Vacinas de origami se dobram para combater o câncer

Jul 11, 2023

Stephanie ingressou no Drug Discovery News como editora assistente em 2021. Ela obteve seu doutorado pela University of California Los Angeles em 2019 e escreveu para a Discover Magazine,...

Com uma dobra precisa sobre a outra, uma borboleta emerge do que antes era uma única folha de papel. A arte tradicional do origami dá vida aos animais de papel a partir de uma série de dobras complexas e delicadas. Inspirados pela precisão do origami, os bioengenheiros estenderam suas ideias a um meio muito mais antigo que o papel: o DNA. Ao fazer isso, eles criaram uma nova maneira de ajudar o sistema imunológico a combater o câncer.

DNA origami é como um tipo de plataforma plug and play. Você pode trocar o antígeno para adaptá-lo a diferentes tipos de câncer ou trocar o antígeno para adaptá-lo a doenças infecciosas. - Yang (Claire) Zeng, Wyss Institute for Biologicamente Inspirado Engenharia na Universidade de Harvard

Vacinas contra o câncer reúnem o sistema imunológico para matar tumores. Ao agrupar antígenos tumorais com adjuvantes para aumentar a resposta imune, as vacinas ativam as células T citotóxicas e amplificam outras vias imunes para matar as células tumorais. Com seus tamanhos pequenos e programação completa, as nanoestruturas de origami de DNA emergiram como um novo e melhorado sistema de administração de vacinas contra o câncer (2).

As vacinas de origami de DNA são pedaços de DNA de fita simples dobrados sobre si mesmos ou mantidos juntos com sequências curtas de DNA complementares. Esses filamentos de DNA podem se automontar em uma elegante nanoestrutura tridimensional. Usando programas de computador, os cientistas projetam estruturas de origami de DNA com dobras precisas e muitas vezes anexam moléculas a elas – como antígenos de vacinas e adjuvantes – em números e arranjos específicos. Devido ao seu pequeno tamanho, as células imunológicas absorvem facilmente essas nanoestruturas de origami, tornando-as um recipiente ideal para a entrega de vacinas.

"O origami de DNA é como um tipo de plataforma plug and play", disse Yang (Claire) Zeng, imunologista de câncer e bioengenheira do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Universidade de Harvard. "Você pode trocar o antígeno para adaptá-lo a diferentes tipos de câncer ou trocar o antígeno para adaptá-lo a doenças infecciosas".

Entregar carga para as células imunológicas certas nos momentos certos tem sido um dos maiores desafios enfrentados pelas vacinas contra o câncer. Com alguma engenharia inteligente, Baoquan Ding, um bioengenheiro do Centro Nacional de Nanociência e Tecnologia, e sua equipe projetaram uma solução na forma de um rigatoni com uma surpresa dentro (3).

Usando camundongos, Ding e sua equipe injetaram sua vacina de origami de DNA sob a pele. As nanoestruturas trafegaram para os gânglios linfáticos, locais repletos de células dendríticas prontas para receber a vacina. Nos gânglios linfáticos, "as células do sistema imunológico basicamente engolirão essa estrutura" em um endossomo, disse ele.

Com o pH mais ácido dentro do endossomo em comparação com o ambiente celular externo, a estrutura de origami tubular de DNA de Ding se divide longitudinalmente ao longo de sua costura e se achata em uma folha retangular. Essa transformação deliberada do portador de origami de DNA revela os componentes da vacina contra o câncer precisamente quando e onde eles são necessários: dentro das células imunológicas. Em sua orientação plana e ativada, o antígeno específico do tumor e dois adjuvantes diferentes aumentam a resposta da célula imune às células tumorais.

É uma tecnologia bastante poderosa, mas ainda está em um estágio inicial. – Baoquan Ding, Centro Nacional de Nanociência e Tecnologia

Algumas vacinas requerem nanopartículas lipídicas (LNPs) para entregar seus componentes vacinais em células dendríticas, como as vacinas SARS-CoV-2 produzidas pela Moderna e Pfizer-BioNTech, mas as LNPs nunca são exatamente do mesmo tamanho.

"Se seu tamanho é de cerca de 100 nanômetros, eles são sempre menos ou mais 30 nanômetros. Seu tamanho não é preciso", disse Ding. Por causa disso, "você não sabe quantas moléculas de mRNA estão dentro da partícula".

No entanto, para vacinas de origami de DNA, "o tamanho, a forma, a geometria e o peso molecular dos poros são muito precisos - até o nível de base única. E então podemos controlar com precisão o número de adjuvantes e antígenos encapsulados dentro de nossas estruturas de origami". ele adicionou. Essa precisão permite que as células que recebem a vacina produzam uma resposta imune consistente.