Summary

卵子特異的な全身および粘膜応答を促進するためのアジュバントとしてのカチオン性ナノエマルジョン内包レチノイン酸

Published: February 23, 2024
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Summary

このプロトコルでは、抗原特異的な全身性および粘膜応答を促進するためのアジュバントとして使用されるカチオン性ナノエマルジョンカプセル化レチノイン酸(RA)を開発しました。FDA承認のRAをナノエマルジョンに添加することにより、ナノエマルジョンの筋肉内注射後、抗原特異的sIgAが膣および小腸で促進された。

Abstract

カチオン性ナノ構造は、樹状細胞の成熟、ROS生成、および抗原取り込みを促進し、抗原特異的免疫応答を促進するアジュバントおよび抗原送達システムとして浮上しています。近年、レチノイン酸(RA)は粘膜免疫応答を活性化する効果があるため、ますます注目されています。しかし、RAを粘膜アジュバントとして使用するためには、その溶解、負荷、および送達の問題を解決する必要があります。ここでは、カチオン性脂質1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DOTAP)、レチノイン酸、油相としてのスクアレン、界面活性剤としてのポリソルベート80、および共界面活性剤としてのトリオレイン酸ソルビタン85で構成されるカチオン性ナノエマルジョンカプセル化レチノイン酸(CNE-RA)送達システムについて説明します。その物理的および化学的特性は、動的光散乱と分光光度計を使用して特徴付けられました。抗原(オボアルブミン、OVA)とCNE-RAの混合物によるマウスの免疫は、OVA単独と比較して、マウスの膣洗浄液および小腸洗浄液中の抗OVA分泌性免疫グロブリンA(sIgA)のレベルを有意に上昇させた。このプロトコルは、CNE-RAのアジュバント効果の調製、特性評価、および評価のための詳細な方法を記述しています。

Introduction

アジュバントは、免疫系を刺激してワクチンに対してより強く反応させることにより、ワクチンの有効性を高めるためによく使用され、それによって特定の病原体に対する免疫力を高めます1。ナノエマルジョン(NE)アジュバントとは、油相と水相の一定の割合を乳化して油中水型(W / O)または水中油型(O / W)の形態のエマルジョンを生成することにより、熱力学的安定性を備えたコロイド分散システムを指します2。O / Wナノエマルジョンアジュバントは、注射部位でサイトカインとケモカインを生成し、単球、好中球、好酸球などの重要な免疫細胞の急速な凝集と増殖を誘導し、免疫応答を増強し、抗原の免疫原性を改善することができます3。現在、3種類のナノエマルジョンアジュバント(MF59、AS03、AF03)がワクチンへの使用許可を受けており、良好な安全性と有効性が示されています4

しかし、粘膜免疫は、従来の非経口ワクチン接種で現在認可されているアジュバント製剤では十分に対処されていません5。レチノイン酸(RA)は、免疫細胞の腸内ホーミングを誘導することが報告されていますが、極性が低く、水への溶解性が低く、光と熱の安定性が低いため、強力な腸内ワクチン接種での使用が制限されています。ナノエマルジョンは、親油性の高い薬物のバイオアベイラビリティを高める機会を提供し、O / Wエマルジョンアジュバントのオイルコアは、RA6などの非極性物質の溶解に適しています。したがって、ナノエマルジョンは、全身免疫および粘膜免疫の二重応答効果を達成するために、RAの担体として使用することができる。

中性または陰イオン送達システムと比較して、カチオン送達システムは比較的効率的な抗原カプセル化および送達能力を有し、抗原の免疫原性を高めることができる7,8,9。種々のアジュバント系のカチオン性表面電荷は、それらのアジュバント効果10,11,12にとって重要である。カチオン電荷は、注射部位でのワクチンの保持を延長し、抗原提示を増加させ、体内の細胞性免疫の刺激を延長する重要な要素です12

以上の考察に基づき、RAと抗原を効果的に共送達するカチオン性ナノエマルジョンを開発した。ナノエマルジョンの粒子サイズおよびゼータ電位は動的光散乱(DLS)を用いて決定され、OVAと組み合わせたナノエマルジョンの全身および粘膜免疫応答を筋肉内注射によって評価した13

Protocol

動物実験は、実験動物の使用と世話に関するガイドに従って行われ、第三軍事医科大学の実験動物福祉および倫理委員会によって承認されました。 1. ナノエマルジョン(NE)の調製 水相調製では、0.15 gのポリソルベート80を28.2 mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に溶解し、40°Cで撹拌します。 油相調製には、 表1に示すナノエマルジョン?…

Representative Results

合計で、4つのナノエマルジョン製剤を調製し、それらの粒子サイズ(図1)、それらのゼータ電位およびそれらのカプセル化効率によって特徴付けられる。粒子径は160〜190nm付近に集中し、DOTAPの添加によりナノエマルジョンのゼータ電位が逆転した。OVA特異的血清IgGおよび血清中のそのサブグループ抗体レベルは、3回目の免疫の2週間後に検出されました。ナ?…

Discussion

このプロトコルでは、抗原特異的な全身性および粘膜応答を促進するためのアジュバントとして使用されるカチオン性ナノエマルジョンカプセル化レチノイン酸を開発しました。従来のNEアジュバントと比較して、以下の2つの利点があります。まず、一般に、O/W NEの表面は負電荷が高いため、抗原を直接ロードすることは困難です。カチオン性NEは、ペプチドまたはタンパク質抗原を効果的?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

本研究は、重慶自然科学基金会の重点プログラム(第2020jcyj-zdxmX0027号)および中国国家自然科学基金会プロジェクト(第32270988号)の助成を受けて行われました。

Materials

1640 medium GIBCO, USA C11875500BT
450 nm Stop Solution for TMB Substrate Abcam ab171529-1000 mL
Automated Cell Counter Countstar, China IC1000
BSA Sigma-Aldrich, USA B2064-100G
Centrifuge 5810 R Eppendorf, Germany 5811000398
Danamic Light Scattering Malvern Zetasizer Nano S90
DOTAP CordenPharma, Switzerland O02002
ELISpot Plus: Mouse IFN-gamma (ALP) mabtech ab205719
Fetal Bovine Serum GIBCO, USA 10099141C
Full-function Microplate Reader Thermo Fisher Scientific, USA VL0000D2
Goat Anti-Mouse IgG1(HRP) Abcam ab97240-1mg
Goat Anti-Mouse IgA alpha chain (HRP) Abcam ab97235-1mg
Goat Anti-Mouse IgG H&L (HRP) Abcam Ab205720-500ug
Goat Anti-Mouse IgG2a heavy chain (HRP) Abcam ab97245-1mg
High pressure homogenizer ATS
MONTANE 85 PPI SEPPIC, France L12910
MONTANOX 80 PPI SEPPIC, France 36372K
OVA257–264 Shanghai Botai Biotechnology Co., Ltd. NA
OVA323-339 Shanghai Botai Biotechnology Co., Ltd. NA
Phosphate buffer saline ZSGB-bio ZLI-9061
Red Blood Cell Lysis Buffer Solarbio, China R1010
retinoic acid TCI, Japan TCI-R0064-5G
Squalene Sigma, USA S3626
T10 basic Ultra-Turrax IKA, Germany
TMB ELISA Substrate Abcam ab171523-1000ml
trypsin inhibitor Diamond A003570-0100
Tween-20 Macklin, China 9005-64-5
Ultraviolet spectrophotometer Hitachi U-3900

References

  1. Pulendran, B., Arunachalam, P. S., O’Hagan, D. T. Emerging concepts in the science of vaccine adjuvants. Nat Rev Drug Discov. 20 (6), 454-475 (2021).
  2. Pandey, P., Gulati, N., Makhija, M., Purohit, D., Dureja, H. Nanoemulsion: A novel drug delivery approach for enhancement of bioavailability. Recent Pat Nanotech. 14 (4), 276-293 (2020).
  3. Chen, W. L., et al. Disintegration and cancer immunotherapy efficacy of a squalane-in-water delivery system emulsified by bioresorbable poly(ethylene glycol)-block-polylactide. Biomaterials. 35 (5), 1686-1695 (2014).
  4. Iwasaki, A., Omer, S. B. Why and how vaccines work. Cell. 183 (2), 290-295 (2020).
  5. Spadoni, I., Fornasa, G., Rescigno, M. Organ-specific protection mediated by cooperation between vascular and epithelial barriers. Nat Rev Immunol. 17 (12), 761-773 (2017).
  6. Singh, Y., et al. Nanoemulsion: Concepts, development and applications in drug delivery. J Cont Release. 252, 28-49 (2017).
  7. Yan, W. L., Chen, W. S., Huang, L. Mechanism of adjuvant activity of cationic liposome: Phosphorylation of a MAP kinase, ERK and induction of chemokines. Mol Immunol. 44 (15), 3672-3681 (2007).
  8. Korsholm, K. S., et al. The adjuvant mechanism of cationic dimethyldioctadecylammonium liposomes. Immunology. 121 (2), 216-226 (2007).
  9. Agger, E. M., et al. Cationic liposomes formulated with synthetic mycobacterial cordfactor (CAF01): A versatile ddjuvant for vaccines with different immunological requirements. Plos One. 3 (9), e3116 (2008).
  10. Slutter, B., et al. Nasal vaccination with N-trimethyl chitosan and PLGA based nanoparticles: Nanoparticle characteristics determine quality and strength of the antibody response in mice against the encapsulated antigen. Vaccine. 28 (38), 6282-6291 (2010).
  11. Nochi, T., et al. Nanogel antigenic protein-delivery system for adjuvant-free intranasal vaccines. Nat Mater. 9 (8), 685-685 (2010).
  12. Henriksen-Lacey, M., et al. Liposomal cationic charge and antigen adsorption are important properties for the efficient deposition of antigen at the injection site and ability of the vaccine to induce a CMI response. J Control Release. 145 (2), 102-108 (2010).
  13. Zhong, X. F., et al. Nanovaccines mediated subcutis-to-intestine cascade for improved protection against intestinal infections. Small. 18 (1), e2105530 (2022).
  14. Mora, J. R., et al. Generation of gut-homing IgA-secreting B cells by intestinal dendritic cells. Science. 314 (5802), 1157-1160 (2006).
  15. Iwata, M., et al. Retinoic acid imprints gut-homing specificity on T cells. Immunity. 21 (4), 527-538 (2004).
  16. Hammerschmidt, S. I., et al. Retinoic acid induces homing of protective T and B cells to the gut after subcutaneous immunization in mice. J Clin Invest. 121 (8), 3051-3061 (2011).
  17. Burger, C., Shahzad, Y., Brümmer, A., Gerber, M., du Plessis, J. Traversing the skin barrier with nano-emulsions. Curr Drug Deliv. 14 (4), 458-472 (2017).
  18. Lodaya, R. N., et al. Formulation design, optimization and evaluations of an α-tocopherol-containing self-emulsified adjuvant system using inactivated influenza vaccine. J Cont Release. 316, 12-21 (2019).
  19. Carmona-Ribeiro, A. M., Pérez-Betancourt, Y. Cationic nanostructures for vaccines design. Biomimetics. 5 (3), 32 (2020).
  20. Lam, K., et al. trialkyl ionizable lipids are versatile lipid-nanoparticle components for therapeutic and vaccine applications. Adv Mater. 35 (15), e2209624 (2023).
  21. Nie, T. Q., et al. Surface coating approach to overcome mucosal entrapment of DNA nanoparticles for oral gene delivery of glucagon-like peptide 1. Acs Appl Mater Inter. 11 (33), 29593-29603 (2019).
  22. Lou, G., et al. Delivery of self-amplifying mRNA vaccines by cationic lipid nanoparticles: The impact of cationic lipid selection. J Cont Release. 325, 370-379 (2020).

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Citer Cet Article
Li, G., Li, H., Jin, Z., Feng, R., Deng, Y., Cheng, H., Li, H. Cationic Nanoemulsion-Encapsulated Retinoic Acid as an Adjuvant to Promote OVA-Specific Systemic and Mucosal Responses. J. Vis. Exp. (204), e66270, doi:10.3791/66270 (2024).

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