Carboxymethyl-beta-Glucan/Chitosan Nanopartikeln zur Übertragung von Antigenen

Verschiedene Polysaccharide wie Chitosan und β-Glucan besitzen immunologische Eigenschaften, die von Vorteil sind für Impfstoffadvujantien. Aus dem Grund wurden in der präsentierten Studie Chitosan und Carboxymethyl-β-Glucan als Nanopartikel kombiniert, als Impfstoffadvujant an das Modelantigen Ovalbumin gekoppelt und in vivo an einem Mausmodel untersucht.

CARBOXYMETHYL-BETA-GLUCAN/CHITOSAN-NANOPARTIKEL: NEUE THERMOSTABILE UND EFFIZIENTE TRÄGER FÜR DIE ÜBERTRAGUNG VON ANTIGENEN

Cordeiro AS, Farsakoglu Y, Crecente-Campo J, de la Fuente M, González SF, Alonso MJ. Carboxymethyl-β-glucan/chitosan nanoparticles: new thermostable and efficient carriers for antigen delivery. Drug Deliv Transl Res. 2021 Aug;11(4):1689-1702. doi: 10.1007/s13346-021-00968-9. Epub 2021 Apr 1. PMID: 33797035; PMCID: PMC8015750.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Impfstoffentwicklung hauptsächlich auf die Entwicklung von sicheren Antigenen und effizienteren Adjuvantien konzentriert. Adjuvantien werden benötigt um die Immunantwort des Körpers auf den Impfstoff zu verstärken. Die in der Covid-19 Pandemie genutzten RNA bzw. DNA Impfstoffe zum Beispiel benötigen Übertragungssysteme um das genetische Antigenmaterial den Immunzellen präsentieren. Aktuell werden in Impfstoffen vor allem Aluminium (alum) oder lipidbasierte Adjuvantien bzw. eine Kombination aus beiden benutzt.
Eine Alternative können partikelbasierte Adjuvantien bieten, die Antigene über lipidbasierte Mikro- und Nanopartikel übertragen. Diese haben die Vorteile Schutz gegen Abbau der Antigene, eine kontrollierte Übertragung und eine verbesserte Erkennung der Antigene über Antigen-präsentierende Zellen zu ermöglichen. Zudem können Träger auch so designt werden, dass sie Adjuvantien in ihrer Struktur einschließen um die Immunantwort zu erhöhen.
Verbessert kann die Erkennung der Immunzellen durch das Nutzen von natürlichen Polysacchariden wie z.B. β-Glucan und Chitosan. Durch das Vorkommen ähnlicher Strukturmuster wie in Bakterien und Viren können diese die Erkennung des Impfstoffes durch Immunzellen verbessern. Aus dem Grund wurden in der hier präsentierten Studie an der Entwicklung von Carboxylmethyl-β-Glucan/Chitosan-Nanopartikeln (CS:CMβG) gearbeitet und deren Fähigkeit zur Antigenübertragung untersucht. Dafür wurde das Modelantigen Ovalbumin (OVA) an die erzeugten Nanopartikel gebunden und in vivo in Mäusen injiziert um die Interaktion mit Immunzellen zu untersuchen. Zudem wurde die Immunantwort der OVA-NP im Mausmodell analysiert. Als Chitosan wurde hierfür das GMP-Chitosan HCl mit einem Deacetylierungsgrad von 80-95 % und einem Molekulargewicht von 47 kDa der Heppe Medical Chitosan GmbH verwendet.

ERGEBNISSE

• Die Menge des Chitosan beeinflusste Partikelgröße, Polydispersionsindex (PdI) und Zeta-Potential, nur Partikel mit einem Überschuss an Chitosan (4:1, 2:1) hatten einen PdI˂0,2, eine kleine Größe und positive Ladungen
• Produktionsausbeute von 85 %→ beide Polysaccharide sind erfolgreich in Nanopartikeln integriert wurden
• CS:CMβG 2:1 wurde erfolgreich mit bis zu 6,7 % OVA gekoppelt, die OVA-NP wiesen eine Größe von 160-170 nm auf, ein Zeta-Potential von 30 mV und eine spherische Struktur
• Nachweis über Western Blot, dass das Antigen nicht über die Bindung mit den NP beeinflusst wurde
• Die Nanopartikel waren 2 Monate stabil bei 4 °C und wiesen keine Veränderung in der Antigenaktivität auf nach Gefriertrocknung und anschließender Lagerung bei 40 °C und 75 % Feuchtigkeit für 28 Tage
• In vivo: ungeladene und geladene OVA-NP erreichten die Lymphknoten und aktivierten dendritische Zellen (DCs)
• Im Vergleich mit freiem OVA, OVA-NP und alum-OVA wurden keine Unterschiede in der T-Zellaktivierung, der Interaktion mit antigenpräsentierenden Zellen und der Antikörperlevel beobachtet
• Höhere Immunantwort bei antikörpersekretierenden Zellen für die OVA-NP im Vergleich zu freiem OVA

Zusammenfassung: In der präsentierten Studie wurden Chitosan und Carboxylmethyl-β-Glucan, zwei Polysaccharide mit immunologischen Eigenschaften, als Nanopartikel kombiniert und erfolgreich mit OVA gekoppelt. Diese konnten in vivo erfolgreich Lymphknoten, dendritische Zellen und T-Zellen aktivieren. Zudem wurde gezeigt, dass die Nanopartikel stabil bei einer Gefriertrocknung und einer anschließenden Lagerung über 28 Tage bei 40 °C blieben, was vorteilhaft ist bei einer späteren Lagerung und Verteilung des Impfstoffes. Link zu Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33797035/