重写规则的疫苗设计与DNA折纸

通过DNA折叠成病毒样结构,麻省理工学院研究人员设计类hiv颗粒,引起强烈的免疫反应人类免疫细胞生长在实验室培养皿。这些粒子最终会作为HIV疫苗。

密切的DNA粒子模拟病毒的大小和形状,涂以艾滋病毒蛋白质,或抗原,安排在精确模式旨在激起强烈的免疫反应。研究人员正在努力适应这种方法为SARS-CoV-2开发潜在的疫苗,并且他们期望它可以适用于各种病毒性疾病。

“粗糙的设计规则,开始走出这个工作应该跨疾病抗原和疾病,一般适用“达雷尔·欧文说,谁是Underwood-Prescott教授任命的部门生物工程和材料科学与工程;一个麻省理工学院的副主任科赫研究所综合癌症研究;MGH拉根研究所的成员,麻省理工学院和哈佛大学。

欧文和马克洗澡,麻省理工学院的生物工程和助理教授广泛的麻省理工学院和哈佛大学的成员,这项研究的资深作者,发表在今天自然纳米技术。该论文的主要作者前麻省理工学院博士后雷米维纳齐亚诺和泰森梅奥。

DNA设计

因为DNA分子是高度可编程,自1980年代以来科学家们一直工作方法设计DNA分子可用于药物输送和许多其他应用程序,最近使用了一种叫做DNA折纸被加州理工学院的Paul Rothemund发明于2006年。

2016年,洗澡的实验室开发了一个算法,可以自动任意三维设计和建造病毒样的形状使用DNA折纸。这种方法提供了精确的控制合成DNA的结构,让研究人员把各种各样的分子,如病毒抗原,在特定的位置。

“DNA结构就像一个小钉板的抗原可以被附加在任何位置,“洗澡说。“这些病毒样颗粒已经使我们能够揭示基本分子首次免疫细胞识别的原则。”

自然病毒纳米粒子与粒子表面抗原排列,并认为免疫系统(特别是B细胞)已经有效地识别这些颗粒抗原。疫苗目前正在开发模仿自然病毒结构、等纳米疫苗被认为是非常有效的在生产一个B细胞免疫反应,因为它们是正确的大小进行淋巴管,直接送他们到B细胞在淋巴结。粒子大小也合适与B细胞,可以提供一系列密集的病毒颗粒。

然而,确定合适的颗粒大小,间距抗原,每个粒子最优刺激B细胞的抗原数量(绑定到目标通过B细胞抗原受体)一直是一个挑战。洗澡和欧文使用这些DNA支架模拟病毒和疫苗等粒子结构,希望发现B细胞活化的最佳粒子的设计。

”有很多兴趣病毒样颗粒结构的使用,在你采取一系列疫苗抗原和表面上的粒子,开车最优b细胞反应,”欧文说。“不过,如何设计显示的规则是不容易理解的。”

其他研究人员已经尝试使用其他类型的创建亚单位疫苗合成粒子,如聚合物、脂质体,或自我组装的蛋白质,但这些材料,不可能控制病毒蛋白质的位置与DNA折纸一样精确。

在这项研究中,研究人员设计了二十面体粒子与一个相似的大小和形状是一个典型的病毒。他们上一个工程艾滋病毒抗原蛋白gp120相关支架在不同的距离和密度。令他们吃惊的是,他们发现,产生了最强烈的反应B细胞的疫苗反应不一定是那些装在支架表面抗原尽可能。

“通常假定抗原密度越高,越好,认为把B细胞受体尽可能接近驱动信号。然而,实验结果,这是非常明确的,实际上是最可能的间距我们可以不是最好的。,当你扩大两个抗原之间的距离时,信号增加,”欧文说。

这项研究的结果有可能指导艾滋病疫苗开发,这些研究中使用的艾滋病毒抗原是目前在人类临床试验正在测试,使用一种蛋白质纳米支架。

根据他们的数据,麻省理工学院的研究人员曾与Jayajit Das,俄亥俄州立大学免疫学和微生物学教授,开发一个模型来解释为什么大抗原之间的距离产生更好的结果。当抗原与B细胞表面上的受体结合,激活细胞内受体相互交联,提高他们的反应。然而,该模型表明,如果抗原太近,这种反应是减少。

除了艾滋病

最近几个月,洗澡的实验室创造了这种疫苗的变种与亚伦施密特和丹尼尔Lingwood实验室在雷根研究所正是从他们换出的艾滋病毒抗原蛋白质表面的SARS-CoV-2病毒。他们正在测试这种疫苗是否会产生一个有效的反应对冠状病毒SARS-CoV-2在孤立的B细胞,和老鼠。

“我们的平台技术允许您轻松交换不同的亚单位抗原肽和不同种类的病毒测试他们是否可能是功能性作为疫苗,”说洗澡。

因为这种方法允许从不同的病毒抗原进行了相同的DNA支架,它可能是可能的设计变量,目标多种类型的冠状病毒,包括过去和潜在的未来可能会出现变异,研究人员说。

参考:维纳齐亚诺et al。(2020)。纳米级的角色在b细胞活化抗原组织探索使用DNA折纸。自然纳米技术。DOI: 10.1038 / s41565 - 020 - 0719 - 0。

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