疫苗对于保护人类免受长期和新发传染病的威胁至关重要。然而，由于疫苗研发滞后，由寨卡病毒(ZIKV)和严重急性呼吸综合征冠状病毒引起的新发病毒感染在最近的暴发仍然对全球公共卫生构成巨大挑战。通常，减毒或灭活等全病毒疫苗策略可用于直接将毒性病毒转化为疫苗。然而，全病毒疫苗的免疫力降低、安全性问题和耗时的生产过程阻碍了其广泛应用。开发下一代疫苗技术具有显著的推动力，可将野生病毒株快速转化为具有高安全性和有效性的疫苗。纳米技术在病毒疫苗开发中很有前景，因为它能够控制抗原的装载、递送和释放，并且能够增强免疫应答的效力和寿命。然而，由于脱靶分布、系统递送和有限的调制效应，空间和时间控制仍然是纳米粒子工程中未解决的障碍。
基于此，浙江大学唐睿康教授/王晓雨副研究员证明了由静电包裹在自佐剂水凝胶中的寨卡活病毒组成的皮下疫苗在注射部位募集免疫细胞，并为小鼠提供了针对致命病毒攻击的有效保护。水凝胶可阻止病毒颗粒逃逸，并上调激活固有抗病毒免疫的模式识别受体。局部炎症微环境促进了浸润在水凝胶中的免疫细胞对病毒的吞噬、抗原的处理和交叉呈递以及生发中心B细胞的扩增，并诱导了强大的抗原特异性适应性反应和免疫记忆。包裹活病毒的炎症免疫龛可能有助于快速开发安全有效的疫苗。相关工作以“Immunization against Zika by entrapping live virus in a subcutaneous self-adjuvanting hydrogel”发表在《Nature biomedical engineering》。
作为基因治疗和疫苗开发中最常用的病毒载体，重组腺病毒5型(Ad5)被用作模型病毒。为了制备Vax，研究者首先将带负电荷的Ad5病毒颗粒与带正电荷的低分子量壳寡糖(COS)混合，COS可在很宽的pH范围内溶解。在加入氯化钙后，在Ad5和COS的混合物中加入碳酸氢钠和聚天冬氨酸。在4 ℃的反应过程中，COS分子之间的静电斥力被碱性环境降低，这使得游离-NH2基团之间发生广泛的氢键和疏水相互作用，从而在37 ℃形成水凝胶。对Vax的力学性能进行了充分的研究了解其流变行为。研究者通过温度扫描研究了Vax的热凝胶化行为，结果显示，病毒和CaCO₃的负载使Vax的凝胶化温度从15 ℃升高到20 ℃(图2a)。其原因是带负电荷的病毒和纳米CaCO₃与壳聚糖的铵离子结合并占据交联位点进行凝胶化，使得Vax的储存模量(G’)较壳聚糖凝胶降低。37℃下对Vax进行的振幅扫描和频率扫描测量表明，在较宽的频率范围内，G′始终高于G″，表明nano- CaCO₃和病毒不影响凝胶化。在4℃，Vax前体没有发生交联反应，保持溶胶状态，表明可注射性。当Vax从4℃迅速加热到37℃时，凝胶化开始于50秒，表明在体温下形成凝胶。因此，通过改变温度可以很好地控制Vax的力学性能。由于强静电相互作用，Ad5的封装效率超过99%。COS是一种有吸引力的佐剂，可以触发宿主的固有免疫，由COS制成的支架能够驱动支架内部或周围细胞的固有免疫应答。首先，研究者利用RNA测序(RNA-seq)研究了Vax对RAW 264.7细胞差异表达基因(DEGs)的影响。前15个Gene Ontology注释表明，大多数DEGs主要富集在抗病毒防御、脂多糖诱导的细胞反应、炎症反应、细胞外相互作用、溶酶体、氧化还原信号传导和细胞代谢(图3a)，表明Vax处理后固有反应的激活。研究者推测vax诱导的PRR应答可能在促进固有免疫应答中发挥重要作用。众所周知，多种PRRs可导致促炎细胞因子的产生、趋化、病原体摄取和抗原呈递。根据RNA测序结果，研究者发现一些PRRs的转录本上调，如整合素α M和CD14。为了揭示Vax是否对PRRs产生影响，我们研究了骨髓来源的树突状细胞(BMDCs)和RAW 264.7细胞与Vax共培养后，补体III受体(CR3)、CD14、toll样受体4 (TLR4)和dectin-1的信使RNA水平。与之前的研究一致，研究者发现Vax显著上调CR3 (PRR)的表达超过6倍。CD14，一种作为辅助受体的糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白，上调了10倍以上；TLR4，一种PRR，增加了10倍以上。然而，c型凝集素样碳水化合物识别受体dectin-1与空白对照保持相同(图3b)，表明Vax对PRRs具有特异性激动作用。值得注意的是，与其他对照组相比，Vax/virus对PRR激活具有协同作用(图3b)。研究者使用体外transwell实验来评估Vax是否有助于细胞迁移，通过计数在12小时(h)内穿过滤器的BMDCs。与COS/Ad5, Ad5和空白对照处理的细胞相比，Vax处理的下室BMDCs在通过滤器的上室中增加了naïve BMDCs(图4a)，表明趋化因子促进了细胞募集。纳米CaCO₃具有协同促进细胞迁移的作用。通过在BALB/c小鼠右侧腹腔注射Vax来评估体内细胞募集。注射后，在给药部位形成一个结节，并在给药后28 d逐渐愈合(图4b)。由于细胞吸引特性，Vax比COS或COS/ Ad5招募更多的细胞(图4 c)。结节的大小在第5天达到峰值，之后减小，表明细胞募集和随后的细胞迁移增加(图4d)。根据获得的结节的HE染色和SEM, vax注射部位的大部分募集细胞被包埋在结节内(图4e和补充图8c)并保持活性(图4f)，而COS和COS/ AD5注射部位的募集细胞主要位于外周(图4e)。通过使用流式细胞术分析浸润细胞的类型，我们发现81%的浸润细胞是宿主免疫细胞，包括粒细胞、巨噬细胞、DCs、T细胞、B细胞和NK细胞(图4g、h)。在浸润的细胞中，Vax招募的专职抗原呈递细胞(APCs)能够处理Vax包埋的病毒。由于PRRs的激活有利于病毒的吞噬，研究者研究了荧光标记的Ad5-in-Vax与BMDCs孵育2小时后BMDCs对Ad5的摄取。CLSM图像显示孵育2小时后，Ad5(绿色)和Vax(红色)在细胞质中共定位，而在表达较少PRRs的对照组中，Ad5的摄取效率较低(图5a,b)。此外，纳米CaCO₃的存在提高了细胞的摄取效率。在Vax注射的微环境中有效启动抗原呈递后，我们接下来评估了单次接种疫苗后的后续适应性应答。将含有ZIKV前膜-包膜蛋白(Ad5-prM-E) 37的AD5载体疫苗嵌入Vax中，在接种后2、4和6周测定小鼠血清中ZIKV E蛋白特异性IgG(图6a)。与对照组相比，Ad5-prM-E-Vax在第4 ~ 6周显著增强了E蛋白特异性IgG反应，表明对体液免疫的作用增强(图6b)。以50%空斑减少中和试验(50% plaque reduction neutralization test, PRNT50)作为确定中和抗体效价的金标准，评价e特异性IgG的效果。接种vax疫苗的小鼠的ZIKV E蛋白特异性IgG反应和PRNT 50滴度持续了6周(图6c)，表明基于Vax的疫苗的保护效力。图6. 负载ad5 - prM-E的Vax接种后的全身免疫反应Vax增强的特异性CD8+ T细胞反应和体液反应可能涉及APC从结节向引流淋巴结(DLN)迁移后的APC和淋巴结内T细胞反应。因此，在注射PBS (BC)、COS/CaCO₃、Ad5、COS/Ad5或Vax后，检测Vax在dLN中启动抗原呈递的能力。与其他对照组相比，接种Vax后dLNs中CD80+ CD86+ DCs数量增加(图7a)。以OVA为模型抗原(Vax/OVA)，检测Vax/OVA注射后第7天MHC-I表面SIINFEKL的树突状细胞数量。与OVA和COS/OVA注射组相比，Vax/ OVA免疫能够在dLNs中产生大量的SIINFEKL-MHC-I +CD11c +DCs，表明纳米CaCO₃对交叉呈递的影响(图7b)。Vax组中MHC-II+和CD40 + DCs数量的增加也证实了DCs的成熟，这有利于后续的T细胞活化(图7c)。这一概念验证研究表明，通过构建病毒包裹微环境，可以将强毒株直接转化为疫苗。目前广泛应用的纳米疫苗技术无法有效招募和调节多种免疫细胞，与之相比，这种策略的优势在于创建了用于病毒包封的外周区室，并可大量生产不同类型的活化免疫细胞。这种富含免疫细胞的环境可产生细胞因子级联反应，并为免疫激活提供正反馈回路，从而在空间和时间上控制APCs对病毒激活、加工和局部抗原呈递的控制。因此，由于浸润细胞的PRR依赖的固有免疫反应被充分激活，免疫龛的形成可以在启动抗原处理的同时直接清除凝胶支架内的病毒，而不是在整个体内感染ZIKV。随后，强大的局部固有免疫应答使负载抗原的APC迁移到dLNs45，从而激活dLNs的交叉呈递和GC反应。--纤维素推荐--
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https://www.nature.com/articles/s41551-023-01014-4声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！