I vaccini origami si ripiegano per combattere il cancro

Jul 11, 2023

Stephanie è entrata a far parte di Drug Discovery News come assistente redattore nel 2021. Ha conseguito il dottorato di ricerca presso l'Università della California a Los Angeles nel 2019 e ha scritto per Discover Magazine,...

Con una piega precisa sopra l'altra, una farfalla emerge da quello che una volta era un unico foglio di carta. La tradizionale arte degli origami dà vita agli animali di carta attraverso una serie di pieghe intricate e delicate. Ispirati dalla precisione degli origami, i bioingegneri hanno esteso le proprie idee a un mezzo molto più antico della carta: il DNA. In tal modo, hanno creato un nuovo modo per aiutare il sistema immunitario a combattere il cancro.

L'origami del DNA è come una sorta di piattaforma plug and play. È possibile sostituire l'antigene per adattarlo a diversi tumori o sostituire l'antigene per adattarlo alle malattie infettive. - Yang (Claire) Zeng, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering presso l'Università di Harvard

I vaccini contro il cancro stimolano il sistema immunitario a uccidere i tumori. Raggruppando gli antigeni tumorali insieme agli adiuvanti per aumentare la risposta immunitaria, i vaccini attivano le cellule T citotossiche e amplificano altri percorsi immunitari per uccidere le cellule tumorali. Con le loro piccole dimensioni e la completa programmabilità, le nanostrutture di origami di DNA sono emerse come un nuovo e migliorato sistema di somministrazione del vaccino contro il cancro (2).

I vaccini origami a DNA sono pezzi di DNA a filamento singolo ripiegati su se stessi o tenuti insieme da brevi sequenze di DNA complementari. Questi filamenti di DNA possono autoassemblarsi in un'elegante nanostruttura tridimensionale. Utilizzando programmi informatici, gli scienziati progettano strutture di origami di DNA con pieghe precise e spesso vi attaccano molecole – come antigeni e adiuvanti dei vaccini – in numeri e disposizioni specifici. A causa delle loro piccole dimensioni, le cellule immunitarie assorbono facilmente queste nanostrutture di origami, rendendole un contenitore ideale per la somministrazione di vaccini.

"L'origami del DNA è come una sorta di piattaforma plug and play", ha affermato Yang (Claire) Zeng, immunologo del cancro e bioingegnere presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard. "È possibile sostituire l'antigene per adattarlo a diversi tumori o sostituire l'antigene per adattarlo alle malattie infettive".

Fornire il carico alle cellule immunitarie giuste al momento giusto è stata una delle maggiori sfide che i vaccini contro il cancro devono affrontare. Con un po' di ingegneria intelligente, Baoquan Ding, un bioingegnere del Centro nazionale per le nanoscienze e la tecnologia, e il suo team hanno progettato una soluzione a forma di rigatoni con una sorpresa all'interno (3).

Usando i topi, Ding e il suo team hanno iniettato il loro vaccino origami a DNA sotto la pelle. Le nanostrutture vengono trafficate verso i linfonodi, siti brulicanti di cellule dendritiche pronte ad accogliere il vaccino. Nei linfonodi, "le cellule del sistema immunitario sostanzialmente inghiottiranno questa struttura" in un endosoma, ha detto.

Con il pH più acido all'interno dell'endosoma rispetto all'ambiente cellulare esterno, la struttura tubolare dell'origami del DNA di Ding si divide longitudinalmente lungo la sua cucitura e si appiattisce in un foglio rettangolare. Questa trasformazione deliberata del DNA trasportatore dell'origami rivela i componenti del vaccino contro il cancro proprio quando e dove sono necessari: all'interno delle cellule immunitarie. Nel suo orientamento piatto e attivato, l'antigene tumore-specifico e due diversi adiuvanti migliorano la risposta delle cellule immunitarie alle cellule tumorali.

È una tecnologia piuttosto potente, ma è ancora in una fase iniziale. – Baoquan Ding, Centro nazionale per le nanoscienze e la tecnologia

Alcuni vaccini richiedono nanoparticelle lipidiche (LNP) per fornire i loro componenti vaccinali nelle cellule dendritiche, come i vaccini SARS-CoV-2 prodotti da Moderna e Pfizer-BioNTech, ma gli LNP non hanno mai esattamente le stesse dimensioni.

"Se la loro dimensione è di circa 100 nanometri, sono sempre meno o più di 30 nanometri. La loro dimensione non è precisa", ha detto Ding. Per questo motivo "non sai quante molecole di mRNA ci sono all'interno della particella".

Per i vaccini a DNA origami, tuttavia, "la dimensione dei pori, la forma, la geometria e il peso molecolare sono molto precisi, fino al livello della singola base. E quindi possiamo controllare con precisione il numero di adiuvanti e quindi di antigeni incapsulati all'interno delle nostre strutture origami", Ha aggiunto. Questa precisione consente alle cellule che assumono il vaccino di produrre una risposta immunitaria coerente.