为了合理设计高效的佐剂,我们开发了聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒稳定的皮克林乳液(PNPE)。该PNPE具有独特的柔软性和疏水界面,可实现强烈的细胞接触,同时提供高含量的抗原负载,从而增强递送系统对抗原呈递细胞的亲和力,并促进抗原的有效内化。
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为了合理设计高效的佐剂,我们开发了聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒稳定的皮克林乳液(PNPE)。该PNPE具有独特的柔软性和疏水界面,可实现强烈的细胞接触,同时提供高含量的抗原负载,从而增强递送系统对抗原呈递细胞的亲和力,并促进抗原的有效内化。
微/纳米颗粒的细胞亲和力是细胞识别、细胞摄取和激活的前提条件,这些过程对于药物递送和免疫应答至关重要。本研究源于一个观察:尽管固体颗粒的电荷、尺寸和形状对细胞亲和力的影响通常被广泛考虑,但我们却很少意识到柔软性、动态重构现象以及复杂界面相互作用在细胞亲和力中的关键作用。在此,我们开发了由聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米颗粒稳定的皮克林乳液(PNPE),克服了刚性结构的局限性,并模拟了病原体的柔韧性和流动性。我们建立了一种方法,用于检测PNPE与细胞表面的亲和力,并阐明免疫细胞对其后续的内化过程。采用石英晶体微天平结合耗散监测技术(QCM-D)测定了PNPE与生物模拟的细胞外囊泡(bEVs,作为骨髓来源树突状细胞BMDCs的替代物)之间的亲和力,该技术可实时监测细胞与乳液之间的黏附过程。随后,利用PNPE递送抗原(卵清蛋白OVA),并通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察BMDCs对抗原的摄取情况。代表性结果表明,当PNPE接触bEVs时,频率立即下降(ΔF),提示PNPE与BMDCs之间发生快速黏附并具有高亲和力。与PLGA微粒(PMPs)及AddaVax佐剂(记为表面活性剂稳定的纳米乳液[SSE])相比,PNPE与细胞膜的结合能力显著更强。此外,由于通过动态曲率变化和侧向扩散增强了免疫细胞的细胞亲和力,PNPE在抗原摄取方面也显著优于PMPs和SSE。该实验方案为设计具有高细胞亲和力和高效抗原内化的新型制剂提供了理论依据,为高效疫苗的开发提供了一个可行平台。
为了应对流行性、慢性及传染性疾病,开发用于预防性和治疗性疫苗的有效佐剂至关重要1,2。理想的佐剂应具备优良的安全性和免疫激活能力3,4,5。抗原呈递细胞(APCs)对抗原的有效摄取和加工被认为是下游信号级联反应及免疫应答启动的关键阶段6,7,8。因此,深入理解免疫细胞与抗原相互作用的机制,并设计可增强抗原内化的佐剂,是提高疫苗效力的有效策略。
具有独特性质的微米/纳米颗粒此前已被研究作为抗原递送系统,用于介导抗原的细胞摄取以及细胞与病原体相关分子模式的相互作用9,10。当递送系统与细胞接触时,会开始与细胞外基质和细胞膜相互作用,从而引发内化及后续的细胞反应11,12。以往的研究表明,颗粒的内化过程始于细胞膜与颗粒之间的黏附13,随后发生细胞膜的柔性变形以及受体向膜表面的扩散14,15。在这些条件下,递送系统的特性取决于其与抗原呈递细胞(APCs)的亲和力,进而影响抗原的摄取量16,17。
为了深入了解递送系统的设计以增强免疫应答,大量研究工作集中于探讨颗粒特性与细胞摄取之间的关系。本研究源于以下观察:尽管具有不同电荷、尺寸和形状的固态微/纳米颗粒常被广泛研究,但流体性质在抗原内化过程中的作用却鲜有探讨18,19。事实上,在黏附过程中,软质颗粒能够表现出动态曲率变化和侧向扩散,从而增加多价相互作用的接触面积,而这一特性难以通过固态颗粒实现20,21。此外,细胞摄取位点的细胞膜为磷脂双分子层(含鞘脂或胆固醇),疏水性物质可改变脂质的构象熵,从而降低细胞摄取所需的能量22,23。因此,增强递送系统的流动性并促进其疏水性,可能是强化抗原内化以提升免疫应答的有效策略。
由固体颗粒在两种不相混溶液体界面处组装而稳定的皮克林乳液,已在生物领域得到广泛应用24,25。事实上,聚集在油/水界面的颗粒决定了多层级结构的形成,从而促进多层级递送系统与细胞之间的相互作用,并进一步诱导药物递送中多功能的理化特性。由于皮克林乳液具有可变形性和侧向流动性,预期其可与免疫细胞发生多价态细胞相互作用,并被膜蛋白识别26。此外,由于皮克林乳液中的油性胶束核心并未被固体颗粒完全覆盖,因此在油/水界面的颗粒之间存在不同尺寸的间隙,导致更高的疏水性。因此,探索皮克林乳液对抗原提呈细胞(APCs)的亲和性,并阐明其后续的内化过程,对于开发高效的佐剂至关重要。
基于这些考虑,我们设计了一种由PLGA纳米颗粒稳定的皮克林乳液(PNPE),作为一种流体疫苗递送系统,同时有助于深入了解PNPE与骨髓来源树突状细胞(BMDCs)的亲和性及其细胞内化过程。通过模拟生物的细胞外囊泡(bEVs;作为BMDCs的替代物)实时监测其与PNPE的黏附过程 通过 一种基于石英晶体微天平并结合耗散监测(QCM-D)的无标记方法。在表征PNPE与骨髓来源树突状细胞(BMDCs)的亲和性之后,采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)检测抗原摄取情况。结果表明PNPE对BMDCs具有更高的亲和力,并能有效促进抗原的内化。我们预期PNPE对抗原呈递细胞(APCs)具有更高的亲和性,可能更有效地促进抗原内化,从而增强免疫应答。
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本方案中描述的所有方法均已获得中国科学院过程工程研究所的批准。所有动物实验均严格遵循《实验动物管理和使用条例》以及《动物伦理审查指南》(中国,GB/T35892-2018)。
1. PLGA 纳米颗粒的制备与表征
2. PNPE 的制备与表征

3. 分离并培养骨髓来源的树突状细胞(BMDCs) 28
注意:确保所有试剂和样品均置于冰上,这有利于保持细胞活性。为保持无菌状态,所有操作均须在超净工作台中使用无菌器具进行。
4. 仿生细胞外囊泡(bEVs)的制备
5. bEVs 与 PNPE 结合
注意:SiO₂2 传感器经过修饰 通过 旋涂法
6. 抗原摄取的共聚焦激光扫描显微镜分析
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采用简单的一步超声处理法制备PNPE。首先,我们制备了均匀的PNPs,用作固体稳定剂(图1A)。通过SEM观察PNPs的形态,显示其大多均匀且呈球形(图1B)。采用动态光散射法测定各制剂的流体动力学粒径和Zeta电位 通过 DLS结果显示,PNPs的直径为187.7 ± 3.5 nm,zeta电位为-16.4 ± 0.4 mV(图1C 和 补充表1)。制备PNPE时,将PNP溶液(0.4%,w/v)与角鲨烯混合物简单地在100 W功率下超声处理5分钟(图1D)。在优化连续相后,所得的 PNPE 内部含有角鲨烯,外部吸附有 PNPs(补充图1)。采用光学显微镜观察乳液液滴,使用Mastersizer粒度分析仪测定粒径分布。PNPE的颗粒数量既不会过少而无法阻止乳液聚结,也不会过多而在连续相中过量导致形成更大的聚集体。<...
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我们开发了聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米颗粒稳定的油/水乳液,作为一种增强抗原内化的递送系统。所制备的PNPE具有致密排列的表面,可为结合位点提供支持,同时具备独特的柔软性和流动性,从而实现与免疫细胞膜的有效接触。此外,油/水界面可实现高载量抗原负载,而两亲性PLGA赋予PNPE高度稳定性,有利于抗原向免疫细胞的运输。PNPE能够快速黏附于细胞表面,表明PLGA纳米颗粒稳定的乳液对细胞膜具有强亲和力,可促进细胞摄取。此外,PNPE具有良好的安全性,因为角鲨烯和PLGA均为美国食品药品监督管理局(FDA)批准使用的成分30,有望推动其安全地向临床转化。
PLGA的分子量以及连续相和分散相的类型影响了PNPE的性质,包括稳定性和疏水性。在本研究中,选择分子量为17 kDa的PLGA纳米颗粒作为稳定剂,角鲨烯作为分散相,从而提高了稳定性。此外,以去离子水作为连续相简化了配方的组成。在此条件下,PNPE能够有效组装抗原并促进抗原向免疫细胞的递送。此外,采用一步超声法来制备PNPE,消除了繁琐的操作步骤并避免了污染的可能性。需要特别注意...
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作者声明无利益冲突。
本工作得到以下项目资助:中国国家重点研发计划(2021YFE020527、2021YFC2302605、2021YFC2300142);中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目(ZDBS-LY-SLH040);国家自然科学基金创新研究群体项目(批准号:21821005)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| AddVax | InvivoGen | Vac-adx-10 | |
| 细胞筛 | Biosharp | BS-70-CS | 70 μm |
| 共聚焦激光扫描显微镜(CLSM) | Nikon | A1 | |
| Cy3 NHS 酯 | YEASEN | 40777ES03 | |
| DAPI 染色液 | 碧云天 | C1005 | |
| 胎牛血清(FBS) | Gibco | 16000-044 | |
| FITC 鬼笔环肽 | Solarbio | CA1620 | |
| Mastersizer 2000 粒径分析仪 | Malvern | ||
| Micro BCA 蛋白检测试剂盒 | Thermo Scientific | 23235 | |
| 膜乳化设备 | 中科森晖微球科技 | FM0201/500M | |
| 微型挤出器 | Avanti Polar Lipids, Inc | ||
| NANO ZS | Malvern | JSM-6700F | |
| 聚碳酸酯膜 | Avanti Polar Lipids, Inc | ||
| 聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA) | Sigma-Aldrich | 26780-50-7 | 分子量 7,000–17,000 |
| 聚-L-赖氨酸溶液 | Solarbio | P2100 | |
| 聚乙烯醇(PVA) | Sigma-Aldrich | 9002-89-5 | |
| QSense 二氧化硅传感器 | Biolin Scientific | QSX 303 | 表面粗糙度 < 1 nm RMS |
| 石英晶体微天平 | Biosharp | Q-SENSE E4 | |
| RPMI 1640 培养基基础液 | Gibco | C22400500BT | 含 L-谷氨酰胺,25 mM HEPES |
| 扫描电子显微镜(SEM) | JEOL | JSM-6700F | |
| 角鲨烯 | Sigma-Aldrich | 111-02-4 |
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