康奈爾大學的科學家們已經(jīng)開發(fā)出一種新型的傳染病納米疫苗生物材料，可以提高與腸道細菌相關的代謝紊亂的小鼠的免疫力，這種細菌顯示出對傳統(tǒng)流感和脊髓灰質炎疫苗的抵抗力。

該研究(“ 免疫調節(jié)納米凝膠克服腸道微生物介導的代謝綜合征的小鼠模型中的限制性免疫 ”)出現(xiàn)在Science Advances中，探討了納米材料，免疫反應和微生物組之間的相互關系。

“本文重點介紹了微生物組如何影響我們的工程疫苗，以及我們?nèi)绾瓮ㄟ^開發(fā)先進材料來克服這些問題，”Sibley機械與航空航天工程學院(MAE)和Meinig學院助理教授Ankur Singh博士說。生物醫(yī)學工程(BME)。

“基于生物材料的納米線蟲，例如由聚(乳酸 - 共 - 乙醇酸)(PLGA)制成的那些，可以在健康的野生型小鼠模型中誘導比可溶性抗原更強的免疫力。然而，代謝綜合征是否會影響納米疫苗的免疫反應仍然知之甚少。在這里，我們首先表明通過Toll樣受體5(TLR5)感知腸道微生物組的改變和TLR5 - / -小鼠中產(chǎn)生的代謝綜合征減少了由PLGA納米線蟲誘導的生發(fā)中心免疫應答。意外地，PLGA納米線蟲進一步改變了腸道微生物群，“研究人員寫道。

“通過長期用抗生素治療小鼠，我們發(fā)現(xiàn)破壞腸道微生物組導致疫苗反應不良，與肥胖無關。我們接下來證明免疫調節(jié)Pyr-pHEMA納米凝膠疫苗可以挽救低免疫應答，該疫苗通過TLR2刺激，增強運輸和誘導比明礬補充的PLGA納米疫苗更強的生發(fā)中心反應起作用。該研究強調了使用先進的納米材料在腸道介導的代謝綜合癥狀態(tài)下進行免疫調節(jié)的可能性。

辛格是該文章的高級作者，該文章發(fā)表在3月27日的“ 科學進步”雜志上。該論文的第一作者是Matthew Mosquera，他是一名工程博士生。

“這項工作開辟了一個新的，非常令人興奮的調查領域，研究生物因素和潛在的疾病狀況如何影響已建立的納米線蟲的表現(xiàn)，”Singh說道，他也是威爾康奈爾醫(yī)學院英格蘭精密醫(yī)學研究所的成員。新成立的康奈爾免疫學中心。“更重要的是，它展示了如何使用這些工程材料，使它們在更廣泛的人群中更有效，以克服對疫苗的免疫力。”

據(jù)信全世界超過三分之一的美國人和四分之一的人患有代謝綜合征，這是一種針對多種疾病的保護傘，包括肥胖，炎癥和胰島素抵抗。

腸道微生物組是導致代謝綜合征的因素之一，研究人員對微生物組誘導的代謝綜合征感興趣，因為有證據(jù)表明微生物組和代謝紊亂與免疫系統(tǒng)有關。

“從公共衛(wèi)生的角度來看，了解微生物組如何影響未來的工程疫苗是至關重要的，”生物醫(yī)學工程助理教授，該論文的共同作者Ilana Brito博士說。“這項研究將為探索微生物組的特定成分如何改變免疫反應開辟新的途徑。在設計新疫苗時，設計對多種微生物組成有效的材料非常重要。“

先前的研究表明，傳統(tǒng)的人類流感和脊髓灰質炎疫苗在由于腸道生物群落中斷而導致代謝紊亂的小鼠中失敗。“這促使我們研究納米疫苗會發(fā)生什么，它可能比可溶性疫苗更好，以更好地了解在腸道改變中發(fā)生的潛在肥胖和炎癥的作用，”辛格說。

通常由納米材料組成的納米線蟲可以被免疫系統(tǒng)中的細胞攝取，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在臨床前模型中誘導比傳統(tǒng)可溶性疫苗更強的免疫力。

但研究人員發(fā)現(xiàn)，由PLGA制成的最廣泛使用的納米疫苗類型對于腸道引起代謝綜合征的小鼠無效。當研究人員在小鼠身上測試PLGA納米線蟲時，即使添加了廣泛使用的免疫增強劑，它也不像預期的那樣成功。

“我們問，有沒有辦法通過設計新的納米材料疫苗來克服這種限制性反應?”辛格說。“然后我們深入研究了一類調節(jié)免疫系統(tǒng)的新材料，吡啶官能化的聚(甲基丙烯酸2-羥乙酯)，我們最近發(fā)現(xiàn)的潛力。”

新材料形成了具有蛋白質抗原的穩(wěn)定納米凝膠，發(fā)現(xiàn)其在腸道引發(fā)的代謝綜合征條件下是有效的。該小組與獸醫(yī)學院免疫學副教授辛西婭·萊弗(Cynthia Leifer)合作，發(fā)現(xiàn)這種新材料可以刺激一種識別微生物致病危險跡象的受體。

“這項研究很重要，因為它表明這些納米凝膠可以提供抗原和佐劑，而不需要額外的免疫增強劑，這可能有助于它們更強的免疫激活和克服疾病或改變的微生物組所造成的限制的能力，”Leifer解釋說。“免疫調節(jié)療法是一個熱門話題，基于材料的免疫調節(jié)方法尚處于起步階段。他們可以做很多事情。“

據(jù)Singh稱，雖然已經(jīng)確定微生物組會影響免疫系統(tǒng)，但這些研究結果表明納米線蟲可以影響微生物組。

“納米材料可以調節(jié)腸道微生物組的組成。我認為這對整個領域非常重要，可能會對材料設計產(chǎn)生影響，“他說。“它是否是一種致病因素或其背后的原因還不是很清楚。有幾個假設仍有待測試，所以這將是我們未來的工作。