När det gäller effektiviteten av nanoterapeutiska vacciner, form spelar roll.

Ett team från Northwestern University undersökte en uppsättning sfäriska nukleinsyror (SNA) för deras potential att stimulera cancerdämpande immunsvar. Efter att ha jämfört en serie sammansättningsvis identiska men strukturellt olika vacciner genom att testa dem på flera djurmodeller, forskarna fann att strukturen för SNA i ett vaccin dramatiskt överträffade de andra, som sträckte sig från ineffektiva till nästan botande.

Vacciner med den överlägsna strukturen eliminerade fullständigt tumörer hos 30% av djuren och förbättrade deras totala överlevnad från cancer. Vaccinet skyddade också djuren från återutvecklade tumörer.

"Denna observation visar vikten av kemisk struktur och tredimensionell presentation av aktiva komponenter i utformningen av vacciner, " sa Northwesterns Chad A. Mirkin, som ledde studien. "Denna information kommer att hjälpa oss att rationellt utforma SNA-vacciner som kan höja de starkaste möjliga immunresponserna. Att ha en tydlig designstrategi kommer också att påskynda utvecklingen av vacciner för många typer av cancer och potentiellt andra sjukdomar."

Studien kommer att publiceras online under veckan den 6 maj i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Mirkin är George B. Rathmann professor i kemi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences och chef för International Institute for Nanotechnology. Han ledde studien tillsammans med Bin Zhang, professor i medicin och mikrobiologi-immunologi vid Northwestern University Feinberg School of Medicine, och Andrew Lee, forskningsassistent professor i kemisk och biologisk teknik vid Northwestern McCormick School of Engineering.

Cancerimmunterapier stimulerar artificiellt patientens immunsystem att hitta och attackera sjukdomen. Än så länge, nya immunterapier, kallade checkpoint-hämmare, agera genom att låsa upp immunsvar som undertrycks av tumörer. Men de är endast effektiva vid vissa typer av cancer och hos en bråkdel av patienterna.

"Ett annat potentiellt mer kraftfullt tillvägagångssätt är att höja och stärka immunsvaret med terapeutiska vacciner, "Sade Lee." Detta tillvägagångssätt, dock, har behövt genombrott i vaccindesign för att frigöra sin potential vid behandling av cancer på kliniken. "

Utvecklingen av SNA kan vara det genombrott som människor har väntat på. Uppfunnet av Mirkin, SNA är syntetiska globulära - snarare än linjära - former av DNA och RNA som omger en nanopartikelkärna. Ungefär 50 nanometer i diameter, de små strukturerna har förmågan att komma in i celler, inklusive immunceller, för riktad behandling.

I studien, Northwestern-teamet jämförde SNA som har olika strukturer men samma peptider, DNA och andra allmänna komponenter. Alla vacciner inkluderade ett antigen (ett ämne som känns igen och riktas av ett immunsvar) och ett adjuvans (ett ämne som förstärker kroppens immunsvar mot antigenet). I detta fall, DNA är adjuvans, och peptiden är antigenet.

Det enda som förändrades i varje vaccin var positionen för peptidantigenet, som antingen var inrymt i kärnan av SNA, varvat med DNA:t eller fäst vid DNA:t. Dessa förändringar ledde till stora skillnader i hur immunsystemet kände igen och bearbetade molekylära signaler, i slutändan påverkar kvaliteten på immunsvaret som genereras av vaccinet. I studien, peptidantigenet varvat med DNA:t fungerade bäst.

"Studien visar att SNA och vår förmåga att förfina SNA-strukturer dramatiskt kan förbättra antitumörimmunsvaret, ", sade Zhang. "Detta visar lovande i vår förmåga att förbättra prestandan hos vacciner och så småningom använda dem i patientvården."