Naukowcy odkryli, że precyzyjnie opracowana szczepionka przeciwko HPV znacząco poprawia zdolność układu odpornościowego do niszczenia komórek nowotworowych bez dodawania nowych składników, ale poprzez przebudowę istniejących w nanoskali. Wyniki, opublikowane 11 lutego w czasopiśmie Science Advances, pokazują, że nawet drobne zmiany strukturalne mogą zamienić słabą odpowiedź immunologiczną w silne działanie przeciwnowotworowe. Przełom ten rzuca światło na powstającą dziedzinę „nanomedycyny strukturalnej” opracowaną przez Chada A. Mirkina z Northwestern University, w której rozmieszczenie składników szczepionki jest równie istotne jak same składniki.
Siła lokalizacji: coś więcej niż „podejście Blendera”
Tradycyjny rozwój szczepionek opiera się na mieszaniu antygenów (cząsteczek pochodzących z nowotworu) z adiuwantami (immunostymulantami). Metodę tę Mirkin opisuje jako „podejście mieszające”. Chociaż metoda ta jest skuteczna, brakuje jej precyzyjnej kontroli nad sposobem, w jaki układ odpornościowy przetwarza szczepionkę. Nowe badania odwracają ten paradygmat i pokazują, że uporządkowanie tych samych składników w starannie zaprojektowaną nanostrukturę daje doskonałe wyniki.
Zespół zaprojektował szczepionkę ze sferycznym kwasem nukleinowym (SNA) – kulistą strukturą DNA przenikającą komórki odpornościowe – i systematycznie testował różne konfiguracje jej składników. W humanizowanych modelach zwierzęcych raka HPV-dodatniego i próbkach nowotworów pochodzących od pacjentów jedna konfiguracja wyróżniała się: prezentacja peptydu pochodzącego z HPV na powierzchni SNA zakotwiczonego na jego N-końcu spowodowała ośmiokrotny wzrost wytwarzania interferonu gamma, kluczowego sygnału przeciwnowotworowego. Taka konfiguracja doprowadziła do znacznie silniejszej aktywacji „komórek zabójczych” CD8, najsilniejszych bojowników nowotworowych układu odpornościowego, i spowolniła wzrost nowotworów u myszy.
Nanomedycyna strukturalna: nowa era w opracowywaniu szczepionek
Nie chodzi tylko o HPV. Laboratorium Mirkina zastosowało już to podejście nanomedycyny strukturalnej do szczepionek przeciwko czerniakowi, rakowi piersi, rakowi jelita grubego, rakowi prostaty i drobnokomórkowemu rakowi z komórek Merkla, a kilku kandydatów znajduje się w badaniach klinicznych na ludziach. Podstawowa zasada jest prosta: struktura ma znaczenie. Te same składniki, jeśli są odpowiednio zorganizowane, mogą dawać silniejsze efekty przy mniejszej toksyczności.
„Efekt ten nie wynikał z dodania nowych składników ani zwiększenia dawki” – stwierdziła dr Jochen Lorch, współprowadząca badanie. “Wynik ten powstał w wyniku inteligentniejszego przedstawienia tych samych składników. Układ odpornościowy jest wrażliwy na geometrię molekularną.”
Perspektywy na przyszłość: sztuczna inteligencja i ponowne wykorzystanie istniejących kandydatów
Mirkin przewiduje wykorzystanie sztucznej inteligencji do przyspieszenia opracowywania szczepionek, szybko analizując niezliczone kombinacje strukturalne w celu zidentyfikowania najskuteczniejszych rozwiązań. Takie podejście mogłoby również tchnąć nowe życie w poprzednich kandydatów na szczepionki, którzy byli obiecujący, ale zawiedli po prostu poprzez optymalizację ich nanostruktury. Dziedzina ta szybko się rozwija, a ponad 1000 produktów komercyjnych wykorzystuje już technologię SNA.
„Mogliśmy pominąć całkowicie akceptowalne składniki szczepionki po prostu dlatego, że były w niewłaściwej konfiguracji” – stwierdził Mirkin. „Możemy do nich wrócić, zrestrukturyzować je i zamienić w potężne narkotyki”.
Badania te wyznaczają zasadniczą zmianę w sposobie opracowywania szczepionek, od prostego mieszania do precyzyjnej nanoinżynierii. Konsekwencje wykraczają poza HPV i oferują nowe, potężne narzędzie w walce z rakiem i innymi chorobami.
