Se ha creado una compleja vacuna sintética basada en moléculas de ADN

En busca de formas de crear vacunas más seguras y efectivas, los científicos del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona han recurrido a un campo prometedor llamado nanotecnología de ADN para crear un tipo completamente nuevo de vacuna sintética.

En un estudio publicado recientemente en la revista Nano Letters, el inmunólogo Yung Chang del Instituto de Bioingeniería se asoció con colegas, entre ellos el reconocido nanotecnólogo de ADN Hao Yan, para sintetizar el primer complejo de vacuna del mundo que puede administrarse de manera segura y eficiente a los sitios objetivo al colocarse en nanoestructuras de ADN tridimensionales autoensamblables.

“Cuando Hao sugirió que consideráramos el ADN no como material genético, sino como una plataforma de trabajo, se me ocurrió aplicar este enfoque a la inmunología”, afirma Chang, profesor asociado de la Facultad de Ciencias de la Vida e investigador del Centro de Enfermedades Infecciosas y Vacunas del Instituto de Bioingeniería. “Esto nos brindaría una gran oportunidad para utilizar portadores de ADN para crear una vacuna sintética”.

La gran pregunta era: ¿Es seguro? Queríamos crear un grupo de moléculas que pudieran desencadenar una respuesta inmunitaria segura y potente en el organismo. Dado que el equipo de Hao llevaba años diseñando diversas nanoestructuras de ADN, empezamos a colaborar para encontrar posibles aplicaciones médicas para estas estructuras.

La singularidad del método propuesto por los científicos de Arizona es que el portador de antígeno es una molécula de ADN.

El equipo de investigación multidisciplinario también incluyó al estudiante de posgrado en bioquímica de la Universidad de Arizona y primer autor del artículo Xiaowei Liu, el profesor Yang Xu, el profesor de bioquímica Yan Liu, el estudiante de la Facultad de Biociencias Craig Clifford y Tao Yu, un estudiante de posgrado de la Universidad de Sichuan en China.

Chang señala que la adopción generalizada de la vacunación ha dado lugar a uno de los logros más significativos de la salud pública. El arte de crear vacunas se basa en la ingeniería genética para construir partículas similares a virus a partir de proteínas que estimulan el sistema inmunitario. Estas partículas tienen una estructura similar a la de los virus reales, pero no contienen componentes genéticos peligrosos que causen enfermedades.

Una ventaja importante de la nanotecnología del ADN, que permite dar a una biomolécula una forma bidimensional o tridimensional, es la capacidad de crear moléculas mediante métodos muy precisos que pueden realizar funciones típicas de las moléculas naturales del cuerpo.

“Experimentamos con nanoestructuras de ADN de diferentes tamaños y formas y les añadimos biomoléculas para observar la respuesta del organismo”, explica Yang, director del Departamento de Química y Bioquímica e investigador del Centro de Biofísica de Moléculas Individuales del Instituto de Bioingeniería. Mediante un enfoque que los científicos denominan “biomimetismo”, los complejos de vacunas que probaron se aproximan al tamaño y la forma de las partículas virales naturales.

Para demostrar la viabilidad de su concepto, los investigadores unieron la proteína inmunoestimulante estreptavidina (STV) y el fármaco inmunoestimulante oligodesoxirribonucleótido CpG a estructuras de ADN ramificadas piramidales separadas, lo que eventualmente les permitiría obtener un complejo de vacuna sintética.

El equipo primero necesitaba demostrar que las células diana podían absorber las nanoestructuras. Al fijar una molécula marcadora emisora de luz a la nanoestructura, los científicos pudieron verificar que esta encontraba su lugar adecuado en la célula y permanecía estable durante varias horas, tiempo suficiente para desencadenar una respuesta inmunitaria.

Posteriormente, en experimentos con ratones, los científicos trabajaron en la administración de la vacuna a las células que constituyen los primeros eslabones de la cadena de respuesta inmunitaria del organismo, coordinando las interacciones entre diferentes componentes, como las células presentadoras de antígenos, incluyendo macrófagos, células dendríticas y linfocitos B. Una vez que las nanoestructuras entran en la célula, se analizan y se muestran en la superficie celular para que puedan ser reconocidas por los linfocitos T, los glóbulos blancos que desempeñan un papel fundamental en el desencadenamiento de la respuesta de defensa del organismo. Los linfocitos T, a su vez, ayudan a los linfocitos B a producir anticuerpos contra antígenos extraños.

Para probar de forma fiable todas las variantes, los investigadores inyectaron en las células tanto el complejo completo de la vacuna como el antígeno STV solo, así como el antígeno STV mezclado con un potenciador CpG.

Tras un período de 70 días, los científicos descubrieron que los ratones inmunizados con el complejo vacunal completo mostraron una respuesta inmunitaria nueve veces más intensa que la inducida por la mezcla CpG/STV. La reacción más notable se originó por la estructura tetraédrica (piramidal). Sin embargo, la respuesta inmunitaria al complejo vacunal se reconoció no solo como específica (es decir, la reacción del organismo a un antígeno específico utilizado por los investigadores) y eficaz, sino también como segura, lo que se confirma por la ausencia de reacción inmunitaria al ADN "vacío" (sin biomoléculas) introducido en las células.

"Estábamos muy contentos", dice Chang. "Fue maravilloso ver los resultados que previmos. Eso no sucede muy a menudo en biología".

El futuro de la industria farmacéutica está en los medicamentos dirigidos

Ahora, el equipo está considerando la posibilidad de un nuevo método para estimular células inmunitarias específicas y así desencadenar una respuesta mediante una plataforma de ADN. Esta nueva tecnología podría utilizarse para crear vacunas compuestas por varios fármacos activos, así como para modificar dianas para regular la respuesta inmunitaria.

Además, la nueva tecnología tiene el potencial de desarrollar nuevos métodos de terapia dirigida, en particular la producción de medicamentos “dirigidos” que se administran a áreas estrictamente designadas del cuerpo y, por lo tanto, no producen efectos secundarios peligrosos.

Por último, aunque el campo del ADN todavía está en sus inicios, el trabajo científico de los investigadores de Arizona tiene importantes implicaciones prácticas para la medicina, la electrónica y otros campos.

Chang y Yang reconocen que aún queda mucho por aprender y optimizar sobre su método de vacunación, pero el valor de su descubrimiento es innegable. «Con la prueba de concepto en nuestras manos, ahora podemos producir vacunas sintéticas con un número ilimitado de antígenos», concluye Chang.

El apoyo financiero para esta investigación fue proporcionado por el Departamento de Defensa de EE. UU. y los Institutos Nacionales de Salud.

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