Иммунный ответ на вакцину может быть более сильным, продолжительным и качественным при ее подкожном введении на гидрогелевом носителе, говорится в статье в ACS Central Science. Гидрогель обеспечил более медленное высвобождение вакцинного препарата, что, как считают авторы, привело к улучшению аффинного созревания антител — антигенная специфичность оказалась в 1000 раз выше, чем при болюсном введении вакцины.
Вакцинация — простой и действенный метод профилактики инфекционных заболеваний. Чтобы вакцина была эффективной, она должна вызывать специфический иммунный ответ и накопление антител, способных бороться с конкретной инфекцией. Для этого, в свою очередь, необходима встреча специализированных клеток иммунной системы с антигеном. Однако при вакцинации общепринятыми методами иммунные клетки успевают взаимодействовать с антигеном лишь в течение одного-двух дней, в то время как при возникновении инфекции, то есть при естественной встрече с патогеном, иммунные клетки бывают подвержены влиянию антигена в течение недели, а то и двух.
Группа исследователей из Стэнфордского университета под руководством Эрика Аппеля (Eric A. Appel) предположила, что эффективность вакцинации можно повысить, если вакцинный препарат вводить не болюсно (то есть введением относительно большого объема жидкости инъекционно), а на гидрогеле подкожно. Для этого они создали полимерный многокомпонентный гель, состоящий из гидроксипропилметилцеллюлозы с пришитым додециловым остатком (HPMC−C12) и полиэтиленгликоль-b-полилактатных наночастиц. Главное достоинство гибридных гелей типа «полимер-наночастицы» заключается в нековалентном и динамичном взаимодействии полимера с наночастицами, из-за чего такие гидрогели лучше справляются с постепенным высвобождением доставляемого вещества в ткани и в целом более податливы — их можно легко ввести под кожу пациента с помощью шприца.
Для эксперимента ученые использовали два вида геля: «1:5», в котором на одну массовую долю HPMC−C12 приходилось пять долей наночастиц, и «2:10», с двумя массовыми долями HPMC−C12 на десять долей наночастиц соответственно. Как модель субъединичной вакцины использовали смесь овальбумина, играющего роль антигена, и полиинозиновой:полицитидиловой кислоты (poly(I:C)) в качестве адъюванта, которые часто применяют для усиления иммунного ответа на антиген. Авторы отмечают, что эти модельные объекты легко заменить на любые субъединичные вакцины и адъюванты.
Чтобы оценить скорость высвобождения вакцины из гидрогелевого носителя, исследователи воспользовались овальбумином с флуоресцентной меткой Alexa Fluor 647 и на мышах в течение четырех недель по изменению флуоресценции меченого овальбумина наблюдали уменьшение его количества в месте введения гидрогеля. Также ученые следили за изменением количества самого гидрогеля. Таким образом они выяснили, что период полувыведения овальбумина в геле «1:5» составляет 3,4 дня, а для геля «2:10» — 7,7 дня, что говорит о действительно относительно медленном высвобождении вакцинного препарата из носителя, причем более устойчивым оказался гидрогель «2:10».
Об эффективности вакцины позволяет судить качество вызванного ею иммунного ответа. В данном случае его оценивали по концентрации антител к овальбумину в сыворотке крови мышей после подкожного введения вакцины на гидрогеле и болюсным методом. Оказалось, что пиковая концентрация овальбумин-специфичных антител была в два-три раза выше у мышей, которым ввели вакцину на гидрогеле. Также исследователи отмечают, что гидрогелевый носитель сам по себе проявил слабые адъювантные свойства, при этом не удалось обнаружить ни антител к составным частям гибридного гидрогеля в крови мышей, ни заметных рубцовых изменений в местах подкожного введения вакцины на гидрогеле.
Наиболее примечательное открытие заключается в том, что аффинность (то есть прочность связывания с антигеном) поликлональной популяции антител из сыворотки крови мышей, которым вводили вакцину на гидрогелевом носителе, оказалась в 1000 раз выше, чем у мышей, вакцинированных болюсным введением препарата, причем как для геля «1:5», так и для геля «2:10». Авторы объясняют это тем, что более длительное взаимодействие антигенпрезентирующих клеток с вакциной увеличивает и период аффинного созревания антител, приводя к более эффективному иммунному ответу.
Ученые делают акцент на том, что предложенный гибридный полимерный носитель удобен для использования с любыми субъединичными вакцинами совместно с адъювантами, что оставляет широкий простор для дальнейшего изучения этого метода доставки вакцинного препарата.
Гидрогелям давно ищут применение в биомедицине и вполне успешно находят. С их помощью уже научились создавать объемные модели органов с живыми клетками, а не так давно прошел первую фазу клинических испытаний гидрогель VentriGel, улучшающий работу сердца после инфаркта миокарда.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение