Pesquisadores do Wyss Institute de Harvard e do Dana-Farber Cancer Institute relataram que uma plataforma de vacina baseada em origami de DNA chamada DoriVac gerou respostas imunológicas robustas em camundongos e em um modelo de "chip de órgão" de linfonodo humano. A equipe afirma que a abordagem poderia ser mais fácil de armazenar e fabricar do que as vacinas de mRNA fornecidas por nanopartículas lipídicas, embora o trabalho ainda seja pré-clínico. Os resultados foram publicados na Nature Biomedical Engineering.
As vacinas de mRNA desempenharam um papel central na resposta à COVID-19. Após os testes clínicos, a primeira dose da vacina de mRNA contra a COVID-19 foi administrada em 8 de dezembro de 2020. Posteriormente, os pesquisadores estimaram, por meio de modelagem matemática, que a vacinação contra a COVID-19 evitou pelo menos 14,4 milhões de mortes em todo o mundo durante o primeiro ano do programa global de vacinação (8 de dezembro de 2020 a 8 de dezembro de 2021), usando como resultado as mortes por COVID-19 oficialmente relatadas.
Mesmo com a expansão das plataformas de mRNA, os estudos sobre a vacinação contra a COVID-19 destacaram restrições práticas e biológicas que podem complicar o uso contínuo. O Instituto Wyss observa que a proteção pode variar entre os indivíduos e não dura indefinidamente, e que o surgimento contínuo de variantes do SARS-CoV-2 pode reduzir a eficácia da vacina o suficiente para exigir atualizações. O instituto também aponta a complexidade e o custo de fabricação, os desafios no controle da quantidade de mRNA que é empacotada em nanopartículas lipídicas e os requisitos de armazenamento a frio; ele também cita possíveis efeitos não intencionais "fora do alvo".
Diante desse cenário, uma equipe multidisciplinar do Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering da Universidade de Harvard, do Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) e de instituições parceiras testou um conceito alternativo baseado na nanotecnologia de origami de DNA. A plataforma, chamada DoriVac, foi projetada para funcionar tanto como vacina quanto como adjuvante, organizando com precisão os componentes estimulantes do sistema imunológico em nanoestruturas de DNA dobradas.
Os pesquisadores criaram o DoriVac a partir de minúsculas estruturas quadradas de DNA que se automontam. De acordo com a descrição do trabalho feita pelo Wyss Institute, uma face da estrutura apresenta moléculas adjuvantes com espaçamento nanométrico cuidadosamente controlado, enquanto a face oposta exibe antígenos selecionados, incluindo uma região peptídica conservada conhecida como heptad repeat 2 (HR2), encontrada em proteínas de pico de vários vírus.
Em estudos com camundongos, uma vacina DoriVac direcionada para o SARS-CoV-2 usando um antígeno HR2 desencadeou uma forte atividade imunológica, incluindo respostas dirigidas por anticorpos (humorais) e por células T (celulares). A equipe relatou aumentos nas células B produtoras de anticorpos, células dendríticas apresentadoras de antígenos ativadas e memória específica de antígeno e populações de células T citotóxicas.
Para se aproximar melhor da biologia imunológica humana, o grupo também testou a abordagem em um modelo humano pré-clínico usando a tecnologia de chip de órgão microfluídico do Wyss Institute configurada para simular um linfonodo humano (um "chip de LN humano"). Nesse sistema, a vacina SARS-CoV-2 HR2 DoriVac ativou as células dendríticas humanas e aumentou a produção de citocinas inflamatórias em comparação com os componentes "sem origami", além de aumentar o número de células T CD4+ e CD8+ com várias funções de proteção.
O estudo também avaliou uma formulação DoriVac que apresentava a proteína spike completa do SARS-CoV-2. Em camundongos, usando uma abordagem de reforço, os pesquisadores a compararam com as vacinas de mRNA da Moderna e da Pfizer/BioNTech fornecidas por meio de nanopartículas lipídicas que codificam a mesma proteína spike, e relataram respostas semelhantes de células T antivirais e de células B produtoras de anticorpos.
William Shih, membro do corpo docente do Wyss Institute e coautor da correspondência, disse que a plataforma oferece "controle sem precedentes sobre a composição da vacina" e pode ser programada para moldar o reconhecimento imunológico nas células imunológicas visadas. Yang (Claire) Zeng, primeira autora e coautora correspondente, disse que a equipe observou uma ativação mais ampla da imunidade humoral e celular do que a que poderia ser obtida com componentes comparáveis não dispostos na estrutura de origami de DNA. Donald Ingber, outro autor correspondente, disse que o chip de linfonodo humano ofereceu um campo de testes cujos perfis e atividades imunes específicos de antígenos induzidos provavelmente refletem o que ocorreria em receptores humanos.
Os pesquisadores argumentaram que as vacinas de DNA origami poderiam oferecer vantagens práticas para distribuição e produção, incluindo a redução da dependência de armazenamento em cadeia fria e a possibilidade de evitar alguns desafios de fabricação associados às vacinas de mRNA formuladas com nanopartículas lipídicas. Ainda assim, as descobertas são baseadas em experimentos com camundongos e em um sistema pré-clínico de chip de órgão humano, e estudos clínicos em pessoas seriam necessários para estabelecer a segurança, a durabilidade da proteção e a eficácia contra doenças.
