化工學(xué)院孫冰冰教授團(tuán)隊(duì)在疫苗制劑方面取得研究成果
在含鋁佐劑的疫苗制劑中，佐劑與抗原相互作用以增強(qiáng)抗原特異性免疫反應(yīng)。研究表明，佐劑和抗原吸附參數(shù)，如吸附能力、吸附強(qiáng)度等，對免疫效應(yīng)的啟動(dòng)至關(guān)重要。然而，由于不同佐劑和抗原物化特性不同，佐劑的物理化學(xué)性質(zhì)如何影響它們與抗原的相互作用機(jī)制尚不明確。因此，探究影響抗原吸附的工程納米鋁佐劑的關(guān)鍵物理化學(xué)性質(zhì)及佐劑和抗原在納米生物界面上的相互作用機(jī)制，有利于開發(fā)新型疫苗佐劑，進(jìn)一步優(yōu)化疫苗配方。
圖1.表面羥基對抗原吸附及穩(wěn)定性的影響示意圖
近日，大連理工大學(xué)化工學(xué)院孫冰冰教授課題組設(shè)計(jì)并合成了物化特性可控的羥基氧化鋁納米佐劑（AlOOH NRs），并成功驗(yàn)證了佐劑的關(guān)鍵物性參數(shù)對抗原吸附及吸附后抗原穩(wěn)定性的影響。研究選擇乙型肝炎表面抗原（HBsAg）、SARS-COV-2刺突蛋白受體結(jié)合域（RBD）、牛血清白蛋白（BSA）和卵清蛋白（OVA）作為模型抗原，通過構(gòu)建佐劑與抗原的吸附等溫線，揭示了抗原的吸附能力、吸附強(qiáng)度與納米佐劑的比表面積、表面羥基的相關(guān)性。同時(shí)，使用OVA作為模型抗原，通過生物物理方法對吸附后抗原結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性進(jìn)行評估。研究發(fā)現(xiàn)，吸附在佐劑上的抗原穩(wěn)定性明顯降低。
圖2. AlOOH佐劑對(A) HBsAg、(B) RBD、(C) OVA和(D) BSA的吸附等溫線
以上研究成果發(fā)表在“npj Vaccines”上，文章題為“Engineering the Hydroxyl Content on Aluminum Oxyhydroxide Nanorod for Elucidating the Antigen Adsorption Behavior” （npj Vaccines 7，62，2022），第一作者是大連理工大學(xué)化工學(xué)院博士研究生魚歌，通訊作者為大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及化學(xué)工程系孫冰冰教授。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41541-022-00495-9。
在此研究成果的基礎(chǔ)上，課題組對疫苗在儲(chǔ)存中的科學(xué)問題進(jìn)行研究。疫苗是溫度敏感的藥物制劑，運(yùn)輸及保存過程中的意外冷凍可誘導(dǎo)佐劑的物化特性改變。然而，冷凍對佐劑的物化特性的影響尚未被闡明。課題組同樣以工程的羥基氧化鋁納米顆粒（AlOOH NPs）為研究對象，證明了低溫冷凍下機(jī)械壓力誘導(dǎo)的AlOOH NPs表面羥基的損失。糖基表面活性劑辛基葡萄糖苷（OG）可以通過抑制重結(jié)晶引起的機(jī)械應(yīng)力來保護(hù)AlOOH NPs免受凍結(jié)引起的羥基含量損失和聚集。該疫苗配方有效地保護(hù)了AlOOH NPs的抗原吸附性能。當(dāng)與HBsAg共同配制時(shí)，OG保護(hù)的AlOOH NPs也表現(xiàn)出更有效的佐劑作用和增強(qiáng)的體液免疫反應(yīng)。該研究成果發(fā)表在“iScience”上，題為“Mechanistic Elucidation of Freezing-Induced Surface Decomposition of Aluminum Oxyhydroxide Adjuvants”（iScience 25, 104456, 2022）,第一作者是大連理工大學(xué)化工學(xué)院碩士研究生李嘉歡和博士研究生魚歌。文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222007271。
圖3.低溫冷凍誘導(dǎo)AlOOH NPs表面羥基損失示意圖
以上研究均基于工程納米佐劑物化特性的調(diào)控，建立了佐劑-抗原在納米生物界面的研究方法，明確了疫苗配方過程中納米佐劑的關(guān)鍵物性參數(shù)。與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法相比，工程的方法將有利于靶向抗原的佐劑和保護(hù)劑的設(shè)計(jì)，簡化疫苗配方的篩選，提高疫苗制劑的穩(wěn)定性，造福于公眾健康。
研究項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”青年拔尖人才、大連市科技創(chuàng)新基金重點(diǎn)學(xué)科重大課題和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金的支持。
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