Advanced Materials:基于铝佐剂的颗粒化乳液的高效新冠疫苗佐剂

目前,新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 ,SARS-CoV-2)的肆虐已经造成了全球超过2800万人感染,90多万人死亡,并造成了数以亿计的经济损失。为应对突发疫情,基于现有资源/原料设计的疫苗佐剂则成为一种理想的快速解决策略。目前,铝佐剂仍是大部分发展中国家唯一批准使用的疫苗佐剂,但细胞免疫效果较差,难以引发有效的细胞免疫对机体产生综合性的保护,无法满足日益增加的疫苗佐剂需求。因此,如何合理化改造铝佐剂,保证疫苗佐剂的安全及高效是亟待解决的问题。

中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室马光辉研究员、夏宇飞副研究员联合微生物所严景华研究员以及北京生命科学研究院戴连攀副研究员利用独创的颗粒化乳液技术,将商品化铝佐剂处理成凝胶颗粒后,使该凝胶颗粒在油水界面排布的方式构建了颗粒化乳液(PAPE),该颗粒化乳液具有和病原体类似的表面粗糙结构,并具备更高的细胞亲和性,有利于免疫细胞的高效内吞;其表面正电荷可以诱导“溶酶体逃逸”引发抗原的细胞质递送和交叉递呈,进而协同提升疫苗的体液和细胞免疫应答效果,有望为新冠疫苗佐剂研究提供安全、高效的新策略。

与商品化佐剂相比,其优势体现于:(1)制备的颗粒化乳液可使铝佐剂颗粒在油水界面排列,不仅提升了其比表面积,而且增加了疏水性,由此提升了与同为脂类分子的细胞膜的亲和性。(2)颗粒化乳液粗糙的表面有利于树突状细胞(DC)的微管着床,进而促进了颗粒化乳液的细胞内吞。(3)在进入溶酶体后,颗粒化乳液表面的正电性可诱导质子海绵效应,导致大量的H离子内流,胀裂溶酶体,实现了被递送抗原的溶酶体逃逸。(4)在COVID-19重组疫苗的小鼠免疫实验中,与商品化铝佐剂相比,颗粒化乳液显著提升了抗原特异性抗体IgG的血清滴度以及分泌IFN-γ的T细胞在脾细胞中的占比,大大强化了新冠疫苗的体液免疫和细胞免疫应答。

并且,颗粒化乳液的制备原料均为临床批准材料,在注射部位炎症、主要脏器组织切片以及血清生化指标检测中均展现良好的生物安全性。而且,柔软的铝佐剂凝胶颗粒可以更好地稳定乳液,具备很好的室温储存稳定性。该研究采用三种不同的商品化铝佐剂制备颗粒化乳液,均得到了显著提升的细胞免疫和体液免疫效果,展示了颗粒化乳液技术在构建安全高效疫苗剂型通用性平台技术方面的潜力。

与此同时,作者最后指出虽然PAPE具备很好的免疫强化效果及安全性,但是其作为疫苗佐剂规模化地应用于新冠疫苗仍需做更全面的实验研究。目前,研究团队正积极地开展相关实验,探索PAPE规模化制备工艺、铝佐剂剂量优化、以及在大动物水平上的安全性评价等。

相关研究成果于8月31日在线发表于Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202004210),并被遴选为Back Cover。