Nanovaccine aumenta l'immunità nei topi con sindrome metabolica mediata dal microbioma intestinale

Una nuova classe di biomateriali sviluppata dai ricercatori della Cornell per un nanovaccino contro le malattie infettive ha potenziato efficacemente l'immunità nei topi con disordini metabolici legati ai batteri intestinali, una popolazione che mostra resistenza ai tradizionali vaccini contro l'influenza e la poliomielite.

Lo studio è il primo ad esplorare l'interrelazione tra nanomateriali, risposte immunitarie e microbioma, un settore di ricerca sempre più importante. Si ritiene che il microbioma, l'insieme di microrganismi che vivono nel corpo, svolga un ruolo fondamentale per la salute umana.

"Questo documento evidenzia come il microbioma può avere un impatto sui nostri vaccini ingegnerizzati e come possiamo superare questi problemi sviluppando materiali avanzati, " disse Ankur Singh, assistente professore presso la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) e la Meinig School of Biomedical Engineering (BME).

Singh è autore senior di "Immunomodulatory Nanogels Overcome Restricted Immunity in a Murine Model of Gut Microbiome-Mediated Metabolic Syndrome, " che ha pubblicato il 27 marzo in Progressi scientifici . Il primo autore del documento è Matthew Mosquera, uno studente di dottorato in ingegneria.

"Questo lavoro apre una nuova, un'area di indagine molto interessante su come i fattori biologici e le condizioni patologiche sottostanti influenzino le prestazioni dei nanovaccini consolidati, " disse Singh, che è anche membro dell'Inghilterraer Institute for Precision Medicine presso Weill Cornell Medicine e del Cornell Center for Immunology di recente costituzione. "Ma ancora più importante, mostra come è possibile utilizzare questi materiali ingegnerizzati e renderli più utilizzabili in una popolazione più ampia per superare l'immunità ai vaccini".

Si ritiene che più di un terzo degli americani e un quarto delle persone in tutto il mondo soffrano di sindrome metabolica, un ombrello per diversi disturbi tra cui l'obesità, infiammazione e insulino-resistenza.

Il microbioma intestinale è tra i fattori che possono causare la sindrome metabolica, e i ricercatori sono interessati alla sindrome metabolica indotta dal microbioma a causa delle prove che collegano sia il microbioma che i disturbi metabolici al sistema immunitario.

"Capire come il microbioma influenza i futuri vaccini ingegnerizzati è della massima importanza dal punto di vista della salute pubblica, " disse Ilana Brito, assistente professore di ingegneria biomedica e coautore del documento. "Questa ricerca aprirà nuove strade per esplorare come componenti specifici del microbioma alterano le risposte immunitarie. Quando si progettano nuovi vaccini, sarà importante progettare materiali che siano efficaci in una varietà di composizioni del microbioma".

Precedenti ricerche hanno mostrato che i tradizionali vaccini umani contro l'influenza e la poliomielite falliscono nei topi che hanno disordini metabolici causati da interruzioni nei loro biomi intestinali. "Questo ci ha motivato a esaminare cosa succede con i nanovaccini, che può essere migliore dei vaccini solubili, per comprendere meglio il ruolo dell'obesità e dell'infiammazione sottostanti che si sviluppano nelle alterazioni intestinali, " ha detto Singh.

Nanovaccine, che sono generalmente composti da nanomateriali, possono essere assorbiti dalle cellule del sistema immunitario e si è scoperto che inducono un'immunità più forte rispetto ai tradizionali vaccini solubili nei modelli preclinici.

Ma i ricercatori hanno scoperto che il tipo più diffuso di nanovaccino, a base di acido poli(lattico-co-glicolico) (PLGA), non è molto efficace nei topi con sindrome metabolica iniziata dall'intestino. Quando i ricercatori hanno testato i nanovaccini PLGA sui topi, ha avuto meno successo di quanto si aspettassero, anche con l'aggiunta di un potenziatore immunitario ampiamente utilizzato.

"Noi abbiamo chiesto, ci sono modi per superare questa risposta ristretta ingegnerizzando nuovi vaccini a base di nanomateriali?" ha detto Singh. "Poi abbiamo esaminato più a fondo una nuova classe di materiale che modula il sistema immunitario, poli(2-idrossietil metacrilato) funzionalizzato con piridina), il cui potenziale abbiamo scoperto di recente."

Il nuovo materiale ha formato un nanogel stabile con antigeni proteici, che si è rivelato efficace in condizioni di sindrome metabolica iniziata dall'intestino. Lavorando con Cynthia Leifer, professore associato di immunologia presso il College of Veterinary Medicine, il gruppo ha scoperto che questo nuovo materiale stimola un recettore che riconosce i segnali di pericolo patogeni sui microbi.

"Questo studio è importante perché mostra che questi nanogel possono fornire sia l'antigene che l'adiuvante senza la necessità di un booster immunitario aggiuntivo, che probabilmente contribuisce alla loro attivazione immunitaria più forte e alla capacità di superare i limiti imposti da malattie o microbiomi alterati, "Ha detto Leifer. "Le terapie immunomodulanti sono un argomento scottante, e gli approcci di immunomodulazione basati sui materiali sono agli inizi. C'è così tanto che si può fare con loro".

Sebbene sia stato stabilito che il microbioma ha un impatto sul sistema immunitario, questi risultati suggeriscono che i nanovaccini possono influenzare il microbioma in cambio.

"I nanomateriali possono modulare la composizione del microbioma intestinale - penso che sia di enorme importanza per l'intero campo e potrebbe avere implicazioni nella progettazione dei materiali, " ha detto. "Se si tratta di un effetto causale o la ragione alla base di questo non è molto ben compreso - ci sono diverse ipotesi che restano da verificare, quindi questo sarà il lavoro futuro per noi."

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