Foi criada uma vacina sintética complexa baseada em moléculas de ADN

Em busca de maneiras de criar vacinas mais seguras e eficazes, cientistas do Instituto de Biodesign da Universidade Estadual do Arizona se voltaram para um campo promissor chamado nanotecnologia de DNA para criar um tipo inteiramente novo de vacina sintética.

Em um estudo publicado recentemente no periódico Nano Letters, o imunologista Yung Chang, do Instituto de Bioengenharia, se uniu a colegas, incluindo o renomado nanotecnologista de DNA Hao Yan, para sintetizar o primeiro complexo de vacina do mundo que pode ser entregue com segurança e eficiência em locais-alvo ao ser colocado em nanoestruturas de DNA tridimensionais e automontáveis.

“Quando Hao sugeriu que considerássemos o DNA não como material genético, mas como uma plataforma de trabalho, tive a ideia de aplicar essa abordagem à imunologia”, diz Chang, professor associado da Escola de Ciências da Vida e pesquisador do Centro de Doenças Infecciosas e Vacinas do Instituto de Bioengenharia. “Isso nos daria uma grande oportunidade de usar transportadores de DNA para criar uma vacina sintética.”

A grande questão era: seria seguro? Queríamos criar um grupo de moléculas que pudesse desencadear uma resposta imunológica segura e potente no corpo. Como a equipe de Hao vinha projetando diversas nanoestruturas de DNA nos últimos anos, começamos a colaborar para encontrar potenciais aplicações médicas para essas estruturas.

A singularidade do método proposto pelos cientistas do Arizona é que o transportador do antígeno é uma molécula de DNA.

A equipe de pesquisa multidisciplinar também incluiu Xiaowei Liu, aluno de pós-graduação em bioquímica da Universidade do Arizona e primeiro autor do artigo, o professor Yang Xu, o professor de bioquímica Yan Liu, o aluno da Escola de Biociências Craig Clifford e Tao Yu, aluno de pós-graduação da Universidade de Sichuan, na China.

Chang destaca que a ampla adoção da vacinação levou a um dos triunfos mais significativos da saúde pública. A arte de criar vacinas depende da engenharia genética para construir partículas semelhantes a vírus a partir de proteínas que estimulam o sistema imunológico. Essas partículas têm estrutura semelhante à de vírus reais, mas não contêm componentes genéticos perigosos que causam doenças.

Uma vantagem importante da nanotecnologia de DNA, que permite que uma biomolécula receba um formato bidimensional ou tridimensional, é a capacidade de criar moléculas usando métodos muito precisos que podem executar funções típicas de moléculas naturais no corpo.

“Experimentamos diferentes tamanhos e formatos de nanoestruturas de DNA e adicionamos biomoléculas a elas para ver como o corpo responderia”, explica Yang, diretor do Departamento de Química e Bioquímica e pesquisador do Centro de Biofísica de Moléculas Únicas do Instituto de Bioengenharia. Por meio de uma abordagem que os cientistas chamam de “biomimética”, os complexos de vacinas testados se aproximam do tamanho e do formato das partículas virais naturais.

Para demonstrar a viabilidade do seu conceito, os pesquisadores anexaram a proteína imunoestimulante estreptavidina (STV) e o oligodesoxinucleotídeo CpG, medicamento de reforço imunológico, para separar estruturas piramidais ramificadas de DNA, o que eventualmente permitiria a obtenção de um complexo de vacina sintética.

A equipe precisava primeiro comprovar que as células-alvo conseguiam absorver as nanoestruturas. Ao anexar uma molécula emissora de luz à nanoestrutura, os cientistas conseguiram verificar se a nanoestrutura havia encontrado seu devido lugar na célula e permanecido estável por várias horas – tempo suficiente para desencadear uma resposta imunológica.

Em seguida, em experimentos com camundongos, os cientistas trabalharam na administração da "carga útil" da vacina às células que são os primeiros elos da cadeia de resposta imunológica do corpo, coordenando as interações entre diferentes componentes, como células apresentadoras de antígenos, incluindo macrófagos, células dendríticas e células B. Assim que as nanoestruturas entram na célula, elas são "analisadas" e "exibidas" na superfície celular para que possam ser reconhecidas pelas células T, os glóbulos brancos que desempenham um papel central no desencadeamento da resposta de defesa do corpo. As células T, por sua vez, ajudam as células B a produzir anticorpos contra antígenos estranhos.

Para testar todas as variantes de forma confiável, os pesquisadores injetaram nas células o complexo completo da vacina e o antígeno STV sozinho, bem como o antígeno STV misturado com um intensificador CpG.

Após um período de 70 dias, os cientistas descobriram que camundongos imunizados com o complexo vacinal completo demonstraram uma resposta imune 9 vezes mais forte do que a induzida pela mistura CpG/STV. A reação mais notável foi iniciada pela estrutura tetraédrica (piramidal). No entanto, a resposta imune ao complexo vacinal foi reconhecida não apenas como específica (ou seja, a reação do corpo a um antígeno específico utilizado pelos pesquisadores) e eficaz, mas também como segura, o que é confirmado pela ausência de uma reação imune ao DNA "vazio" (sem biomoléculas) introduzido nas células.

"Ficamos muito satisfeitos", diz Chang. "Foi maravilhoso ver os resultados que previmos. Isso não acontece com muita frequência em biologia."

O futuro da indústria farmacêutica reside em medicamentos direcionados

Agora, a equipe está considerando o potencial de um novo método para estimular células imunes específicas a desencadear uma resposta usando uma plataforma de DNA. A nova tecnologia poderia ser usada para criar vacinas compostas por vários fármacos ativos, bem como para alterar alvos para regular a resposta imune.

Além disso, a nova tecnologia tem o potencial de desenvolver novos métodos de terapia direcionada, em particular a produção de medicamentos “direcionados” que são administrados em áreas estritamente designadas do corpo e, portanto, não produzem efeitos colaterais perigosos.

Por fim, embora o campo do DNA ainda esteja em seus primórdios, o trabalho científico dos pesquisadores do Arizona tem implicações práticas significativas para a medicina, a eletrônica e outros campos.

Chang e Yang reconhecem que ainda há muito a ser aprendido e otimizado sobre seu método de vacina, mas o valor de sua descoberta é inegável. "Com a prova de conceito em mãos, agora podemos produzir vacinas sintéticas com um número ilimitado de antígenos", conclui Chang.

O apoio financeiro para esta pesquisa foi fornecido pelo Departamento de Defesa dos EUA e pelos Institutos Nacionais de Saúde.

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