Vacinas à base de origami de DNA [Wyss Institute]
O ingrediente central das vacinas terapêuticas contra o câncer são os antígenos, que são preferencialmente produzidos ou recém-produzidos (neoantígenos) pelas células tumorais e permitem que o sistema imunológico do paciente pesquise e destrua as células cancerosas. Na maioria dos casos, esses antígenos não podem agir sozinhos e precisam da ajuda de moléculas adjuvantes que disparam um sinal de alarme geral nas células apresentadoras de antígenos.
Agora, uma equipe de pesquisa criou uma plataforma de origami de DNA – DoriVac – cujo componente central é uma nanoestrutura em forma de bloco quadrado automontável. A uma face do bloco quadrado, números definidos de moléculas adjuvantes podem ser anexados em padrões nanoprecisos altamente ajustáveis, enquanto a face oposta pode se ligar a antígenos tumorais.
Em um novo estudo, as vacinas DoriVac permitiram que camundongos portadores de tumores controlassem melhor o crescimento de tumores e sobrevivessem significativamente mais do que os camundongos controle. É importante ressaltar que os efeitos do DoriVac também se sinergizados com os dos inibidores de checkpoint imunológico, uma imunoterapia de grande sucesso já amplamente utilizada na clínica.
Os resultados foram publicados na Nature Nanotechnology, no artigo "Fine tuning of CpG spatial distribution with DNA origami for improved cancer vaccination".
"A plataforma DoriVac é nosso primeiro exemplo da busca pelo que chamamos de Robótica Molecular – moléculas sintéticas bioinspiradas que têm forma e função programáveis – pode levar a terapêuticas totalmente novas e poderosas", disse o diretor fundador do Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, PhD, que também é professor de biologia vascular na Harvard Medical School (HMS). "Essa tecnologia abre um caminho totalmente novo para o desenvolvimento de vacinas com propriedades adaptadas para atender a desafios clínicos específicos. Esperamos ver sua rápida tradução para a clínica", disse Ingber.
O estudo apresenta descobertas de que moléculas de um adjuvante conhecido como CpG (espaçadas exatamente 3,5 nm entre si) resultaram na estimulação mais benéfica de APCs que induziram um perfil altamente desejável de células T. O perfil das células T incluiu células T citotóxicas, células T polarizadas Th-1 e células T de memória.
O adjuvante CpG é uma fita sintética de DNA composta por motivos nucleotídicos CpG repetidos que imitam o material genético de patógenos bacterianos e virais invasores de células imunes. Como seus homólogos naturais, os adjuvantes CpG se ligam ao TLR9 em células imunes, o que, por sua vez, induz uma resposta imune inflamatória (inata) que funciona em conjunto com a resposta imune induzida por antígeno (adaptativa).
"Sabíamos por trabalhos anteriores que, para desencadear fortes respostas inflamatórias, os receptores TLR9 precisam dimerizar e se agregar em complexos multiméricos que se ligam a múltiplas moléculas de CpG. As distâncias nanoescala entre os domínios de ligação de CpG em montagens TLR9 eficazes reveladas pela análise estrutural caíram bem na faixa do que hipotetizamos que poderíamos espelhar com estruturas de origami de DNA apresentando moléculas de CpG precisamente espaçadas", explicou Yang (Claire) Zeng, MD, PhD, que era instrutor em medicina na época do estudo e agora é cientista sênior do Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) e da Harvard Medical School.
Zeng e a equipe fabricaram vacinas DoriVac nas quais diferentes números de fitas de CpG foram espaçadas em 2,5, 3,5, 5 ou 7 nm de distância uma da outra em uma face do bloco quadrado, e um antígeno modelo foi anexado à face oposta. Eles protegeram suas estruturas de serem degradadas no corpo usando um método de modificação química. Quando internalizadas por diferentes tipos de APCs, incluindo células dendríticas (DCs), que orquestram respostas de células T direcionadas a tumores, as vacinas DoriVac melhoraram a captação de antígenos em comparação com controles constituídos por moléculas livres de antígenos. Um espaçamento CpG de 3,5 nm produziu as respostas mais fortes e benéficas em APCs, e superou significativamente uma vacina de controle contendo apenas moléculas livres de CpG.
"Ficamos entusiasmados em descobrir que a vacina DoriVac induziu preferencialmente um estado de ativação imune que suporta a imunidade antitumoral, que é o que os pesquisadores geralmente querem ver em uma boa vacina", disse Zeng.
Além do espaçamento, os números de moléculas de CpG nas vacinas DoriVac também foram importantes. A equipe testou vacinas contendo entre 12 a 63 moléculas de CpG espaçadas de forma ideal e descobriu que 18 moléculas de CpG forneciam a melhor ativação de APC. Isso significa que sua abordagem também pode ajudar a limitar a dosagem de moléculas de CpG e, assim, minimizar os efeitos colaterais tóxicos comumente observados observados com adjuvantes.
Estas tendências in vitro traduziram-se em modelos tumorais in vivo de camundongos. Quando injetadas profilaticamente sob a pele de camundongos, as vacinas DoriVac se acumularam nos linfonodos mais próximos, onde estimularam DCs. Uma vacina carregada com um antígeno de melanoma impediu o crescimento de células de melanoma agressivas posteriormente injetadas. Enquanto todos os animais de controle haviam sucumbido ao câncer até o 42º dia do experimento, todos os animais protegidos por DoriVac estavam vivos. As vacinas DoriVac também inibiram o crescimento tumoral em camundongos nos quais a formação de tumores de melanoma já estava em andamento, com um espaçamento de 3,5 nm de 18 moléculas de CpG novamente fornecendo efeitos máximos nas células DC e T, e a redução mais forte no crescimento do tumor.
Em seguida, a equipe perguntou se as vacinas DoriVac também poderiam aumentar as respostas imunes produzidas por pequenos "neoantígenos" emergentes em tumores de melanoma. Os neoantígenos são alvos ideais, pois são formados exclusivamente por células tumorais. No entanto, muitas vezes eles próprios não são muito imunogênicos, o que torna os adjuvantes altamente eficazes um componente importante nas vacinas de neoantígenos. Uma vacina DoriVac personalizada com quatro neoantígenos permitiu que os pesquisadores suprimissem significativamente o crescimento do tumor em camundongos que produziram os neoantígenos.
Finalmente, os pesquisadores perguntaram se o DoriVac poderia sinergizar com a terapia de checkpoint imunológico, que reativa células T que foram silenciadas em tumores. Em camundongos, as duas terapias combinadas resultaram na regressão total dos tumores de melanoma e impediram que eles voltassem a crescer quando os animais foram expostos às mesmas células tumorais novamente quatro meses depois. Os animais haviam construído uma memória imunológica do tumor. A equipe obteve uma eficácia vacinal semelhante em um modelo de linfoma de camundongo.
"Imaginamos que, no futuro, antígenos identificados em pacientes com diferentes tipos de tumores possam ser rapidamente carregados em origami de DNA pré-fabricado, contendo adjuvante para permitir vacinas de câncer personalizadas altamente eficazes que podem ser emparelhadas com inibidores de ponto de verificação aprovados pela FDA em terapias combinadas", disse William Shih, PhD, professor do HMS e do departamento de biologia do câncer do DFCI.
A equipe está atualmente traduzindo a plataforma DoriVac para sua aplicação clínica, que é apoiada pela avaliação do estudo da distribuição de vacinas e anticorpos direcionados à vacina em camundongos, bem como citocinas produzidas por células imunes em resposta às vacinas in vivo.
Comentários