Dans une quête pour fabriquer des vaccins plus sûrs et plus efficaces, des scientifiques du Biodesign Institute de l'Arizona State University se sont tournés vers un domaine prometteur appelé nanotechnologie de l'ADN pour créer une toute nouvelle classe de vaccins synthétiques.

Dans une étude publiée dans la revue Lettres nano , L'immunologiste en biodesign Yung Chang s'est associée à ses collègues, y compris l'innovateur en nanotechnologie de l'ADN Hao Yan, développer le premier complexe vaccinal qui pourrait être délivré de manière sûre et efficace en s'appuyant sur des produits auto-assemblés, nanostructures d'ADN tridimensionnelles.

"Quand Hao traitait l'ADN non comme un matériel génétique, mais comme matériau d'échafaudage, qui m'a fait penser à des applications possibles en immunologie, " dit Chang, professeur agrégé à la Faculté des sciences de la vie et chercheur au Centre des maladies infectieuses et de vaccinologie du Biodesign Institute. "Cela a fourni une excellente occasion d'essayer d'utiliser ces échafaudages d'ADN pour fabriquer un vaccin synthétique."

« La principale préoccupation était :est-ce sûr ? Nous voulions imiter l'assemblage de molécules qui peuvent déclencher une réponse immunitaire sûre et puissante dans le corps. Comme l'équipe de Hao a développé une variété de nanostructures d'ADN intéressantes au cours des dernières années, nous collaborons de plus en plus dans le but d'explorer plus avant certaines applications prometteuses de cette technologie pour la santé humaine."

Les membres de l'équipe de recherche multidisciplinaire de base comprenaient également :professeur invité Yang Xu, professeur assistant de chimie et biochimie Yan Liu, Craig Clifford et Tao Yu, premier cycle de l'École des sciences de la vie, étudiant diplômé invité de l'Université du Sichuan.

Chang souligne que les vaccins ont conduit à certains des triomphes de santé publique les plus efficaces de toute la médecine. L'état de l'art en matière de développement de vaccins repose sur le génie génétique pour assembler des protéines stimulant le système immunitaire en particules pseudo-virales (VLP) qui imitent la structure des virus naturels --- moins les composants génétiques nocifs qui causent la maladie.

nanotechnologie de l'ADN, où la molécule de vie peut être assemblée en formes 2-D et 3-D, a l'avantage d'être un système programmable qui peut organiser avec précision les molécules pour imiter les actions des molécules naturelles dans le corps.

"Nous voulions tester plusieurs tailles et formes différentes de nanostructures d'ADN et leur attacher des molécules pour voir si elles pouvaient déclencher une réponse immunitaire, " dit Yan, titulaire de la chaire Milton D. Glick du département de chimie et de biochimie et chercheur au centre de biodesign pour la biophysique à molécule unique. Avec leur approche de biomimétisme, les complexes vaccinaux qu'ils ont testés ressemblaient étroitement à des particules virales naturelles en termes de taille et de forme.

Comme preuve de concept, ils ont attaché à des structures d'ADN distinctes en forme de pyramide et ramifiée une protéine modèle de stimulation immunitaire appelée streptavidine (STV) et un composé stimulant la réponse immunitaire appelé adjuvant (oligo-désoxynucléides CpG) pour fabriquer leurs complexes vaccinaux synthétiques.

D'abord, le groupe devait prouver que les cellules cibles pouvaient engloutir les nanostructures. En fixant une molécule traceuse électroluminescente aux nanostructures, ils ont trouvé les nanostructures résidant confortablement dans le compartiment approprié des cellules et stables pendant plusieurs heures ---- assez longtemps pour déclencher une cascade immunitaire.

Prochain, dans un défi de souris, ils ont ciblé la livraison de leur cargaison de vaccins aux cellules qui sont les premiers intervenants en initiant une réponse immunitaire efficace, coordonner l'interaction des composants importants, tels que :les cellules présentatrices d'antigène, y compris les macrophages, les cellules dendritiques et les cellules B. Une fois la cargaison internalisée dans la cellule, ils sont traités et "affichés" sur la surface cellulaire aux cellules T, globules blancs qui jouent un rôle central dans le déclenchement d'une réponse immunitaire protectrice. Les cellules T, à son tour, aider les cellules B à produire des anticorps contre un antigène cible.

Pour tester correctement toutes les variables, ils ont injecté :1) le complexe vaccinal complet 2) STV (antigène) seul 3) le CpG (adjuvant) mélangé avec STV.

Pendant 70 jours, le groupe a découvert que les souris immunisées avec le complexe vaccinal complet développaient une réponse immunitaire plus robuste jusqu'à 9 fois supérieure à celle du CpG mélangé au STV. La structure en forme de pyramide (tétraédrique) a généré la plus grande réponse immunitaire. Non seulement la réponse immunitaire au complexe vaccinal était spécifique et efficace, mais aussi en sécurité, comme l'a montré l'équipe de recherche, en utilisant deux méthodes indépendantes, qu'aucune réponse immunitaire n'a été déclenchée par l'introduction de la plate-forme d'ADN seule.

"Nous avons été très satisfaits, " a déclaré Chang. "C'était tellement agréable de voir les résultats comme nous l'avions prévu. Souvent, en biologie, nous ne voyons pas cela. »

Avec la capacité de cibler des cellules immunitaires spécifiques pour générer une réponse, l'équipe est enthousiasmée par les perspectives de cette nouvelle plateforme. Ils envisagent des applications où ils pourraient développer des vaccins qui nécessitent plusieurs composants, ou personnaliser leurs cibles pour adapter la réponse immunitaire.

Par ailleurs, il est possible de développer des thérapies ciblées d'une manière similaire à celle de certains médicaments anticancéreux de nouvelle génération.

Globalement, bien que le domaine de l'ADN soit encore jeune, la recherche avance à un rythme effréné vers une science translationnelle qui a un impact sur les soins de santé, électronique, et d'autres applications.

Alors que Chang et Yan conviennent qu'il y a encore beaucoup de place pour explorer la manipulation et l'optimisation de la nanotechnologie, il est également très prometteur. "Avec cette preuve de concept, la gamme d'antigènes que nous pourrions utiliser pour développer des vaccins synthétiques est vraiment illimitée, " dit Chang.