過程工程所基於顆粒化乳液的新冠疫苗佐劑研究取得新進展

2020-09-09 小材科研

近日，中國科學院過程工程所生化工程國家重點實驗室馬光輝研究員、夏宇飛副研究員聯合微生物所嚴景華研究員以及北京生命科學研究院戴連攀副研究員，利用獨創的顆粒化乳液技術，構建鋁顆粒化乳液（PAPE），已在新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）重組疫苗對小鼠的實驗中取得了顯著優於商品化鋁佐劑的免疫應答效果。顆粒化鋁佐劑的研究強化了新冠疫苗的體液免疫和細胞免疫應答，提升了疫苗的室溫儲存穩定性及生物安全性，為安全、高效的新冠疫苗佐劑構建提供了新策略。 該工作於近日發表在《先進材料》（Advanced Materials）（DOI: 10.1002/adma.202004210）。

作為一種理想的新型疫苗，重組亞單位疫苗和mRNA疫苗具備簡單的結構，可將病毒中表達特異性抗體的蛋白序列通過基因工程的方式，重組表達出來，無傳染性且不攜帶引發病原體炎症或其他副作用的成分，具有良好的生物安全性。但因其免疫原性較弱，需加入安全、高效的疫苗佐劑以提升其免疫應答。為應對突發疫情，基於現有資源/原料設計的疫苗佐劑則成為一種理想的快速解決策略。目前，鋁佐劑是我國唯一批准使用的疫苗佐劑，但細胞免疫效果較差，難以引發有效的細胞免疫對機體產生綜合性的保護，無法滿足日益增加的疫苗佐劑需求。因此，如何合理化改造鋁佐劑，保證疫苗佐劑的安全及高效是亟待解決的問題。

圖（a）基於Pickering乳劑的顆粒化鋁佐劑（PAPE）； （b-e）PAPE強化COVID-19疫苗的體液免疫和細胞免疫應答：（b）促進細胞內吞；（c）誘導溶酶體逃逸；（d）血清COVID-19的RBD特異性抗體IgG的滴度顯著優於商品化鋁佐劑；（e）大大提升了脾細胞中IFN-γT細胞的活化。

研究人員通過顆粒化乳液將鋁佐劑在油水界面排列，不僅提升了其比表面積，而且增加了疏水性，為此提升了與同樣為脂類分子的細胞膜的親和性。並且，粗糙的表面有利於樹突狀細胞的微管著床，進而促進了顆粒化鋁佐劑乳液的細胞內吞（圖b）。在進入溶酶體後，鋁顆粒化乳液表面的正電性可以誘導質子海綿效應，導致大量的H離子內流，脹裂溶酶體，實現了所遞送抗原的溶酶體逃逸（圖c）。在COVID-19重組疫苗的小鼠免疫實驗中，與商品化鋁佐劑相比，顯著提升了抗原特異性抗體的血清滴度以及分泌幹擾素-γ的T細胞在脾細胞中的佔比（圖d-e），強化了新冠疫苗的體液免疫和細胞免疫應答。與此同時，鋁顆粒化乳液製備原料均為臨床批准材料，在注射部位炎症、主要臟器組織切片以及血清生化指標檢測中均展現良好的生物安全性。而且，柔軟的鋁微凝膠可以為油水界面提供更好的保護，可提升儲存穩定性，具備很好的室溫儲存穩定性。同時，本研究採用三種不同的商品化鋁佐劑製備顆粒化乳液，均得到了顯著提升的細胞免疫和體液免疫效果，展示了顆粒化乳液技術在構建安全高效疫苗劑型通用性平臺技術的潛力。

江南大學聯合培養碩士生彭沙和東京農工大學合作培養博士生曹鳳強為本文的第一作者，馬光輝研究員和夏宇飛副研究員為本文通訊作者。

過程工程所生化工程國家重點實驗室基於多年開發的顆粒化乳液技術，經過系統研究，發現了柔性仿生疫苗遞送新機制，並構建了一系列疫苗新劑型，相關工作相繼發表於Nat Mater 2018, 17, 187、Advanced Materials, 2018, 30, 1801067、Advanced Materials, 2019, 31, 1801159、ACS Nano, 2019, 13, 13809等期刊上。得到了國家自然科學基金創新群體項目、青年科學基金項目，中國科學院先導專項、中國科學院基礎前沿科學研究計劃-從0到1原始創新項目、中國科學院青年創新促進會人才項目等支持。

來源：中科院過程所

論文連結

https://doi.org/10.1002/adma.202004210

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