Инженеры Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) разработали и протестировали на мышах вакцины от лихорадки Эбола, гриппа H1N1 и токсоплазмоза. Новые вакцины состоят из цепочек рибонуклеиновой кислоты, которые можно заставить кодировать любой вирусный или бактериальный белок. РНК встраивают в молекулу, которая доставляет её в клетки, где она синтезирует нужные белки и вызывает иммунный ответ организма-хозяина. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Этот подход позволяет изготовить вакцину от новых заболеваний всего за семь дней. Мы сможем бороться с внезапными вспышками заболеваний или оперативно вносить изменения в состав», — говорит Дэниел Андерсон (Daniel Anderson), ведущий автор исследования.
Традиционные вакцины содержат инактивированные вирусы или другие микроорганизмы. Производство таких препаратов занимает много времени, и в редких случаях они приводят к развитию осложнений. Некоторые вакцины используют производимые микробами белки, однако они не всегда вызывают достаточный иммунный ответ, и учёным приходится искать адъювант — вещество, которое его усиливает. Вакцины на основе РНК вызывают более мощную реакцию организма, потому что заставляют клетки производить множество копий закодированного в них белка.
Идея о том, чтобы приспособить рибонуклеиновую кислоту к производству вакцин, не нова — учёные думают об этом уже около 30 лет. Однако нужно было найти эффективный и безопасный способ доставить её молекулы в организм. Учёные из МТИ «упаковали» РНК в наночастицы, изготовленные из дендримера — полимера с ветвистой структурой. Исследователи придали материалу положительный заряд, и он соединился с отрицательно заряженной РНК. «Свернув» эту конструкцию много раз, учёные получили сферические частицы диаметром около 150 нанометров, близкие по размеру к вирусам. В результате препарат может проникать в клетки, используя те же поверхностные белки, что и патогены.
Когда частицы попадут в клетки, на матрице РНК синтезируется белок, который затем вызовет иммунный ответ. Тесты показали, что вакцина активирует и клеточный, и гуморальный иммунитет. Мыши, которым однократно вводили одну из вакцин, столкнувшись с настоящими возбудителями Эболы, гриппа H1N1 и токсоплазмоза не проявляли никаких симптомов.
Исследователи считают, что новая разработка безопаснее, чем вакцины на основе ДНК, поскольку, в отличие от ДНК, РНК не может встроиться в ген организма-хозяина и вызвать мутации. Они планируют запатентовать свою технологию и ввести её в серийное производство. Помимо уже разработанных, учёные надеются создать вакцины от вируса Зика и болезни Лайма.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трёх основных макромолекул, которые содержатся в клетках всех живых организмов. Как и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют матричные РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.
Дендример (или арборол) — макромолекула с симметричной древообразной с регулярными ветвлениями структурой. Дендримеры часто называют полимерами нового поколения, им предсказывают большое будущее как материалам специального назначения. Их уже используют для калибровки в масс-спектрометрии, электронной и атомной спектроскопии, ультрафильтрации.
