پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) ویروسی بی‌ضرر را به یک پلتفرم تحویل در مقیاس نانو مهندسی کرده‌اند که می‌تواند به ساخت واکسن‌های شخصی‌سازی‌شده سرطان کمک کند. با کنترل میزان تراکم پروتئین‌های هدف‌گیرنده سرطان روی ویروس، تیم ذرات واکسنی را توسعه داد که توسعه تومور را در موش‌ها به طور قابل توجهی کاهش داد.
این پلتفرم از یک فاژ باکتریایی اصلاح‌شده به نام M13 استفاده می‌کند، ویروسی که باکتری‌ها را آلوده می‌کند اما برای انسان بی‌ضرر است. این ویروس ساختاری بلند و رشته‌مانند به نام نانوالیاف تشکیل می‌دهد که می‌توان آن را با آنتی‌ژن‌ها، پروتئین‌هایی که به سیستم ایمنی کمک می‌کنند اهداف خاصی را شناسایی کنند، پوشاند.
پژوهشگران دریافتند که تنظیم غلظت این آنتی‌ژن‌ها روی ساختار ویروسی، میزان اثربخشی تحریک پاسخ ایمنی توسط واکسن را تغییر می‌دهد. این امر می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد ذرات را با آنتی‌ژن‌های مختلف برای هدف قرار دادن تومورهای بیماران خاص سفارشی کنند.
این مطالعه توسط پژوهشگران موسسه کوخ برای تحقیقات جامع سرطان در MIT هدایت شد. آنجلا بِلچِر، استاد مهندسی زیستی و علوم و مهندسی مواد، نویسنده ارشد بود، در حالی که شنگ‌نان هوانگ، دانشمند پژوهشی، کار را رهبری کرد.
تنظیم ساختار واکسن ویروسی
فاژ باکتریایی M13 از یک رشته DNA محاط در یک پوسته پروتئینی یا کپسید تشکیل شده است. پژوهشگران پروتئین کپسیدی به نام pVIII را اصلاح کردند و آنتی‌ژن‌های سرطان را با گنجاندن دستورالعمل‌های ژنتیکی مربوطه در ویروس، به سطح آن متصل نمودند.
با این حال، کنترل تعداد پروتئین‌های حامل آنتی‌ژن ظاهر شده روی ساختار ویروسی مهم بود. پژوهشگران دریافتند که افزودن یک یا دو اسید آمینه با بار منفی به پروتئین pVIII، چگالی آنتی‌ژن را افزایش می‌دهد. آن‌ها می‌توانستند با معرفی جهش ژنتیکی که تولید آنتی‌ژن را کند می‌کند، آن را بیشتر تنظیم کنند.
با استفاده از این تکنیک‌ها، تیم ذراتی تولید کرد که آنتی‌ژن مدل SIINFEKL را با چگالی‌هایی از ۶ تا ۷۰ درصد نمایش می‌دادند. هنگام آزمایش در موش‌ها، واکسنی با چگالی آنتی‌ژن ۳۵ درصد محافظت قوی‌تری نسبت به واکسنی با چگالی ۶ درصد ارائه داد.
موش‌هایی که واکسن با چگالی بالاتر دریافت کردند، پس از مواجهه با سلول‌های ملانوما حامل همان آنتی‌ژن، احتمال کمتری داشت که تومور توسعه دهند. آن‌ها همچنین سلول‌های T بیشتری را که پروتئین مرتبط با سرطان را هدف قرار می‌دادند، تولید کردند. پژوهشگران دریافتند که سلول‌های دندریتیک، که به فعال‌سازی سلول‌های T کمک می‌کنند، تمایل بیشتری به جذب ذرات با چگالی آنتی‌ژن بالاتر داشتند.
آزمایش محافظت در برابر تومورهای روده بزرگ
تیم همچنین این پلتفرم را با استفاده از ADPGK، یک نئوآنتی‌ژن که به طور خاص در تومورهای روده بزرگ در یک مدل موشی یافت می‌شود، آزمایش کرد. نئوآنتی‌ژن‌ها پروتئین‌هایی هستند که از تغییرات در سلول‌های سرطان ناشی می‌شوند و می‌توانند به سیستم ایمنی کمک کنند تا تومورها را از بافت سالم متمایز کند.
موش‌هایی که واکسن با چگالی بالاتر دریافت کردند، احتمال بسیار کمتری داشت که تومورهای روده بزرگ توسعه دهند، که نشان می‌دهد این پلتفرم می‌تواند برای هدف قرار دادن پروتئین‌های خاص سرطان‌های مختلف سازگار شود.
ویژگی دیگر این سیستم این است که ویروس M13 می‌تواند به عنوان ادجوانت واکسن خود عمل کند، ماده‌ای که پاسخ ایمنی را تقویت می‌کند. DNA تک‌رشته‌ای آن مسیری به نام TLR9 را فعال می‌کند که به تحریک سیستم ایمنی ذاتی بدن کمک می‌کند.
با اصلاح توالی ژنتیکی ویروس، پژوهشگران همچنین می‌توانستند این فعالیت ادجوانتی را کنترل کنند. این امر به طور بالقوه نیاز به افزودن یک ماده محرک ایمنی جداگانه به واکسن را حذف می‌کند.
رویکردی ماژولار برای درمان سرطان
طراحی ماژولار این پلتفرم به معنای آن است که پژوهشگران می‌توانند یک آنتی‌ژن را با دیگری جایگزین کنند تا انواع مختلفی از تومورها را هدف قرار دهند. این امر می‌تواند در نهایت از واکسن‌هایی متناسب با ویژگی‌های مولکولی خاص سرطان هر بیمار پشتیبانی کند.
یافته‌ها بر اساس کار قبلی تیم بنا شده‌اند که استفاده از نانواکسن‌های مبتنی بر M13 را برای درمان تومورهای تثبیت‌شده در موش‌ها بررسی می‌کرد. با این حال، در جدیدترین مطالعه، پژوهشگران عمدتاً توانایی واکسن در جلوگیری از توسعه تومور را آزمایش کردند.
این رویکرد همچنان در مرحله تحقیقات پیش‌بالینی قرار دارد. مطالعات بیشتری برای تعیین اینکه آیا می‌تواند به طور ایمن و موثر سرطان‌های تثبیت‌شده را درمان کند و آیا نتایج به انسان‌ها منتقل می‌شود، مورد نیاز خواهد بود.
این تحقیق در مجله Advanced Healthcare Materials منتشر شد.