Nanovaccine aumenta a imunidade em camundongos com síndrome metabólica mediada por microbioma intestinal

Uma nova classe de biomaterial desenvolvida por pesquisadores de Cornell para uma nanovacina de doença infecciosa efetivamente aumentou a imunidade em camundongos com distúrbios metabólicos ligados a bactérias intestinais - uma população que mostra resistência às vacinas tradicionais contra gripe e poliomielite.

O estudo é o primeiro a explorar a inter-relação entre os nanomateriais, respostas imunológicas e o microbioma, uma área de pesquisa cada vez mais importante. Acredita-se que o microbioma - a coleção de microrganismos que vivem no corpo - desempenhe um papel crítico na saúde humana.

"Este documento destaca como o microbioma pode impactar nossas vacinas projetadas e como podemos superar esses problemas desenvolvendo materiais avançados, "disse Ankur Singh, professor assistente na Escola Sibley de Engenharia Mecânica e Aeroespacial (MAE) e na Escola Meinig de Engenharia Biomédica (BME).

Singh é o autor sênior de "Nanogels Immunomodulatory Overcome Restricted Immunity in a Murine Model of Gut Microbiome-Mediated Metabolic Syndrome, "que foi publicado em 27 de março em Avanços da Ciência . O primeiro autor do artigo é Matthew Mosquera, estudante de doutorado em engenharia.

"Este trabalho abre um novo, área de investigação muito interessante sobre como fatores biológicos e condições de doenças subjacentes afetam o desempenho de nanovacinas estabelecidas, "disse Singh, que também é membro do Englander Institute for Precision Medicine em Weill Cornell Medicine e do recém-formado Cornell Center for Immunology. "Mais importante, mostra como você pode usar esses materiais de engenharia e torná-los mais viáveis ​​em uma população mais ampla para superar a imunidade às vacinas. "

Acredita-se que mais de um terço dos americanos e um quarto das pessoas em todo o mundo sofram de síndrome metabólica, um guarda-chuva para vários distúrbios, incluindo obesidade, inflamação e resistência à insulina.

O microbioma intestinal está entre os fatores que podem causar a síndrome metabólica, e os pesquisadores estão interessados ​​na síndrome metabólica induzida por microbioma por causa das evidências que ligam o microbioma e os distúrbios metabólicos ao sistema imunológico.

"Compreender como o microbioma afeta as futuras vacinas projetadas é de extrema importância do ponto de vista da saúde pública, "disse Ilana Brito, professor assistente de engenharia biomédica e co-autor do artigo. "Esta pesquisa abrirá novos caminhos para explorar como componentes específicos do microbioma alteram as respostas imunológicas. Ao desenvolver novas vacinas, será importante projetar materiais que sejam eficazes em uma diversidade de composições de microbiomas. "

Pesquisas anteriores mostraram que as vacinas tradicionais contra a gripe humana e a poliomielite falham em camundongos com distúrbios metabólicos causados ​​por interrupções em seus biomas intestinais. "Isso nos motivou a investigar o que acontece com as nanovacinas, que pode ser melhor do que vacinas solúveis, para entender melhor o papel da obesidade e inflamação subjacentes que se desenvolvem nas alterações intestinais, "Singh disse.

Nanovacinas, que geralmente são compostos de nanomateriais, podem ser absorvidos pelas células no sistema imunológico e foi descoberto que induzem uma imunidade mais forte do que as vacinas solúveis tradicionais em modelos pré-clínicos.

Mas os pesquisadores descobriram que o tipo de nanovacina mais amplamente usado, feito de poli (ácido lático-co-glicólico) (PLGA), não é muito eficaz em ratos com síndrome metabólica iniciada no intestino. Quando os pesquisadores testaram nanovacinas de PLGA em camundongos, teve menos sucesso do que eles esperavam, mesmo com a adição de um amplificador imunológico amplamente utilizado.

"Nós perguntamos, existem maneiras de superar essa resposta restrita criando novas vacinas de nanomateriais? ", disse Singh." Em seguida, examinamos mais profundamente uma nova classe de material que modula o sistema imunológico, poli (2-hidroxietil metacrilato) funcionalizado com piridina, cujo potencial descobrimos recentemente. "

O novo material formou um nanogel estável com antígenos de proteína, que se mostrou eficaz em condições de síndrome metabólica iniciada no intestino. Trabalhando com Cynthia Leifer, professor associado de imunologia da Faculdade de Medicina Veterinária, o grupo descobriu que esse novo material estimula um receptor que reconhece sinais de perigo patogênico em micróbios.

"Este estudo é importante porque mostra que esses nanogéis podem fornecer antígeno e adjuvante sem a necessidade de um reforço imunológico extra, o que provavelmente contribui para sua ativação imunológica mais forte e capacidade de superar as limitações impostas por doenças ou microbiomas alterados, "Leifer disse." Terapias imunomoduladoras são um assunto quente, e as abordagens de imunomodulação baseadas em materiais estão em sua infância. Há muito que pode ser feito com eles. "

Embora tenha sido estabelecido que o microbioma afeta o sistema imunológico, essas descobertas sugerem que nanovacinas podem influenciar o microbioma em troca.

"Os nanomateriais podem modular a composição do microbioma intestinal - acho que isso é de enorme importância para todo o campo e pode ter implicações no design de materiais, "disse ele." Se é um efeito causal ou a razão por trás disso não é muito bem compreendido - há várias hipóteses que ainda precisam ser testadas, então este será um trabalho futuro para nós. "

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