Nanovaccin verhoogt de immuniteit bij muizen met darmmicrobioom-gemedieerd metabool syndroom

Een nieuwe klasse biomateriaal, ontwikkeld door Cornell-onderzoekers voor een nanovaccin voor infectieziekte, verhoogde effectief de immuniteit bij muizen met stofwisselingsstoornissen die verband houden met darmbacteriën - een populatie die resistent is tegen traditionele griep- en poliovaccins.

De studie is de eerste die de onderlinge relatie tussen nanomaterialen, immuunreacties en het microbioom, een steeds belangrijker onderzoeksgebied. Het microbioom - de verzameling micro-organismen die in het lichaam leven - wordt verondersteld een cruciale rol te spelen in de menselijke gezondheid.

"Dit document benadrukt hoe het microbioom onze ontwikkelde vaccins kan beïnvloeden en hoe we deze problemen kunnen overwinnen door geavanceerde materialen te ontwikkelen, " zei Ankur Singh, universitair docent aan de Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) en de Meinig School of Biomedical Engineering (BME).

Singh is senior auteur van "Immunomodulatory Nanogels Overcome Restricted Immunity in a Murine Model of Gut Microbiome-Mediated Metabolic Syndrome, " die op 27 maart werd gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang . De eerste auteur van het artikel is Matthew Mosquera, een doctoraatsstudent in de techniek.

"Dit werk opent een nieuwe, zeer opwindend onderzoeksgebied naar hoe biologische factoren en onderliggende ziektetoestanden de prestaties van gevestigde nanovaccins beïnvloeden, " zei Singh, die ook lid is van het Englander Institute for Precision Medicine bij Weill Cornell Medicine en het nieuw gevormde Cornell Center for Immunology. "Belangrijker, het laat zien hoe je deze technische materialen kunt gebruiken en ze meer werkbaar kunt maken voor een bredere populatie om de immuniteit tegen vaccins te overwinnen."

Meer dan een derde van de Amerikanen en een kwart van de mensen wereldwijd lijdt aan het metabool syndroom, een paraplu voor verschillende aandoeningen, waaronder obesitas, ontsteking en insulineresistentie.

Het darmmicrobioom is een van de factoren die het metabool syndroom kunnen veroorzaken, en onderzoekers zijn geïnteresseerd in het door het microbioom geïnduceerde metabool syndroom vanwege bewijs dat zowel het microbioom als de stofwisselingsstoornissen aan het immuunsysteem koppelt.

"Begrijpen hoe het microbioom toekomstige gemanipuleerde vaccins beïnvloedt, is van het grootste belang vanuit het oogpunt van de volksgezondheid, " zei Ilana Brito, assistent-professor biomedische technologie en een co-auteur van het papier. "Dit onderzoek zal nieuwe wegen openen om te onderzoeken hoe specifieke componenten van het microbioom de immuunresponsen veranderen. Bij het ontwikkelen van nieuwe vaccins, het zal belangrijk zijn om materialen te ontwerpen die effectief zijn in een diversiteit aan microbioomsamenstellingen."

Eerder onderzoek toonde aan dat traditionele menselijke griep- en poliovaccins falen bij muizen met stofwisselingsstoornissen die worden veroorzaakt door verstoringen van hun darmbiomen. "Dat motiveerde ons om te onderzoeken wat er gebeurt met nanovaccins, die beter kunnen zijn dan oplosbare vaccins, om de rol van onderliggende obesitas en ontsteking die zich ontwikkelt bij darmveranderingen beter te begrijpen, ' zei Singh.

Nanovaccins, die over het algemeen bestaan ​​uit nanomaterialen, kunnen worden opgenomen door cellen in het immuunsysteem en er is gevonden dat ze een sterkere immuniteit induceren dan traditionele oplosbare vaccins in preklinische modellen.

Maar onderzoekers ontdekten dat het meest gebruikte type nanovaccin, gemaakt van poly(melk-co-glycolzuur) (PLGA), is niet erg effectief bij muizen met darm-geïnitieerd metabool syndroom. Toen onderzoekers PLGA-nanovaccins op de muizen testten, het was minder succesvol dan ze hadden verwacht, zelfs met de toevoeging van een veelgebruikte immuunbooster.

"We vroegen, zijn er manieren om deze beperkte respons te overwinnen door nieuwe vaccins van nanomateriaal te ontwikkelen?' zei Singh. 'Vervolgens hebben we dieper gekeken naar een nieuwe klasse materiaal die het immuunsysteem moduleert, pyridine-gefunctionaliseerd poly (2-hydroxyethylmethacrylaat), waarvan we onlangs het potentieel hebben ontdekt."

Het nieuwe materiaal vormde een stabiele nanogel met eiwitantigenen, die effectief bleek te zijn onder door de darm geïnitieerde aandoeningen van het metabool syndroom. Werken met Cynthia Leifer, universitair hoofddocent immunologie aan het College of Veterinary Medicine, de groep ontdekte dat dit nieuwe materiaal een receptor stimuleert die pathogene gevaarstekens op microben herkent.

"Deze studie is belangrijk omdat het laat zien dat deze nanogels zowel antigeen als adjuvans kunnen leveren zonder dat er een extra immuunbooster nodig is, wat waarschijnlijk bijdraagt ​​aan hun sterkere immuunactivatie en het vermogen om beperkingen opgelegd door ziekten of veranderde microbiomen te overwinnen, Leifer zei. "Immunomodulerende therapieën zijn een hot topic, en op materialen gebaseerde immunomodulatiebenaderingen staan ​​nog in de kinderschoenen. Er is zoveel dat met hen kan worden gedaan."

Hoewel is vastgesteld dat het microbioom het immuunsysteem beïnvloedt, deze bevindingen suggereren dat nanovaccins op hun beurt het microbioom kunnen beïnvloeden.

"Nanomaterialen kunnen de samenstelling van het darmmicrobioom moduleren - ik denk dat dat van enorm belang is voor het hele veld en implicaties kan hebben voor materiaalontwerp, " zei hij. "Of het een oorzakelijk effect is of de reden hierachter is niet erg goed begrepen - er zijn verschillende hypothesen die nog moeten worden getest, dus dit wordt toekomstig werk voor ons."

• Gastro-intestinale symptomen bij kinderen kunnen een rode vlag zijn voor toekomstige psychische problemen
• Nieuwe strategie voor mogelijke behandeling van met HBV geassocieerde leverkanker