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工程师使用DNA折纸识别疫苗设计规则

马萨诸塞州剑桥市-麻省理工学院的研究人员通过将DNA折叠成病毒样结构,设计出了类似HIV的颗粒,从而激发了实验室培养皿中人类免疫细胞的强烈免疫反应。这样的颗粒最终可以用作HIV疫苗。

紧密模仿病毒大小和形状的DNA颗粒涂有HIV蛋白或抗原,以精确的模式排列,旨在引起强烈的免疫反应。研究人员现在正在努力适应这种方法,以开发出用于SARS-CoV-2的潜在疫苗,并且他们预计该疫苗可以用于多种病毒性疾病。

Underwood-Prescott教授是生物工程与材料科学与工程学系的任命,达雷尔·欧文(Darrell Irvine)说:“这项工作开始产生的粗略设计规则应普遍适用于疾病抗原和疾病。”麻省理工学院科赫综合癌症研究所副所长;也是MGH,MIT和哈佛Ragon研究所的成员。

麻省理工学院生物工程学教授,麻省理工学院广泛研究所和哈佛大学的准会员Irvine和Mark Ba​​the是该研究的高级作者,该研究今天发表在《自然纳米技术》上。该论文的主要作者是前MIT博士后RémiVeneziano和Tyson Moyer。

DNA设计

由于DNA分子高度可编程,自1980年代以来,科学家一直在研究可用于药物输送和许多其他应用的DNA分子的设计方法,最近使用的是一种称为DNA折纸的技术,该技术是由Caltech的Paul Rothemund于2006年发明的。

2016年,Bathe的实验室开发了一种算法,该算法可以使用DNA折纸自动设计和构建任意三维病毒状形状。这种方法可以精确控制合成DNA的结构,使研究人员可以在特定位置附着各种分子,例如病毒抗原。

Bathe说:“ DNA结构就像一个钉板,抗原可以在任何位置附着。”这些病毒样颗粒现在使我们首次揭示了免疫细胞识别的基本分子原理。”

天然病毒是具有排列在颗粒表面上的抗原的纳米颗粒,并且认为免疫系统(特别是B细胞)已经进化为有效地识别这种颗粒抗原。现在正在开发模仿天然病毒结构的疫苗,这种纳米颗粒疫苗被认为对产生B细胞免疫反应非常有效,因为它们的大小合适,可以携带到淋巴管中,然后直接将其发送到B细胞中等待在淋巴结。颗粒的大小也合适,可以与B细胞相互作用,并且可以呈现出密集的病毒颗粒阵列。

然而,确定合适的粒度,抗原之间的间隔以及每个粒子的抗原数量以最佳地刺激B细胞(B细胞通过其B细胞受体与靶抗原结合)一直是一个挑战。Bathe和Irvine着手使用这些DNA支架来模拟这种病毒和疫苗的颗粒结构,以期希望找到用于B细胞活化的最佳颗粒设计。

欧文说:“使用病毒样颗粒结构引起了人们极大的兴趣,在这种结构中,您可以获取疫苗抗原并将其排列在颗粒表面上,以驱动最佳的B细胞反应。”“但是,关于如何设计这种显示器的规则实际上并没有被很好地理解。”

其他研究人员已尝试使用其他种类的合成颗粒(例如聚合物,脂质体或自组装蛋白)制造亚单位疫苗,但是使用这些材料,不可能像DNA折纸一样精确地控制病毒蛋白的位置。

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