En ny RNA-baseret teknik kan muligvis gøre det muligt at vaccinere direkte gennem huden uden brug af nåle. Ved hjælp af sukkerstoffer kan teknikken dirigere vacciner præcist til hudens immunceller og på sigt måske bruges mod alt fra virus og bakterier til hudkræft.
Huden er kroppens største organ og rummer et stort reservoir af immunceller, der kan aktiveres til at bekæmpe sygdom.
Blandt disse celler finder man Langerhans cellerne, som sidder i de øverste lag af huden og fungerer som vagtposter, der holder øje med fremmedlegemer. Når disse vagtposter opdager et fremmedlegeme, viser de det frem for resten af immunforsvaret, som derefter iværksætter et modangreb.
Ideen har derfor været at udnytte hudens egne vagtposter som en slags adgangsvej til immunforsvaret. Nu viser det nye studie, at det er muligt at bygge en lille RNA-baseret struktur, som fungerer som et målrettet fragtbrev til netop disse celler. Ved hjælp af sukkermolekyler kan strukturen få Langerhans cellerne til at optage proteiner fra kræftceller og præsentere dem for resten af immunforsvaret.
“Langerhans cellerne har nogle receptorer, som kan genkende sukkerstoffet mannose. Så vi gør det, at vi kobler et overfladeprotein fra kræftceller til mannosesukkerstoffer for at få det ind i de her celler. Det skaber et kraftigt immunrespons mod netop de kræftceller, som fremmedlegemerne kommer fra,” fortæller en af forskerne bag studiet, professor Jørgen Kjems fra Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO) og Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet.
Forskningen er offentliggjort i Journal of Controlled Release.
RNA-stillads holder sukkermolekyler i den perfekte afstand
Strukturen er baseret på en såkaldt Holliday Junction, der er et selvsamlende stillads bestående af fire korte strenge af RNA.
Stilladset er designet til at holde sukkermolekylerne med omkring fire nanometers afstand — præcis den afstand, som passer til receptorerne på Langerhans cellernes overflade. Det fungerer lidt som et nøglebundt, hvor flere nøgler rammer deres låse på samme tid. Dermed bliver strukturen langt lettere genkendt og optaget af cellerne.
Ideen er den, at man på stilladset med sukkermolekylerne vedhæfter de proteiner, som man gerne vil have immunforsvaret til at reagere mod.
Når disse proteiner eller proteinstumper bliver optaget af Langerhans cellerne, bliver de præsenteret for resten af immunforsvaret, som mobiliserer et angreb mod celler med netop disse proteiner på overfladen.
Studiet viser, at teknikken kan stimulere immunsystemet til at angribe hudkræft, men ifølge Jørgen Kjems kan princippet også udbredes til andre typer af kræft eller til udefrakommende virus og bakterier.
“Det specielle ved den måde, vi gør det på, er, at vi bruger små RNA-molekyler til at koble det hele sammen. Det viser sig nemlig, at mannosesukkerstofferne bliver bedst genkendt, hvis de sidder i en præcis afstand fra hinanden, og der kan vi lave en lille struktur, som præsenterer dem i den perfekte afstand. Så får man et bedre optag i Langerhans cellerne og dermed et bedre immunrespons,” forklarer han.
Målrettet optag i Langerhans celler fra menneskehud
Men det afgørende spørgsmål var, om systemet også ville fungere i rigtig menneskehud og ikke kun som en teoretisk konstruktion. Derfor blev celler fra menneskelig overhud isoleret og udsat for RNA-strukturerne med mannose.
Resultaterne viste, at Langerhans cellerne optog strukturerne markant bedre end strukturer uden sukker, og at både antallet og den præcise placering af sukkermolekylerne forbedrede optaget i cellerne.
Næste skridt var at påføre strukturerne direkte på levende menneskehud ved hjælp af en såkaldt ”dermaroller”, der laver bittesmå huller i hudens yderste lag, så strukturerne kunne nå ind til Langerhans cellerne.
Mikroskopiundersøgelser bekræftede, at RNA-strukturerne også her blev optaget specifikt af Langerhans cellerne i huden.
Dernæst blev det undersøgt, om systemet ikke bare kunne finde de rigtige immunceller, men også levere et biologisk “mål” for immunforsvaret. Derfor koblede de et peptid fra kræftceller fra modermærkekræft til RNA-strukturen.
Peptidet var koblet til RNA-strukturen med en kemisk “udløser”, som bliver klippet over inde i cellen og frigiver peptidet dér, hvor immunforsvaret bearbejder fremmede proteiner.
Forsøgene viste, at præsentationen af peptidet blev væsentligt bedre, når det blev leveret via den målrettede RNA-struktur frem for alene.
“Man behøver derved meget mindre af peptidet for at aktivere immunforsvaret, fordi langt mere af det ender i de rigtige immunceller. Samtidig får man et mere effektivt respons. Det peger på muligheden for, at vi på sigt kan vaccinere mod hudkræft ved blot at påføre løsningen på huden,” siger Jørgen Kjems.
Næste skridt er vaccination af mus
Det næste store skridt bliver nu at finde ud af, om teknikken også kan skabe reel beskyttelse i et levende dyr. Derfor er der nu sat forsøg i gang, hvor mus bliver vaccineret ved at påføre RNA-strukturerne på huden.
Formålet er at undersøge, om effekten også holder i et helt immunsystem — og ikke kun i isolerede hudceller.
Planen er også at teste strukturen mod influenza eller SARS-CoV-2 i etablerede musemodeller.
Hvis teknikken virker, kan både sukkerstoffer og målproteiner i princippet udskiftes, så den samme RNA-struktur kan fungere som en slags universel platform til mange forskellige former for immunterapi.
“Vi er i gang med at sætte forsøg op, hvor vi vaccinerer mus ved at smøre strukturen på huden. Det vil forhåbentlig vise, at vi får et kraftigt immunrespons. Det er selvfølgelig et vigtigt skridt, at vi allerede har vist det i hud fra mennesker, for det kan ofte være svært at oversætte resultater fra dyr til mennesker. I princippet kan mannosesukkerstofferne også skiftes ud med andre sukkerstoffer målrettet andre immunceller andre steder i kroppen, så potentialet er stort,” siger han.
