya yang menyebabkan penyakit.

Keuntungan penting dari nanoteknologi DNA, yang memungkinkan suatu biomolekul diberi bentuk dua atau tiga dimensi, adalah kemampuan untuk membuat molekul menggunakan metode yang sangat tepat yang dapat menjalankan fungsi khas molekul alami dalam tubuh.

"Kami bereksperimen dengan berbagai ukuran dan bentuk nanostruktur DNA dan menambahkan biomolekul ke dalamnya untuk melihat bagaimana tubuh akan merespons," jelas Yang, direktur Departemen Kimia dan Biokimia dan peneliti di Pusat Biofisika Molekul Tunggal di Institut Bioteknologi. Melalui pendekatan yang disebut "biomimikri" oleh para ilmuwan, kompleks vaksin yang mereka uji mendekati ukuran dan bentuk partikel virus alami.

Untuk menunjukkan kelayakan konsep mereka, para peneliti menempelkan protein perangsang kekebalan streptavidin (STV) dan obat penambah kekebalan CpG oligodeoksinukleotida ke struktur DNA bercabang piramidal yang terpisah, yang pada akhirnya memungkinkan mereka memperoleh kompleks vaksin sintetis.

Tim pertama-tama perlu membuktikan bahwa sel target dapat menyerap nanostruktur tersebut. Dengan menempelkan molekul penanda pemancar cahaya ke nanostruktur tersebut, para ilmuwan dapat memverifikasi bahwa nanostruktur tersebut menemukan tempatnya yang tepat di dalam sel dan tetap stabil selama beberapa jam – cukup lama untuk memicu respons imun.

Kemudian, dalam percobaan pada tikus, para ilmuwan berupaya mengirimkan "muatan" vaksin ke sel-sel yang merupakan mata rantai pertama dalam rantai respons imun tubuh, mengoordinasikan interaksi antara berbagai komponen seperti sel penyaji antigen, termasuk makrofag, sel dendritik, dan sel B. Setelah nanostruktur memasuki sel, mereka "dianalisis" dan "ditampilkan" di permukaan sel sehingga dapat dikenali oleh sel T, sel darah putih yang memainkan peran utama dalam memicu respons pertahanan tubuh. Sel T, pada gilirannya, membantu sel B menghasilkan antibodi terhadap antigen asing.

Untuk menguji semua varian secara andal, para peneliti menyuntikkan sel dengan kompleks vaksin lengkap dan antigen STV saja, serta antigen STV yang dicampur dengan penambah CpG.

Setelah periode 70 hari, para ilmuwan menemukan bahwa tikus yang diimunisasi dengan kompleks vaksin lengkap menunjukkan respons imun 9 kali lebih kuat daripada yang diinduksi oleh campuran CpG/STV. Reaksi yang paling nyata dimulai oleh struktur tetrahedral (piramida). Namun, respons imun terhadap kompleks vaksin diakui tidak hanya sebagai spesifik (yaitu, reaksi tubuh terhadap antigen spesifik yang digunakan oleh para peneliti) dan efektif, tetapi juga aman, yang dikonfirmasi oleh tidak adanya reaksi imun terhadap DNA "kosong" (tidak membawa biomolekul) yang dimasukkan ke dalam sel.

"Kami sangat senang," kata Chang. "Senang sekali melihat hasil yang kami prediksi. Hal seperti ini jarang terjadi dalam biologi."

Masa depan industri farmasi terletak pada obat-obatan yang ditargetkan

Kini tim tersebut tengah mempertimbangkan potensi metode baru untuk merangsang sel imun tertentu guna memicu respons menggunakan platform DNA. Teknologi baru ini dapat digunakan untuk membuat vaksin yang terdiri dari beberapa obat aktif, serta mengubah target untuk mengatur respons imun.

Selain itu, teknologi baru ini berpotensi untuk mengembangkan metode baru terapi tertarget, khususnya produksi obat-obatan “tertarget” yang diberikan ke area tubuh tertentu dan karenanya tidak menimbulkan efek samping yang berbahaya.

Akhirnya, meskipun bidang DNA masih dalam tahap awal, karya ilmiah para peneliti Arizona memiliki implikasi praktis yang signifikan bagi kedokteran, elektronik, dan bidang lainnya.

Chang dan Yang mengakui bahwa masih banyak yang harus dipelajari dan dioptimalkan tentang metode vaksin mereka, tetapi nilai penemuan mereka tidak dapat disangkal. "Dengan bukti konsep yang ada, kita sekarang dapat memproduksi vaksin sintetis dengan jumlah antigen yang tidak terbatas," simpul Chang.

Dukungan finansial untuk penelitian ini disediakan oleh Departemen Pertahanan AS dan Institut Kesehatan Nasional.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]