Terapevtska cepiva proti raku so oblika imunoterapije v nastajanju, ki bi lahko ne le uničila rakave celice pri bolnikih, ampak preprečila, da bi se rak ponovil in razširil. V kliničnih preskušanjih preučujejo več terapevtskih cepiv proti raku, vendar jih kljub obetavnosti klinični onkologi še ne uporabljajo rutinsko za zdravljenje svojih bolnikov. 

Osrednja sestavina terapevtskih cepiv proti raku je antigeni, ki jih prednostno proizvajajo ali na novo proizvajajo (neoantigeni) tumorske celice in omogočajo bolnikovemu imunskemu sistemu iskanje in uničenje rakavih celic. V večini primerov ti antigeni ne morejo delovati sami in potrebujejo pomoč adjuvantnih molekul, ki sprožijo splošen alarmni signal v imunskih celicah, znanih kot celice, ki predstavljajo antigen (APC). APC-ji internalizirajo antigene in adjuvansne molekule ter predstavijo antigene različnim vrstam T celice. Te celice T nato začnejo takojšen napad na tumor ali ohranijo dolgotrajnejši spomin na tumor za prihodnjo obrambo.

Učinkovitost cepiva proti raku je odvisna od stopnje in trajanja »alarma«, ki ga njegovi adjuvansi lahko sprožijo v APC. Pred tem so raziskovalci ugotovili, da lahko dostava adjuvansa in antigenskih molekul APC-jem hkrati z uporabo nanostruktur, kot je DNA origami, poveča aktivacijo APC-ja. Vendar nobeden od teh pristopov ni sistematično raziskal, kako število in nanometrska razporeditev adjuvantnih molekul vplivata na imunost, usmerjeno proti tumorju. 

Zdaj je raziskovalna skupina na Inštitutu Wyss na Univerzi Harvard, Inštitutu za raka Dana-Farber (DFCI), Medicinski šoli Harvard (HMS) in Korejskem inštitutu za znanost in tehnologijo (KIST) ustvarila platformo DNK origami, imenovano DoriVac, katere jedro komponenta je samosestavljiva kvadratna nanostruktura v obliki bloka. Na eno stran kvadratnega bloka je mogoče pritrditi določeno število adjuvansnih molekul v zelo nastavljivih, nanonatančnih vzorcih, medtem ko lahko nasprotna stran veže tumorske antigene. Študija je pokazala, da so molekule adjuvansa, znanega kot CpG, razmaknjene natanko 3.5 nanometra druga od druge, povzročile najkoristnejšo stimulacijo APC, ki je povzročila zelo zaželen profil celic T, vključno s tistimi, ki ubijajo rakave celice (citotoksične celice T), tiste, ki povzročajo koristno vnetje (Th-1 polarizirane celice T), in tiste, ki zagotavljajo dolgoročni imunski spomin na tumor (spominske celice T). Cepiva DoriVac so mišim s tumorjem omogočila boljši nadzor nad rastjo tumorjev in preživetje bistveno dlje od kontrolnih miši. Pomembno je, da so učinki zdravila DoriVac sinergizirani tudi z učinki zaviralcev imunskih kontrolnih točk, ki so zelo uspešna imunoterapija, ki se že pogosto uporablja v kliniki. Ugotovitve so objavljene v Nature Nanotechnology.

"Tehnologija cepiva DNA origami podjetja DoriVac združuje različne nanotehnološke zmožnosti, ki smo jih razvili v preteklih letih, z vedno poglobljenim znanjem o imunskih procesih, ki zavirajo raka," je dejal William Shih, član Wyss Core Faculty, Ph.D., ki je vodil ekipo Wyss Institute. skupaj s prvim avtorjem Yang (Claire) Zeng, MD, Ph.D. »Predvidevamo, da bi lahko v prihodnosti antigene, identificirane pri bolnikih z različnimi vrstami tumorjev, hitro naložili na montažne origami DNK, ki vsebujejo adjuvans, da bi omogočili zelo učinkovita personalizirana cepiva proti raku, ki jih je mogoče kombinirati z zaviralci kontrolnih točk, ki jih je odobrila FDA, v kombiniranih terapijah. ”

Shih je tudi profesor na Oddelku za biologijo raka pri HMS in DFCI in, tako kot nekateri drugi avtorji, član medinstitucionalnega centra "Imuno-inženiring za izboljšanje imunoterapije" (i3) s sedežem na Wyssu, ki ga financira NIH. 

Utemeljitev DNK origamija

Adjuvans CpG je sintetična veriga DNK, sestavljena iz ponavljajočih se nukleotidnih motivov CpG, ki posnemajo genetski material bakterijskih in virusnih patogenov, ki napadajo imunske celice. Tako kot njegovi naravni primerki se adjuvansi CpG vežejo na "receptor nevarnosti", imenovan TLR9 v imunskih celicah, kar nato inducira vnetni (prirojeni) imunski odziv, ki deluje usklajeno z antigenom induciranim (adaptivnim) imunskim odzivom. 

"Iz prejšnjega dela smo vedeli, da se morajo receptorji TLR9 za sprožitev močnih vnetnih odzivov dimerizirati in združiti v multimerne komplekse, ki se vežejo na več molekul CpG. Nanometrske razdalje med domenami, ki vežejo CpG, v učinkovitih sklopih TLR9, ki jih je razkrila strukturna analiza, so padle ravno v obseg, za katerega smo domnevali, da bi ga lahko zrcalili s strukturami origami DNK, ki predstavljajo natančno razporejene molekule CpG,« je pojasnil Zeng, ki je bil inštruktor medicine pri v času študija in je zdaj višji znanstvenik na DFCI in Harvard Medical School (HMS). Poleg Shiha sta Zeng pri projektu mentorirala tudi višja avtorja dr. Ju Hee Ryu, glavni raziskovalec na KIST, in član Wyssove ustanovitvene jedrne fakultete dr. David Mooney, ki je tudi profesor na Harvardu John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in eden od glavnih raziskovalcev Centra i3. 

Zeng in ekipa so izdelali cepiva DoriVac, v katerih je bilo različno število verig CpG razporejenih na 2.5, 3.5, 5 ali 7 nanometrov drug od drugega na eni strani kvadratnega bloka, modelni antigen pa je bil pritrjen na nasprotno stran. Svoje strukture so zaščitili pred razgradnjo v telesu z metodo kemične modifikacije, ki jo je prej razvila Shihova skupina. Ko so cepiva DoriVac internalizirana z različnimi vrstami APC, vključno z dendritičnimi celicami (DC), ki orkestrirajo tumorsko usmerjene T-celične odzive, so izboljšala privzem antigenov v primerjavi s kontrolami, sestavljenimi iz prostih antigenskih molekul. Razmik CpG 3.5 nanometra je povzročil najmočnejše in najbolj koristne odzive v APC in je znatno presegel kontrolno cepivo, ki je vsebovalo samo proste molekule CpG. "Navdušeni smo bili, ko smo ugotovili, da je cepivo DoriVac prednostno povzročilo stanje imunske aktivacije, ki podpira protitumorsko imunost, kar raziskovalci na splošno želijo videti v dobrem cepivu," je dejal Zeng. 

Poleg razmika je bilo pomembno tudi število molekul CpG v cepivih DoriVac. Ekipa je testirala cepiva, ki vsebujejo od 12 do 63 optimalno razporejenih molekul CpG, in ugotovila, da je 18 molekul CpG zagotovilo najboljšo aktivacijo APC. To je pomenilo, da lahko njihov pristop pomaga tudi pri omejevanju odmerjanja molekul CpG in tako minimizira pogosto opažene toksične stranske učinke, opažene pri adjuvansih.

Pridobljeno v (tumorskem) prevodu

Pomembno je, da te in vitro trendi prevedeni na vivo mišji tumorski modeli. Pri profilaktičnem injiciranju pod kožo miši so se cepiva DoriVac kopičila v najbližjih bezgavkah, kjer so stimulirala DC. Cepivo, polno a melanoma antigen preprečil rast naknadno vbrizganih agresivnih celic melanoma. Medtem ko so vse kontrolne živali podlegle raku do 42. dne poskusa, so bile z DoriVac zaščitene živali vse žive. Cepiva DoriVac so zavirala tudi rast tumorja pri miših, pri katerih je že potekala tvorba melanomskih tumorjev, pri čemer je 3.5 nanometrski razmik 18 molekul CpG ponovno zagotovil maksimalne učinke na DC in T celice ter najmočnejše zmanjšanje rasti tumorja.

Nato je ekipa vprašala, ali lahko cepiva DoriVac tudi okrepijo imunski odziv, ki ga povzročijo majhni "neoantigeni", ki se pojavljajo v tumorjih melanoma. Neoantigeni so idealne tarče, ker jih proizvajajo izključno tumorske celice. Vendar sama po sebi pogosto niso zelo imunogena, zaradi česar so zelo učinkoviti adjuvansi pomembna sestavina neoantigenskih cepiv. Cepivo DoriVac, prilagojeno s štirimi neoantigeni, je raziskovalcem omogočilo znatno zatiranje rasti tumorja pri miših, ki so proizvajale neoantigene.

Nazadnje so raziskovalci vprašali, ali lahko DoriVac deluje v sinergiji s terapijo imunske kontrolne točke, ki ponovno aktivira celice T, ki so bile utišane v tumorjih. Pri miših sta obe terapiji skupaj povzročili popolno regresijo tumorjev melanoma in preprečili njihovo ponovno rast, ko so bile živali štiri mesece kasneje ponovno izpostavljene istim tumorskim celicam. Živali so zgradile imunski spomin na tumor. Ekipa je pridobila podobno učinkovitost cepljenja v modelu mišjega limfoma.

Menimo, da lahko vrednost zdravila DoriVac za določanje dobre točke pri dajanju adjuvantov ter izboljšanje dajanja in učinkov sklopljenih antigenov utre pot učinkovitejšim kliničnim cepivom proti raku za uporabo pri bolnikih z različnimi oblikami raka.«

Yang (Claire) Zeng, MD, Ph.D., prvi avtor

Ekipa trenutno prevaja platformo DoriVac v njeno klinično uporabo, ki je podprta z oceno študije distribucije cepiva in protiteles, usmerjenih proti cepivu, pri miših, kot tudi citokinov, ki jih proizvajajo imunske celice kot odziv na cepiva in vivo. 

»Platforma DoriVac je naš prvi primer, kako lahko naše prizadevanje za tisto, čemur pravimo molekularna robotika – sintetične bioinspirirane molekule, ki imajo programljivo obliko in funkcijo – vodi do povsem novih in močnih terapevtikov. Ta tehnologija odpira povsem novo pot za razvoj načrtovanih cepiv z lastnostmi, prilagojenimi specifičnim kliničnim izzivom. Upamo, da ga bomo hitro prenesli na kliniko,« je povedal ustanovitveni direktor inštituta Wyss Donald Ingber, dr. med., ki je tudi profesor vaskularne biologije Judah Folkman na HMS in otroški bolnišnici v Bostonu ter profesor Hansjörg Wyss Bioinspired Engineering pri SEAS.

Drugi avtorji študije so Olivia Young, Christopher Wintersinger, Frances Anastassacos, James MacDonald, Giorgia Isinelli, Maxence Dellacherie, Miguel Sobral, Haiqing Bai, Amanda Graveline, Andyna Vernet, Melinda Sanchez, Kathleen Mulligan, Youngjin Choi, Thomas Ferrante, Derin Keskin , Geoffrey Fell, Donna Neuberg, Cathrine Wu in Ick Chan Kwon. Študijo so financirali Validacijski projekt Inštituta Wyss in programi Inštitutskih projektov, Program Claudie Adams Barr pri DFCI, Korejski sklad za regenerativno medicino (nagrada št. 21A0504L1), Intramuralni raziskovalni program KIST (nagrada št. 2E30840) in Nacionalni inštituti za zdravje ( v okviru dotacije Centra i3, ki podpira U54 (nagrada št. CA244726-01).

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.news-medical.net/news/20240315/DNA-origami-vaccine-DoriVac-paves-way-for-personalized-cancer-immunotherapy.aspx