基于 DNA 分子的复杂合成疫苗诞生了

为了寻找制造更安全、更有效的疫苗的方法，亚利桑那州立大学生物设计研究所的科学家们转向了DNA纳米技术领域，以创造一种全新类型的合成疫苗。

在最近发表在《纳米快报》上的一项研究中，生物工程研究所的免疫学家张勇与著名DNA纳米技术专家颜浩等同事合作，合成了世界上第一个疫苗复合物，它可以通过放置在自组装的三维DNA纳米结构上安全有效地运送到目标部位。

“当郝教授建议我们不要将DNA视为遗传物质，而应将其视为一个工作平台时，我就萌生了将这种方法应用于免疫学的想法，”常教授说道。常教授是生命科学学院副教授，也是生物工程研究所传染病和疫苗中心的研究员。“这将为我们利用DNA载体制造合成疫苗提供绝佳的机会。”

“最大的问题是：它安全吗？我们想要创建一组能够在体内触发安全而强大的免疫反应的分子。由于郝教授的团队过去几年一直在设计各种DNA纳米结构，我们开始合作，寻找这些结构的潜在医疗应用。”

亚利桑那州科学家提出的方法的独特之处在于抗原载体是DNA分子。

该多学科研究团队还包括亚利桑那大学生物化学研究生、论文第一作者刘晓伟、徐阳教授、生物化学讲师刘岩、生物科学学院学生克雷格·克利福德和中国四川大学研究生余涛。

张教授指出，疫苗接种的广泛应用是公共卫生领域最重大的胜利之一。疫苗的研制依赖于基因工程，利用刺激免疫系统的蛋白质构建类似病毒的颗粒。这些颗粒的结构与真实病毒相似，但不含有导致疾病的危险遗传成分。

DNA纳米技术的一个重要优势是，它能够赋予生物分子二维或三维形状，能够使用非常精确的方法创造出能够执行体内天然分子典型功能的分子。

“我们尝试了不同大小和形状的DNA纳米结构，并在其中添加了生物分子，以观察人体的反应，”生物工程研究所化学与生物化学系主任、单分子生物物理中心研究员杨教授解释说。通过一种被科学家们称为“仿生学”的方法，他们测试的疫苗复合物的大小和形状与天然病毒颗粒的大小和形状相近。

为了证明其概念的可行性，研究人员将免疫刺激蛋白链霉亲和素 (STV) 和免疫增强药物 CpG 寡脱氧核苷酸附着到单独的金字塔分支 DNA 结构上，最终使他们能够获得合成疫苗复合物。

研究团队首先需要证明目标细胞能够吸收纳米结构。通过将发光标记分子附着到纳米结构上，科学家们能够验证纳米结构是否在细胞内找到了正确的位置，并保持稳定数小时——这足以触发免疫反应。

随后，在小鼠实验中，科学家们致力于将疫苗“有效载荷”递送至人体免疫反应链中的第一环细胞，协调抗原呈递细胞（包括巨噬细胞、树突状细胞和B细胞）等不同组成部分之间的相互作用。纳米结构进入细胞后，会被“分析”并“展示”在细胞表面，以便被T细胞（在触发人体防御反应中发挥核心作用的白细胞）识别。反过来，T细胞会帮助B细胞产生针对外来抗原的抗体。

为了可靠地测试所有变体，研究人员向细胞中注射了完整的疫苗复合物和单独的 STV 抗原，以及与 CpG 增强子混合的 STV 抗原。

经过70天的实验，科学家们发现，接受全效疫苗复合物免疫的小鼠表现出的免疫反应比CpG/STV混合物诱导的免疫反应强9倍。最显著的反应是由四面体（金字塔形）结构引发的。然而，对疫苗复合物的免疫反应不仅被确认为特异性（即机体对实验者使用的特定抗原的反应）和有效，而且也是安全的，这通过对引入细胞的“空”DNA（不携带生物分子）没有免疫反应得到证实。

“我们非常高兴，”张说。“看到我们预测的结果真是太棒了。这在生物学中并不常见。”

制药行业的未来在于靶向药物

目前，该团队正在研究一种利用DNA平台刺激特定免疫细胞触发免疫反应的新方法。这项新技术可用于研制由多种活性药物组成的疫苗，以及改变靶点来调节免疫反应。

此外，新技术还有潜力开发新的靶向治疗方法，特别是生产“靶向”药物，这些药物可以输送到严格指定的身体部位，因此不会产生危险的副作用。

最后，尽管 DNA 领域仍处于起步阶段，但亚利桑那州研究人员的科学工作对医学、电子和其他领域具有重要的实际意义。

常和杨承认，他们的疫苗方法仍有许多需要学习和优化的地方，但他们的发现的价值毋庸置疑。“有了概念验证，我们现在可以生产含有无限量抗原的合成疫苗了，”常总结道。

这项研究的资金支持由美国国防部和国立卫生研究院提供。

[ 1 ]、[ 2 ]、[ 3 ]、[ 4 ]、[ 5 ]、[ 6 ]、[ 7 ]、[ 8 ]、[ 9 ]