חומצה רטינואית קטיונית בעטוף ננו-תחליב כאדג'ובנט לקידום תגובות מערכתיות וריריות ספציפיות ל-OVA
Summary
בפרוטוקול זה, פיתחנו חומצה רטינואית קטיונית בעטוף תחליב ננו-תחליב (RA) שתשמש כאדג’ובנט לקידום תגובות מערכתיות וריריות ספציפיות לאנטיגן. על ידי הוספת RA שאושר על ידי ה- FDA לננו-תחליב, sIgA ספציפי לאנטיגן קודם בנרתיק ובמעי הדק לאחר הזרקה תוך שרירית של ננו-תחליב.
Abstract
ננו-מבנים קטיוניים התפתחו כמערכת אספקת אדג’ובנט ואנטיגן המשפרת את הבשלת התאים הדנדריטיים, יצירת ROS וספיגת אנטיגן ולאחר מכן מקדמת תגובות חיסוניות ספציפיות לאנטיגן. בשנים האחרונות, חומצה רטינואית (RA) זוכה לתשומת לב גוברת בשל השפעתה בהפעלת התגובה החיסונית הרירית; עם זאת, על מנת להשתמש RA כמו adjuvant רירית, יש צורך לפתור את הבעיה של פירוק שלה, העמסה, ומשלוח. במאמר זה אנו מתארים מערכת אספקה קטיונית של חומצה רטינואית בעטוף תחליב ננו-תחליב (CNE-RA) המורכבת מהשומנים הקטיוניים 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOTAP), חומצה רטינואית, סקוואלן כשלב השמן, פוליסורבט 80 כחומר פעילי שטח, וסורביטן טריאולאט 85 כקו-פעילי שטח. תכונותיו הפיזיקליות והכימיות אופיינו באמצעות פיזור אור דינמי וספקטרופוטומטר. חיסון עכברים בתערובת של אנטיגן (אובלבומין, OVA) ו- CNE-RA העלה באופן משמעותי את רמות האימונוגלובולין A (sIgA) המפריש אנטי-OVA בנוזל שטיפת הנרתיק ובנוזל שטיפת המעי הדק של עכברים בהשוואה ל- OVA בלבד. פרוטוקול זה מתאר שיטה מפורטת להכנה, אפיון והערכה של ההשפעה האדג’ובנטית של CNE-RA.
Introduction
אדג’ובנטים משמשים לעתים קרובות כדי לשפר את היעילות של חיסון על ידי גירוי המערכת החיסונית להגיב חזק יותר לחיסון, ובכך להגדיל את החסינות לפתוגן מסוים1. ננו-תחליב (NE) אדג’ובנט מתייחס למערכת פיזור קולואידית עם יציבות תרמודינמית על ידי תחליב חלק מסוים של פאזת שמן ופאזה מימית כדי לייצר תחליב בצורה של מים בשמן (W/O) או שמן במים (O/W)2. אדג’ובנט ננו-תחליב O/W יכול לייצר ציטוקינים וכימוקינים באתר ההזרקה, לגרום לצבירה מהירה ולשגשוג של תאים חיסוניים חשובים כגון מונוציטים, נויטרופילים ואאוזינופילים, לשפר את התגובה החיסונית, ולשפר את האימונוגניות של אנטיגנים3. נכון לעכשיו, שלושה אדג’ובנטים של ננו-תחליב (MF59, AS03 ו-AF03) קיבלו רישיון לשימוש בחיסונים והראו בטיחות ויעילות טובות4.
עם זאת, חסינות הרירית טופלה בצורה גרועה על ידי פורמולציות האדג’ובנטיות המורשות כיום בחיסון פרנטרלי קונבנציונאלי5. דווח כי חומצה רטינואית (RA) גורמת לביות מעיים של תאי מערכת החיסון, אך הקוטביות הנמוכה שלה, המסיסות הירודה שלה במים, האור החלש והיציבות התרמית שלה מגבילים את השימוש בה לחיסון אנטרי חזק. ננו-תחליבים מציעים הזדמנויות להגדיל את הזמינות הביולוגית של תרופות ליפופיליות מאוד, וליבת השמן של אדג’ובנטים של תחליב O/W מתאימה להמסת חומרים לא קוטביים כגון RA6. לכן, ננו-תחליבים יכולים לשמש כנשאים עבור RA על מנת להשיג את אפקט התגובה הכפולה של חסינות מערכתית וחסינות רירית.
בהשוואה למערכות משלוח ניטרליות או אניוניות, למערכות משלוח קטיוניות יש יכולות אנקפסולציה ומסירה יעילות יחסית של אנטיגן, שיכולות לשפר את האימונוגניות של אנטיגנים 7,8,9. מטען פני השטח הקטיוני של מגוון מערכות אדג’ובנטיות חשוב להשפעתן האדג’ובנטית 10,11,12. המטען הקטיוני הוא גורם חשוב בהארכת שימור החיסון באתר ההזרקה, הגברת הצגת האנטיגן והארכת גירוי החסינות התאית בגוף12.
בהתבסס על השיקולים לעיל, פיתחנו ננו-תחליב קטיוני כדי לספק ביעילות RA ואנטיגנים. גודל החלקיקים ופוטנציאל הזטה של הננו-תחליב נקבעו באמצעות פיזור אור דינמי (DLS), והתגובות החיסוניות המערכתיות והריריות של ננו-תחליב בשילוב עם OVA הוערכו על ידי הזרקה תוך שרירית13.
Protocol
Representative Results
Discussion
בפרוטוקול זה, פיתחנו חומצה רטינואית קטיונית בעטוף ננו-תחליב שתשמש כאדג’ובנט לקידום תגובות מערכתיות וריריות ספציפיות לאנטיגן. בהשוואה לאדג’ובנטים NE מסורתיים, יש לו את שני היתרונות הבאים. ראשית, באופן כללי, פני השטח של O/W NEs יש מטען שלילי גבוה, מה שמקשה על טעינה ישירה של אנטיגנים. NEs קטיוניים י?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי תוכנית המפתח של קרן צ’ונגצ’ינג למדעי הטבע (No. cstc2020jcyj-zdxmX0027) ופרויקט הקרן הלאומית הסינית למדעי הטבע (מס ‘32270988).
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
- 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).
- 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).
- 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).
- Iwasaki, A., Omer, S. B. Why and how vaccines work. Cell. 183 (2), 290-295 (2020).
- 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).
- Singh, Y., et al. Nanoemulsion: Concepts, development and applications in drug delivery. J Cont Release. 252, 28-49 (2017).
- 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).
- Korsholm, K. S., et al. The adjuvant mechanism of cationic dimethyldioctadecylammonium liposomes. Immunology. 121 (2), 216-226 (2007).
- 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).
- 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).
- Nochi, T., et al. Nanogel antigenic protein-delivery system for adjuvant-free intranasal vaccines. Nat Mater. 9 (8), 685-685 (2010).
- 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).
- Zhong, X. F., et al. Nanovaccines mediated subcutis-to-intestine cascade for improved protection against intestinal infections. Small. 18 (1), e2105530 (2022).
- Mora, J. R., et al. Generation of gut-homing IgA-secreting B cells by intestinal dendritic cells. Science. 314 (5802), 1157-1160 (2006).
- Iwata, M., et al. Retinoic acid imprints gut-homing specificity on T cells. Immunity. 21 (4), 527-538 (2004).
- 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).
- 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).
- 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).
- Carmona-Ribeiro, A. M., Pérez-Betancourt, Y. Cationic nanostructures for vaccines design. Biomimetics. 5 (3), 32 (2020).
- Lam, K., et al. trialkyl ionizable lipids are versatile lipid-nanoparticle components for therapeutic and vaccine applications. Adv Mater. 35 (15), e2209624 (2023).
- 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).
- 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).
