دنیای نانو

دنیای نانو

راهکارهای نوین واکسن‌سازی بر پایه نانوساختارهای دی‌ان‌ای اریگامی و پی‌ان‌ای: بررسی پایداری و کارایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک. دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه حکیم سبزواری
2 دانشگاه حکیم سبزواری
چکیده
سلول‌های B بخشی از سیستم ایمنی بدن هستند که با تولید پادتن در برابر پاتوژن‌هایی مانند ویروس‌ها واکنش نشان می‌دهند. فعال‌سازی کارآمد این سلول‌ها هدف اصلی در طراحی واکسن‌های جدید است. در این پژوهش، استفاده از ساختارهای دی‌ان‌ای اریگامی و پی‌ان‌ای در طراحی واکسن‌های نوین مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی این مطالعه، ارزیابی پایداری و قابلیت این ساختارها در ارائه چندظرفیتی آنتی‌ژن‌ها برای فعال‌سازی مؤثر سلول‌های B می باشد. برای این منظور، از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به‌منظور تحلیل پایداری و رفتار دینامیکی ساختارهای دی‌ان‌ای اریگامی و ذرات شبه‌ویروس در شرایط دمایی مختلف استفاده شد. نتایج نشان داد که این ساختارها در دماهای مختلف، پایداری خود را حفظ می‌کنند و تغییرات دمایی تأثیر منفی بر ساختار آن ندارد. همچنین نتایج نشان می‌دهد نیروی گسیختگی دی‌ان‌ای از پی‌ان‌ای با تغییر دما تغییر محسوسی نداشته است. این یافته‌ها نشان می‌دهند که ساختارهای دی‌ان‌ای اریگامی و پی‌ان‌ای می‌توانند در شرایط متنوع محیطی پایدار باقی بمانند و اطلاعات حاصل از این پژوهش می‌تواند در طراحی واکسن‌های پایدار و مؤثر و همچنین در توسعه درمان‌های ژنتیکی به‌کار گرفته شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Innovative Vaccine Strategies Based on DNA Origami and PNA Nanostructures: A Study of Stability and Functionality

نویسندگان English

Seyed Mojtaba Dehghanian 1
Reza Hasanzadeh Ghasemi 2
1 Department of Engineering, Hakim Sabzevari University
2 Iran, Razavi Khorasan Province, Sabzevar, Tovhid Town,, Hakim Sabzevari University
چکیده English

B cells are a crucial component of the immune system that respond to pathogens such as viruses through antibody production. Efficient activation of these cells is a primary goal in the design of next-generation vaccines. In this study, the application of DNA origami and peptide nucleic acid (PNA) nanostructures in vaccine design was investigated. The main objective was to assess the stability and potential of these architectures for multivalent antigen presentation aimed at effective B-cell activation. To this end, molecular dynamics simulations were employed to analyze the stability and dynamic behavior of DNA origami structures and virus-like particles under different temperature conditions. The results demonstrated that these structures maintained their integrity across a range of temperatures, indicating that thermal variations had no adverse effect on their architecture. Furthermore, the findings revealed that the dissociation force of DNA from PNA remained largely unaffected by temperature changes. Collectively, these results suggest that DNA origami and PNA nanostructures can remain stable under diverse environmental conditions, and the insights gained from this study may contribute to the design of stable and effective vaccines, as well as to the development of genetic therapies.

کلیدواژه‌ها English

DNA Origami
Molecular dynamics simulation
Antigen
B cell
PNA
[1] D. A. Jatraningrum, R. K. Jati, S. Maludin, R. Manalu, R. L. Helmi, and W. Hermawati, “Triple helix collaboration in Indonesia’s Covid-19 vaccine development: understanding the barriers and enablers,” STI Policy and Management Journal, vol. 6, no. 2, 2021.
[2] Y. Zhang et al., “Innovation-driven trend shaping COVID-19 vaccine development in China,” Frontiers of Medicine, vol. 17, no. 6, pp. 1096-1116, 2023.
[3] Y. Zeng et al., “DNA Origami Vaccine (DoriVac) Nanoparticles Improve Both Humoral and Cellular Immune Responses to Infectious Diseases,” bioRxiv, p. 2023.12.29.573647, 2024.
[4] Y. C. Zeng et al., “Fine tuning of CpG spatial distribution with DNA origami for improved cancer vaccination,” Nature Nanotechnology, vol. 19, no. 7, pp. 1055-1065, 2024.
[5] N. E. Holodick and T. L. Rothstein, “B cells in the aging immune system: time to consider B‐1 cells,” Annals of the New York Academy of Sciences, vol. 1362, no. 1, pp. 176-187, 2015.
[6] J. J. Knox, A. Myles, and M. P. Cancro, “T‐bet+ memory B cells: generation, function, and fate,” Immunological Reviews, vol. 288, no. 1, pp. 149-160, 2019.
[7] C. E. Martinez-Olivares, R. Hernández-Pando, and E. Mixcoha, “In silico EsxG EsxH rational epitope selection: Candidate epitopes for vaccine design against pulmonary tuberculosis,” PLoS ONE, vol. 18, no. 4, p. e0284264, 2023.
[8] R. Veneziano et al., “Role of nanoscale antigen organization on B-cell activation probed using DNA origami,” Nature Nanotechnology, vol. 15, no. 8, pp. 716-723, 2020.
[9] J. Zhang et al., “Elucidating the effect of nanoscale receptor-binding domain organization on SARS-CoV-2 infection and immunity activation with DNA origami,” Journal of the American Chemical Society, vol. 144, no. 46, pp. 21295-21303, 2022.
[10] Q. Feng et al., “Rationally designed multimeric nanovaccines using icosahedral DNA origami for display of SARS-CoV-2 receptor binding domain,” Nature Communications, vol. 15, no. 1, p. 9581, 2024.
[11] P. W. Rothemund, “Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns,” Nature, vol. 440, no. 7082, pp. 297-302, 2006.
[12] R. Khosravi, M. Mogheiseh, R. Hasanzadeh Ghasemi, “An analysis on the effect of layer number on the stability of thin DNA origami nanopores,” Multidiscipline Modeling in Materials and Structures, vol. 21, no. 1, pp. 19-37, 2025.
[13] M. Mogheiseh, R. Hasanzadeh Ghasemi, “Structural stability of wireframe DNA origami: The role of nanocomponent modifications,” The Journal of Chemical Physics, vol. 162, no. 15, 2025.
[14] S. Dastorani, M. Shariati, R. Hasanzadeh Ghasemi, “Comparison of the bending behavior of DNA origami Nano beam using the nonlinear theory method and steered molecular dynamics simulation,” Nano World, vol. 19, no. 73, pp. 45-54, 2024.
[15] A. Ekrami, R. Hasanzadeh Ghasemi, “Investigating ionic conductivity effects on DNA origami nanopore structure,” Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, pp. 1-11, 2025.
[16] M. Mogheiseh, R. Hasanzadeh Ghasemi, “Design and simulation of a wireframe DNA origami nanoactuator,” The Journal of Chemical Physics, vol. 161, no. 4, 2024.
[17] M. Mogheiseh, R. H. Ghasemi, “Wireframe DNA origami nanostructure with the controlled opening of edges,” Molecular Systems Design & Engineering, vol. 10, no. 1, pp. 68-80, 2025.
[18] M. Mogheiseh, E. Etemadi, and R. Hasanzadeh Ghasemi, “Design, molecular dynamics simulation, and investigation of the mechanical behavior of DNA origami nanotubes with auxetic and honeycomb structures,” Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, vol. 41, no. 24, pp. 14822-14831, 2023.
[19] E. Vernhes, L. L. Chérif, N. Ducrot, C. Vanbergue, M. Ouldali, L. Zig, N. Sidibe, S. Hoos, L. Ramirez-Chamorro, M. Renouard, O. Rossier, P. England, G. Schoehn, P. Boulanger, and K. Benihoud, “Antigen self-anchoring onto bacteriophage T5 capsid-like particles for vaccine design,” NPJ Vaccines, vol. 9, no. 1, p. 6, 2024.
[20] K. Zhang, Q. Feng, L. Zhang, et al., “Rationally designed multimeric nanovaccines using icosahedral DNA origami for display of SARS-CoV-2 receptor binding domain (RBD),” Nature Communications, vol. 15, no. 1, p. 9581, 2024.
[21] Eugene V. Koonin, Tatiana G. Senkevich, Valerian V. Dolja, “The Virus World and evolution of cells,” Biology Direct, 2006.
[22] C. Bartels, “Analyzing biased Monte Carlo and molecular dynamics simulations,” Chem. Phys. Lett., vol. 331, pp. 446–454, 2000.
دوره 21، شماره 79
تابستان 1404
صفحه 25-14

  • تاریخ دریافت 03 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 27 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 08 مهر 1404