Gli scienziati della Northwestern Medicine hanno sviluppato un modo più efficace per creare vaccini e medicinali nanoterapeutici, secondo un nuovo studio pubblicato su ACS Nano .

"Nell'ultimo decennio, la tecnologia dell'acido nucleico sferico, o SNA, è emersa come un'ampia piattaforma terapeutica per un'ampia varietà di malattie, tra cui il cancro e altre malattie", ha affermato Chad Mirkin, Ph.D., professore di Medicina presso la Divisione. di Ematologia e Oncologia, professore di chimica George B. Rathmann al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern e direttore dell'International Institute for Nanotechnology, autore principale dello studio.

Nel laboratorio Mirkin, i ricercatori hanno sfruttato questa tecnologia SNA nel loro lavoro per progettare nanomedicinali di precisione da utilizzare nella regolazione genetica e nell'immunoterapia contro il cancro con effetti collaterali indesiderati limitati attraverso un processo di sviluppo sistematico noto come vaccinologia razionale.

"Nello sviluppo dei vaccini, storicamente, è stata prestata pochissima attenzione alla struttura del vaccino", ha affermato Mirkin, che è anche membro del Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center della Northwestern University. "Tutta l'enfasi è stata posta sui componenti. La premessa della vaccinologia razionale è che, mentre i componenti sono critici, la struttura è altrettanto importante. Il modo in cui si presentano i componenti del vaccino all'interno di un'architettura modulare su scala nanometrica può avere un impatto drammatico sull'efficacia del vaccino, sia esso curare malattie infettive o cancro."

Nello studio, i ricercatori hanno prima testato gli effetti dell’utilizzo di diversi gruppi di ancoraggio chimici per attaccare gli oligonucleotidi – brevi filamenti di DNA o RNA – alla superficie dei liposomi per preparare gli SNA. Hanno scoperto che quando venivano utilizzati gruppi di ancoraggio sempre più idrofobici a base di dodecano, la stabilità della nanostruttura migliorava significativamente. Quando introdotti nelle cellule dendritiche derivate dal midollo osseo dei topi, questi costrutti SNA più stabili hanno mostrato un migliore assorbimento cellulare rispetto alle altre versioni di SNA preparate utilizzando altri tipi di gruppi di ancoraggio, con sostanze chimiche diverse.

"Abbiamo scoperto un modo per ancorare gli oligonucleotidi alla superficie della particella che modifica la stabilità complessiva del costrutto SNA, il che è fondamentale", ha affermato Jasper Dittmar, Ph.D. studente del laboratorio Mirkin e coautore dello studio. "La bellezza dell'architettura SNA è che viene riconosciuta da quasi tutti i tipi di cellule, comprese le cellule immunitarie, e viene rapidamente internalizzata. Fai in modo che il vaccino entri nelle cellule che contano secondo la stechiometria desiderata, con il numero desiderato di antigeni e molecole adiuvanti."

Gli scienziati del laboratorio Mirkin hanno quindi caricato il vaccino SNA con OVA1 (un peptide modello derivato dalla proteina dell’uovo spesso utilizzato nello sviluppo di vaccini) e lo hanno somministrato ai topi affetti da linfoma. I topi trattati con OVA1 SNA non solo avevano un numero maggiore di cellule T polifunzionali (considerate potenti contro infezioni croniche e tumori), ma mostravano anche una riduzione di 21 volte dei volumi tumorali rispetto ai topi trattati con soluzione salina, secondo lo studio. studiare.

Per valutare gli effetti collaterali infiammatori del vaccino, i ricercatori hanno quindi studiato l’SNA per vedere se attivava risposte immunitarie eccessive nei topi. I topi sottoposti al trattamento non hanno prodotto una tempesta di citochine, un effetto collaterale talvolta fatale delle immunoterapie.

Poiché le tempeste di citochine sono associate a casi gravi di COVID-19, Mirkin e il suo gruppo di ricerca hanno anche creato un vaccino SNA in cui il peptide OVA1 è stato sostituito con un peptide del virus che causa COVID-19 (peptide CoV) e lo ha somministrato all’uomo. cellule e infine i topi. I ricercatori hanno scoperto che il vaccino ha migliorato le risposte immunitarie anti-COVID antigene-specifiche con effetti collaterali avversi minimi.

"Nel loro insieme, i risultati di questo studio gettano le basi per un nuovo modo di sviluppare e fornire vaccini e altri trattamenti di precisione, indipendentemente dalla malattia bersaglio", ha affermato Michael Evangelopoulos, Ph.D. studente del laboratorio Mirkin e coautore dello studio.

I risultati evidenziano anche l'importanza della costruzione del vaccino, ha affermato Mirkin.

"La struttura conta", ha detto Mirkin. "In un campo in cui abbiamo trascorso pochissimo tempo concentrandoci sulla struttura dei vaccini, forse abbiamo perso la foresta per gli alberi. È una comprensione combinata dei componenti e della presentazione strutturale che porta a un farmaco efficace o meno." ."

Andando avanti, il gruppo Mirkin continuerà a ideare diverse configurazioni di vaccini SNA per valutare quali siano i più efficaci, ha affermato.

"Stiamo trascorrendo molto tempo utilizzando la piattaforma SNA per individuare le strutture più efficaci, cercando poi di capire perché, cosa funziona e poi anche perché funziona", ha affermato Mirkin. "Pensiamo che, così facendo, saremo in grado di creare un'intera nuova generazione di farmaci basati su questo concetto di vaccinologia razionale."

Ulteriori informazioni: Jasper W. Dittmar et al, Regolazione della dissociazione del DNA dagli acidi nucleici sferici per l'immunostimolazione avanzata, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04333

Informazioni sul giornale: ACS Nano

Fornito dalla Northwestern University