Nanovaccine øger immuniteten hos patienter med metabolisk syndrom

En ny klasse af biomateriale udviklet af Cornell -forskere til en infektionssygdom nanovaccine øgede effektivt immunitet hos mus med metaboliske lidelser knyttet til tarmbakterier - en population, der viser resistens over for traditionelle influenza- og poliovacciner.

Undersøgelsen er den første til at undersøge sammenhængen mellem nanomaterialer, immunrespons og mikrobiomet, et stadig vigtigere forskningsområde. Mikrobiomet - samlingen af ​​mikroorganismer, der lever i kroppen - menes at spille en afgørende rolle for menneskers sundhed.

"Dette papir fremhæver, hvordan mikrobiomet kan påvirke vores manipulerede vacciner, og hvordan vi kan overvinde disse problemer ved at udvikle avancerede materialer, "sagde Ankur Singh, adjunkt i Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) og Meinig School of Biomedical Engineering (BME).

Singh er seniorforfatter af "Immunmodulerende Nanogels overvinde begrænset immunitet i en murin model af tarmmikrobiomedieret metabolisk syndrom, ", der udgav 27. marts i Videnskab fremskridt . Papirets første forfatter er Matthew Mosquera, en doktorand i teknik.

"Dette arbejde åbner op for et nyt, meget spændende undersøgelsesområde om, hvordan biologiske faktorer og underliggende sygdomstilstande påvirker udførelsen af ​​etablerede nanovacciner, sagde Singh, som også er medlem af Englander Institute for Precision Medicine ved Weill Cornell Medicine og det nyoprettede Cornell Center for Immunology. "Vigtigere, det viser, hvordan du kan bruge disse konstruerede materialer og gøre dem mere anvendelige på tværs af en bredere befolkning for at overvinde immunitet over for vacciner. "

Mere end en tredjedel af amerikanerne og en fjerdedel af mennesker verden over menes at lide af metabolisk syndrom, en paraply til flere lidelser, herunder fedme, betændelse og insulinresistens.

Tarmmikrobiomet er blandt de faktorer, der kan forårsage metabolisk syndrom, og forskere er interesserede i mikrobiominduceret metabolisk syndrom på grund af beviser, der forbinder både mikrobiomet og metaboliske lidelser med immunsystemet.

"At forstå, hvordan mikrobiomet påvirker fremtidige manipulerede vacciner, er af største betydning set fra et folkesundhedsperspektiv, "sagde Ilana Brito, adjunkt i biomedicinsk teknik og medforfatter af papiret. "Denne forskning vil åbne nye muligheder for at undersøge, hvordan specifikke komponenter i mikrobiomet ændrer immunrespons. Når man konstruerer nye vacciner, det vil være vigtigt at designe materialer, der er effektive på tværs af en mangfoldighed af mikrobiomkompositioner. "

Tidligere forskning viste, at traditionelle human influenza- og poliovacciner mislykkes hos mus, der har metaboliske lidelser forårsaget af forstyrrelser i deres tarmbiomer. "Det motiverede os til at undersøge, hvad der sker med nanovacciner, som kan være bedre end opløselige vacciner, for bedre at forstå rollen som underliggende fedme og betændelse, der udvikler sig ved tarmforandringer, "Sagde Singh.

Nanovacciner, som generelt består af nanomaterialer, kan optages af celler i immunsystemet og har vist sig at fremkalde stærkere immunitet end traditionelle opløselige vacciner i prækliniske modeller.

Men forskere fandt ud af, at den mest anvendte type nanovaccine, lavet af poly (mælkesyre-glykolsyre) (PLGA), er ikke særlig effektiv hos mus med tarminitieret metabolisk syndrom. Da forskere testede PLGA nanovacciner på musene, det var mindre vellykket, end de havde forventet, selv med tilføjelse af en meget brugt immunforstærker.

"Vi spurgte, er der måder at overvinde denne begrænsede reaktion ved at konstruere nye nanomaterialevacciner? "sagde Singh." Så kiggede vi dybere ind i en ny klasse af materialer, der modulerer immunsystemet, pyridinfunktionaliseret poly (2-hydroxyethylmethacrylat), potentialet, som vi for nylig opdagede. "

Det nye materiale dannede en stabil nanogel med proteinantigener, som viste sig at være effektiv under tarminitierede metaboliske syndromtilstande. Arbejder med Cynthia Leifer, lektor i immunologi i College of Veterinary Medicine, gruppen opdagede, at dette nye materiale stimulerer en receptor, der genkender patogene faresignaler på mikrober.

"Denne undersøgelse er vigtig, fordi den viser, at disse nanogeler kan levere både antigen og adjuvans uden behov for en ekstra immunforstærker, hvilket sandsynligvis bidrager til deres stærkere immunaktivering og evne til at overvinde begrænsninger pålagt af sygdomme eller ændrede mikrobiomer, "Sagde Leifer." Immunmodulerende behandlinger er et varmt emne, og materialebaserede immunmoduleringsmetoder er i deres barndom. Der er så meget, der kan gøres med dem. "

Selv om det er blevet fastslået, at mikrobiomet påvirker immunsystemet, disse fund tyder på, at nanovacciner kan påvirke mikrobiomet til gengæld.

"Nanomaterialer kan modulere sammensætningen af ​​tarmmikrobiomet - jeg tror, ​​det er af enorm betydning for hele feltet og kan have konsekvenser for materialedesign, "sagde han." Uanset om det er en årsagseffekt eller årsagen bag dette, er det ikke særlig godt forstået - der er flere hypoteser, der stadig skal testes, så det vil blive et fremtidigt arbejde for os. "