DNA origami vaktsiin DoriVac sillutab teed isikupärastatud vähi immunoteraapiale

Terapeutilised vähivaktsiinid on väljatöötamisel olev immunoteraapia vorm, mis mitte ainult ei hävita patsientide vähirakke, vaid hoiab ära vähi tagasituleku ja leviku. Kliinilistes uuringutes uuritakse mitut terapeutilist vähivaktsiini, kuid hoolimata nende lubadustest ei kasuta kliinilised onkoloogid neid veel rutiinselt oma patsientide raviks. 

Terapeutiliste vähivaktsiinide keskne koostisosa on antigeenid, mida eelistatavalt toodavad või äsja toodavad (neoantigeenid) kasvajarakud ja mis võimaldavad patsiendi immuunsüsteemil vähirakke otsida ja hävitada. Enamikul juhtudel ei saa need antigeenid üksinda toimida ja vajavad adjuvantmolekulide abi, mis käivitavad üldise häiresignaali immuunrakkudes, mida nimetatakse antigeeni esitlevateks rakkudeks (APC). APC-d sisestavad nii antigeeni kui ka adjuvantmolekule ja esitlevad antigeene erinevat tüüpi T-rakud. Need T-rakud alustavad seejärel kohest rünnakut kasvaja vastu või säilitavad kasvajast pikemaajalise mälu edaspidiseks kaitseks.

Vähivaktsiini tõhusus sõltub "häire" tasemest ja kestusest, mida selle adjuvandid võivad APC-des heliseda. Varem leidsid teadlased, et adjuvant- ja antigeenimolekulide toimetamine APC-dele samaaegselt selliste nanostruktuuride nagu DNA origami abil võib suurendada APC aktiveerimist. Kuid ükski neist lähenemisviisidest ei uurinud süstemaatiliselt, kuidas adjuvantmolekulide arv ja nanomõõtmeline paigutus mõjutavad kasvajale suunatud immuunsust allavoolu. 

Nüüd on Harvardi ülikooli Wyssi instituudi, Dana-Farberi vähiinstituudi (DFCI), Harvardi meditsiinikooli (HMS) ja Korea teaduse ja tehnoloogia instituudi (KIST) uurimisrühm loonud DNA origami platvormi nimega DoriVac, mille tuum on komponent on isekoosnev ruudukujuline plokikujuline nanostruktuur. Ruudukujulise ploki ühele küljele saab kinnitada kindlaksmääratud arvu adjuvantmolekule väga häälestatavate nanotäpsete mustritena, samas kui vastaskülg võib siduda kasvaja antigeene. Uuringus leiti, et CpG nime all tuntud adjuvandi molekulid, mis paiknesid üksteisest täpselt 3.5 nanomeetri kaugusel, stimuleerisid APC-sid, mis kutsusid esile T-rakkude, sealhulgas vähirakke tapavate (tsütotoksiliste T-rakkude) väga soovitava profiili. need, mis põhjustavad kasulikku põletikku (Th-1 polariseeritud T-rakud) ja need, mis tagavad kasvaja pikaajalise immuunmälu (mälu-T-rakud). DoriVaci vaktsiinid võimaldasid kasvajaga hiirtel paremini kontrollida kasvajate kasvu ja ellu jääda oluliselt kauem kui kontrollhiirtel. Oluline on see, et DoriVaci toimed sünergisesid ka immuunsüsteemi kontrollpunkti inhibiitoritega, mis on väga edukas immunoteraapia, mida kliinikus juba laialdaselt kasutatakse. Tulemused on avaldatud ajakirjas Nature Nanotechnology.

"DoriVaci DNA origami vaktsiinitehnoloogia ühendab erinevad nanotehnoloogilised võimalused, mida oleme aastate jooksul arendanud, üha süvenevate teadmistega vähki pärssivate immuunprotsesside kohta," ütles Wyssi instituudi meeskonda juhtinud Wyssi põhiteaduskonna liige William Shih, Ph.D. koos esimese autori Yang (Claire) Zengiga, MD, Ph.D. "Me näeme, et tulevikus saaks erinevat tüüpi kasvajatega patsientidel tuvastatud antigeene kiiresti laadida kokkupandavatele, adjuvante sisaldavatele DNA origamidele, et võimaldada ülitõhusaid isikupärastatud vähivaktsiine, mida saab kombineeritud ravis kombineerida FDA poolt heaks kiidetud kontrollpunkti inhibiitoritega. ”

Shih on ka professor HMS-is ja DFCI vähibioloogia osakonnas ning nagu mõned teised autorid, Wyssis asuva NIH-i rahastatud institutsioonidevahelise keskuse „Immuno-engineering to Improve Immunotherapy” (i3) liige. 

DNA origami põhjendus

CpG adjuvant on sünteetiline DNA ahel, mis koosneb korduvatest CpG nukleotiidmotiividest, mis jäljendavad immuunrakkudesse tungivate bakteriaalsete ja viiruslike patogeenide geneetilist materjali. Sarnaselt oma looduslikele kolleegidele seonduvad CpG adjuvandid immuunrakkudes "ohuretseptoriga", mida nimetatakse TLR9-ks, mis omakorda kutsub esile põletikulise (kaasasündinud) immuunvastuse, mis toimib koos antigeeni poolt indutseeritud (adaptiivse) immuunvastusega. 

"Me teadsime varasemast tööst, et tugevate põletikuliste reaktsioonide vallandamiseks peavad TLR9 retseptorid dimeriseerima ja agregeeruma multimeerseteks kompleksideks, mis seonduvad mitme CpG molekuliga. Struktuurianalüüsiga paljastatud CpG-d siduvate domeenide vahelised nanomõõtmelised kaugused tõhusates TLR9 sõlmedes langesid täpselt vahemikku, mida me oletasime, et suudame peegeldada DNA origami struktuure, mis esitlevad täpselt vahedega CpG molekule," selgitas Zeng, kes oli meditsiiniõpetaja uuringu ajal ja on praegu DFCI ja Harvardi meditsiinikooli (HMS) vanemteadur. Lisaks Shihile juhendasid Zengi projektis ka vanemautorid Ju Hee Ryu, Ph.D., KISTi juhtivteadur ja Wyssi asutajaliige, Ph.D. David Mooney, kes on ka Harvardi professor. John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ja üks i3 keskuse juhtivaid uurijaid. 

Zeng ja töörühm valmistasid DoriVaci vaktsiine, milles ruudukujulise ploki ühel küljel oli erinev arv CpG ahelaid üksteisest 2.5, 3.5, 5 või 7 nanomeetri kaugusel ja vastasküljele kinnitati mudelantigeen. Nad kaitsesid oma struktuure kehas lagunemise eest, kasutades Shihi rühma varem välja töötatud keemilise modifitseerimise meetodit. Kui DoriVaci vaktsiinid sisestasid erinevat tüüpi APC-d, sealhulgas dendriitrakud (DC-d), mis korraldavad kasvajale suunatud T-raku vastuseid, parandasid nad antigeenide omastamist võrreldes vabadest antigeenimolekulidest koosnevate kontrollidega. CpG vahekaugus 3.5 nanomeetrit andis APC-des tugevaimad ja kasulikumad vastused ning ületas märkimisväärselt ainult vabu CpG molekule sisaldavat kontrollvaktsiini. "Olime põnevil, kui avastasime, et DoriVaci vaktsiin kutsus esile immuunsüsteemi aktiveerimise oleku, mis toetab kasvajavastast immuunsust, mida teadlased üldiselt hea vaktsiini puhul näha tahavad," ütles Zeng. 

Lisaks vahekaugusele oli oluline ka CpG molekulide arv DoriVaci vaktsiinides. Töörühm testis vaktsiine, mis sisaldasid 12 kuni 63 optimaalselt paigutatud CpG molekuli ja leidis, et 18 CpG molekuli tagasid parima APC aktiveerimise. See tähendas, et nende lähenemisviis võib samuti aidata piirata CpG molekulide annust ja seega minimeerida adjuvantide puhul sageli täheldatud toksilisi kõrvaltoimeid.

Saadud (kasvaja)tõlkes

Oluline on, et need vitro suundumused tõlgitud keelde in vivo hiire kasvaja mudelid. Profülaktiliselt hiirtele naha alla süstides kogunesid DoriVaci vaktsiinid lähimatesse lümfisõlmedesse, kus nad stimuleerisid DC-sid. Vaktsiin, mis on laetud a melanoom antigeen takistas hiljem süstitud agressiivsete melanoomirakkude kasvu. Kui kõik kontrollloomad olid katse 42. päevaks vähile alla andnud, olid DoriVaciga kaitstud loomad kõik elus. DoriVaci vaktsiinid pärssisid ka kasvaja kasvu hiirtel, kellel melanoomikasvajate teke oli juba käimas, 3.5 CpG molekuli 18 nanomeetrise vahega pakkus taas maksimaalset mõju DC- ja T-rakkudele ning kasvaja kasvu tugevaimat langust.

Järgmisena küsis meeskond, kas DoriVaci vaktsiinid võivad samuti suurendada immuunvastuseid, mida tekitavad melanoomi kasvajates tekkivad väikesed "neoantigeenid". Neoantigeenid on ideaalsed sihtmärgid, kuna neid toodavad eranditult kasvajarakud. Siiski ei ole nad sageli ise väga immunogeensed, mistõttu on ülitõhusad adjuvandid neoantigeenvaktsiinide oluline komponent. Nelja neoantigeeniga kohandatud DoriVaci vaktsiin võimaldas teadlastel neoantigeene tootnud hiirtel kasvaja kasvu märkimisväärselt pärssida.

Lõpuks küsisid teadlased, kas DoriVac võib sünergiseerida immuunkontrollpunkti raviga, mis taasaktiveerib kasvajates vaigistatud T-rakud. Hiirtel põhjustasid need kaks ravimeetodit melanoomi kasvajate täieliku taandarengu ja takistasid nende uuesti kasvamist, kui loomad puutusid neli kuud hiljem uuesti kokku samade kasvajarakkudega. Loomad olid kasvajast üles ehitanud immuunmälu. Meeskond saavutas sarnase vaktsineerimise efektiivsuse hiire lümfoomi mudelis.

Arvame, et DoriVaci väärtus adjuvantide manustamise magusa koha määramisel ning seotud antigeenide kohaletoimetamise ja toime tugevdamisel võib sillutada teed tõhusamatele kliinilistele vähivaktsiinidele, mida kasutatakse mitmesuguste vähivormidega patsientidel.

Yang (Claire) Zeng, MD, Ph.D., esimene autor

Töörühm tõlgib praegu DoriVaci platvormi selle kliinilise rakenduse suunas, mida toetab uuringu hinnang vaktsiinide jaotumisele ja vaktsiinile suunatud antikehadele hiirtel, samuti immuunrakkude poolt in vivo vastusena vaktsiinidele toodetud tsütokiinidele. 

„DoriVaci platvorm on meie esimene näide sellest, kuidas meie püüdlus selle poole, mida me nimetame Molecular Roboticsiks – sünteetilistele bioinspireeritud molekulidele, millel on programmeeritav kuju ja funktsioon – võib viia täiesti uute ja võimsate ravimeetoditeni. See tehnoloogia avab täiesti uue tee disainervaktsiinide väljatöötamiseks, mille omadused on kohandatud konkreetsete kliiniliste väljakutsetega toimetulemiseks. Loodame näha selle kiiret ülekandmist kliinikusse,” ütles Wyssi Instituudi asutajadirektor Donald Ingber, MD, Ph.D., kes on ka Judah Folkmani vaskulaarbioloogia professor HMS-is ja Bostoni lastehaiglas ning Hansjörg Wyssi professor. Bioinspireeritud inseneritöö SEASis.

Teised uuringu autorid on Olivia Young, Christopher Wintersinger, Frances Anastassacos, James MacDonald, Giorgia Isinelli, Maxence Dellacherie, Miguel Sobral, Haiqing Bai, Amanda Graveline, Andyna Vernet, Melinda Sanchez, Kathleen Mulligan, Der Youngjin Choi, Thomas Ferrin Keskinte , Geoffrey Fell, Donna Neuberg, Cathrine Wu ja Ick Chan Kwon. Uuringut rahastasid Wyssi Instituudi valideerimisprojekti ja instituudi projekti programmid, DFCI Claudia Adams Barri programm, Korea regeneratiivse meditsiini fond (auhind #21A0504L1), KIST-i intramuraalne uurimisprogramm (auhind #2E30840) ja riiklikud tervishoiuinstituudid ( i3 keskuse raames, mis toetab U54 stipendiumi (auhind #CA244726-01).

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.news-medical.net/news/20240315/DNA-origami-vaccine-DoriVac-paves-way-for-personalized-cancer-immunotherapy.aspx