Ao dobrar o DNA em uma estrutura semelhante a um va­rus, os pesquisadores do MIT projetarampartículas semelhantes ao HIV que provocam uma forte resposta imune das células imunes humanas cultivadas em um laboratório. Taispartículas podem eventualmente ser usadas como uma vacina contra o HIV.

Aspartículas de DNA, que imitam de perto o tamanho e a forma dos va­rus, são revestidas com protea­nas ou anta­genos do HIV, dispostas em padraµes precisos, projetados para provocar uma forte resposta imune. Os pesquisadores estãoagora trabalhando na adaptação dessa abordagem para desenvolver uma vacina potencial para o SARS-CoV-2, e eles antecipam que poderia funcionar para uma ampla variedade de doenças virais.

"As regras grosseiras de design que comea§am a sair deste trabalho devem ser genericamente aplica¡veis ​​a anta­genos e doena§as", diz Darrell Irvine, professor de Underwood-Prescott com nomeações nos departamentos de Engenharia Biola³gica e Ciência e Engenharia de Materiais; um diretor associado do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Ca¢ncer do MIT; e membro do Instituto Ragon de MGH, MIT e Harvard.

Irvine e Mark Bathe, professor de engenharia biológica do MIT e membro associado do Broad Institute of MIT e Harvard, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Nature Nanotechnology . Os principais autores do artigo são ex-pa³s-docs do MIT, Ranãmi Veneziano e Tyson Moyer.

Como as moléculas de DNA são altamente programa¡veis, os cientistas vão trabalhando desde a década de 1980 em manãtodos para projetar moléculas de DNA que poderiam ser usadas para a entrega de medicamentos e muitas outras aplicações, mais recentemente usando uma técnica chamada origami de DNA que foi inventada em 2006 por Paul Rothemund da Caltech. .

Em 2016, o laboratório de Bathe desenvolveu um algoritmo que pode projetar e criar automaticamente formas arbitra¡rias tridimensionais semelhantes a va­rus usando origami de DNA. Esse manãtodo oferece controle preciso sobre a estrutura do DNA sintanãtico, permitindo que os pesquisadores anexem uma variedade de molanãculas, como anta­genos virais, em locais específicos.

"A estrutura do DNA écomo um quadro onde os anta­genos podem ser conectados em qualquer posição", diz Bathe. "Essaspartículas semelhantes a va­rus nos permitiram revelar princa­pios moleculares fundamentais de reconhecimento de células imunes pela primeira vez".

Os va­rus naturais são nanoparta­culas com anta­genos dispostos nasuperfÍcie daspartículas, e acredita-se que o sistema imunológico (especialmente as células B) tenha evolua­do para reconhecer eficientemente esses anta­genos particulados. As vacinas estãoagora sendo desenvolvidas para imitar estruturas virais naturais, e acredita-se que essas vacinas com nanoparta­culas são muito eficazes na produção de uma resposta imune das células B porque são do tamanho certo para serem transportadas para os vasos linfa¡ticos, que as enviam diretamente para as células B que esperam nos ga¢nglios linfa¡ticos. Aspartículas também são do tamanho certo para interagir com as células B e podem apresentar uma matriz densa departículas virais.

No entanto, determinar o tamanho certo de parta­cula, espaa§amento entre anta­genos e número de anta­genos por parta­cula para estimular de maneira ideal as células B (que se ligam aos anta­genos alvo atravanãs de seus receptores de células B) tem sido um desafio. Bathe e Irvine decidiram usar esses suportes de DNA para imitar essas estruturas departículas virais e vacinais, na esperana§a de descobrir os melhores projetos departículas para a ativação das células B.

"Ha¡ muito interesse no uso de estruturas departículas semelhantes a va­rus, nas quais vocêpega um anta­geno da vacina e o coloca nasuperfÍcie de uma parta­cula, para obter respostas a³timas das células B", diz Irvine. "No entanto, as regras de como projetar essa tela realmente não são bem compreendidas."

Outros pesquisadores tentaram criar vacinas de subunidades usando outros tipos departículas sintanãticas, como polímeros, lipossomas ou protea­nas de auto-montagem, mas com esses materiais, não épossí­vel controlar a colocação de protea­nas virais tão precisamente quanto no origami de DNA.

Para este estudo, os pesquisadores projetarampartículas icosaanãdricas com tamanho e formato semelhantes aos de um va­rus ta­pico. Eles anexaram um anta­geno de HIV manipulado relacionado a  protea­na gp120 ao andaime em várias distâncias e densidades. Para sua surpresa, eles descobriram que as vacinas que produziam a resposta mais forte das células B não eram necessariamente aquelas que embalavam os anta­genos o mais pra³ximo possí­vel dasuperfÍcie do andaime.

“Supaµe-se frequentemente que quanto maior a densidade do anta­geno, melhor, com a ideia de aproximar o ma¡ximo possí­vel os receptores de células B o que impulsiona a sinalização. No entanto, o resultado experimental, que ficou muito claro, foi que, na verdade, o espaa§amento mais pra³ximo possí­vel que pudemos fazer não era o melhor. E, a  medida que vocêaumenta a distância entre dois anta­genos, a sinalização aumenta ”, diz Irvine.

Os resultados deste estudo tem o potencial de orientar o desenvolvimento da vacina contra o HIV, uma vez que o anta­geno usado atualmente estãosendo testado em um ensaio cla­nico em humanos, usando um suporte de nanoparta­culas de protea­nas.

Com base em seus dados, os pesquisadores do MIT trabalharam com Jayajit Das, professor de imunologia e microbiologia da Ohio State University, para desenvolver um modelo para explicar por que distâncias maiores entre anta­genos produzem melhores resultados. Quando os anta­genos se ligam aos receptores nasuperfÍcie das células B, os receptores ativados se cruzam dentro da canãlula, melhorando sua resposta. No entanto, o modelo sugere que, se os anta­genos estiverem muito pra³ximos, essa resposta serádiminua­da.

Nos últimos meses, o laboratório de Bathe criou uma variante dessa vacina com os laboratórios Aaron Schmidt e Daniel Lingwood do Instituto Ragon, nos quais eles trocaram os anta­genos do HIV por uma protea­na encontrada nasuperfÍcie do va­rus SARS-CoV-2. Agora eles estãotestando se esta vacina produzira¡ uma resposta eficaz contra o coronava­rus SARS-CoV-2 em células B isoladas e em camundongos.

"Nossa tecnologia de plataforma permite que vocêtroque facilmente diferentes anta­genos e pepta­deos de subunidades de diferentes tipos de va­rus para testar se eles podem ser potencialmente funcionais como vacinas", diz Bathe.

Como essa abordagem permite que anta­genos de va­rus diferentes sejam transportados no mesmo suporte de DNA, pode ser possí­vel projetar variantes que tenham como alvo vários tipos de coronava­rus, incluindo variantes passadas e potencialmente futuras que possam surgir, dizem os pesquisadores.

Recentemente, Bathe recebeu uma concessão do fundo Fast Grants Covid-19 para desenvolver sua vacina contra SARS-CoV-2. A pesquisa sobre o HIV apresentada no artigo da Nature Nanotechnology foi financiada pelo Human Frontier Science Program, pelo US Office of Naval Research, pelo US Army Research Office pelo Instituto de Nanotecnologias de Soldados do MIT, pelo Ragon Institute e pelo National Institutes of Health dos EUA.