Nanovaccin ökar immuniteten hos möss med tarmmikrobiomedierat metaboliskt syndrom

En ny klass av biomaterial som utvecklats av Cornell -forskare för nanovaccin för infektionssjukdomar ökade effektivt immuniteten hos möss med metaboliska störningar kopplade till tarmbakterier - en population som uppvisar resistens mot traditionella influensa- och poliovacciner.

Studien är den första som undersöker sambandet mellan nanomaterial, immunsvar och mikrobiomet, ett allt viktigare forskningsområde. Mikrobiomet - samlingen av mikroorganismer som lever i kroppen - tros spela en avgörande roll för människors hälsa.

"Det här dokumentet belyser hur mikrobiomet kan påverka våra konstruerade vacciner och hur vi kan övervinna dessa problem genom att utveckla avancerade material, "sade Ankur Singh, biträdande professor vid Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) och Meinig School of Biomedical Engineering (BME).

Singh är seniorförfattare till "Immunmodulerande nanogeler övervinna begränsad immunitet i en murin modell av tarmmikrobiomedierat metaboliskt syndrom, "som publicerades 27 mars Vetenskapliga framsteg . Tidningens första författare är Matthew Mosquera, doktorand i teknik.

"Detta arbete öppnar upp en ny, mycket spännande undersökningsområde om hur biologiska faktorer och underliggande sjukdomstillstånd påverkar etablerade nanovaccins prestanda, "sa Singh, som också är medlem i Englander Institute for Precision Medicine vid Weill Cornell Medicine och det nybildade Cornell Center for Immunology. "Mer viktigt, den visar hur du kan använda dessa konstruerade material och göra dem mer användbara i en större befolkning för att övervinna immunitet mot vacciner. "

Mer än en tredjedel av amerikanerna och en fjärdedel av människor över hela världen tros ha metaboliskt syndrom, ett paraply för flera sjukdomar, inklusive fetma, inflammation och insulinresistens.

Tarmmikrobiomet är en av de faktorer som kan orsaka metaboliskt syndrom, och forskare är intresserade av mikrobiominducerat metaboliskt syndrom på grund av bevis som kopplar både mikrobiomet och metaboliska störningar till immunsystemet.

"Att förstå hur mikrobiomet påverkar framtida konstruerade vacciner är av yttersta vikt ur ett folkhälsoperspektiv, "sa Ilana Brito, biträdande professor i biomedicinsk teknik och medförfattare till tidningen. "Denna forskning kommer att öppna nya vägar för att utforska hur specifika komponenter i mikrobiomet förändrar immunsvaret. När man konstruerar nya vacciner, Det kommer att vara viktigt att designa material som är effektiva i en mängd olika mikrobiomkompositioner. "

Tidigare forskning visade att traditionella mänskliga influensa- och poliovacciner misslyckas hos möss som har metaboliska störningar orsakade av störningar i deras tarmbiomer. "Det motiverade oss att undersöka vad som händer med nanovacciner, som kan vara bättre än lösliga vacciner, för att bättre förstå rollen som underliggande fetma och inflammation som utvecklas vid tarmförändringar, "Sa Singh.

Nanovacciner, som vanligtvis består av nanomaterial, kan tas upp av celler i immunsystemet och har visat sig framkalla starkare immunitet än traditionella lösliga vacciner i prekliniska modeller.

Men forskare fann att den mest använda typen av nanovaccin, tillverkad av poly (mjölk-ko-glykolsyra) (PLGA), är inte särskilt effektiv hos möss med tarminitierat metaboliskt syndrom. När forskare testade PLGA -nanovacciner på mössen, det var mindre framgångsrikt än de hade förväntat sig, även med tillägg av en allmänt använd immunförstärkare.

"Vi frågade, finns det sätt att övervinna detta begränsade svar genom att konstruera nya nanomaterialvacciner? "sa Singh." Sedan tittade vi djupare på en ny klass av material som modulerar immunsystemet, pyridinfunktionaliserad poly (2-hydroxietylmetakrylat), potentialen som vi nyligen upptäckte. "

Det nya materialet bildade en stabil nanogel med proteinantigener, som befanns vara effektiv under tarminitierade metaboliska syndromtillstånd. Arbetar med Cynthia Leifer, docent i immunologi vid College of Veterinary Medicine, gruppen upptäckte att detta nya material stimulerar en receptor som känner igen patogena farotecken på mikrober.

"Denna studie är viktig eftersom den visar att dessa nanogeler kan leverera både antigen och adjuvans utan att behöva en extra immunförstärkare, som sannolikt bidrar till deras starkare immunaktivering och förmåga att övervinna begränsningar som orsakas av sjukdomar eller förändrade mikrobiomer, "Sade Leifer." Immunmodulerande behandlingar är ett hett ämne, och materialbaserade immunmoduleringsmetoder är i sin linda. Det finns så mycket som kan göras med dem. "

Även om det har fastställts att mikrobiomet påverkar immunsystemet, dessa fynd tyder på att nanovacciner kan påverka mikrobiomet i gengäld.

"Nanomaterial kan modulera tarmmikrobiomets sammansättning - jag tror att det är oerhört viktigt för hela fältet och kan ha konsekvenser för materialdesign, "sa han." Oavsett om det är en orsakseffekt eller orsaken bakom detta är inte särskilt väl förstådd - det finns flera hypoteser som återstår att testa, så detta kommer att bli ett framtida arbete för oss. "

• Magtarmkanalen hos barn kan vara en röd flagga för framtida psykiska problem
• Ny strategi för potentiell behandling av HBV -associerad levercancer