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Les vaccins conjugués, tels que ceux constitués de polysaccharides liés de manière covalente à une protéine porteuse, font partie des avancées remarquables en vaccinologie1,2. Les polysaccharides, en tant qu’antigènes indépendants des lymphocytes T, sont peu immunogènes chez les nourrissons et n’induisent pas la mémoire, le changement de classe ou la maturation d’affinité des anticorps3. Ces lacunes sont surmontées dans les vaccins conjugués polysaccharidiques4. Comme la plupart des polysaccharides n’ont pas de poignée chimique pratique pour la conjugaison, ils doivent d’abord être rendus réactifs ou « activés ». Le polysaccharide activé est alors soit directement lié à la protéine (ou protéine modifiée), soit fonctionnalisé pour une dérivatisation supplémentaire avant conjugaison4. La plupart des vaccins conjugués polysaccharidiques homologués utilisent l’amination réductrice ou la cyanylation pour activer les hydroxyles polysaccharidiques. Le bromure de cyanogène (CNBr), un réactif qui avait déjà été utilisé pour activer les résines de chromatographie, a été initialement utilisé pour la dérivatisation des polysaccharides. Cependant, CNBr nécessite un pH élevé, généralement ~ pH 10,5 ou plus, pour déprotoner partiellement les hydroxyles polysaccharidiques afin qu’ils soient suffisamment nucléophiles pour attaquer le groupe cyano. Le pH élevé peut être préjudiciable aux polysaccharides base-labile, et ni le CNBr ni le cyano-ester actif initialement formé ne sont suffisamment stables à un pH aussi élevé.
CDAP (tétrafluoroborate de 1-cyano-4-diméthylaminopyridine; Figure 1) a été introduit par Lees et al. pour être utilisé comme agent cyanylant pour l’activation des polysaccharides5,6. Le CDAP, qui est cristallin et facile à manipuler, s’est avéré activer les polysaccharides à un pH inférieur à celui du CNBr et avec moins de réactions secondaires. Contrairement au CNBr, les polysaccharides activés par cdap peuvent être directement conjugués aux protéines, ce qui simplifie le processus de synthèse. Les polysaccharides activés par cdAP peuvent être fonctionnalisés avec une diamine (p. ex. diamine hexane) ou un dihydrazide (p. ex., dihydrazide adipique, ADH) pour fabriquer des polysaccharides dérivés d’amino- ou d’hydrazide. Une forte concentration du réactif homobifonctionnel est utilisée pour supprimer la réticulation des polysaccharides. Les polysaccharides aminés peuvent ensuite être conjugués en utilisant l’une des myriades de techniques utilisées pour la conjugaison des protéines. Les polysaccharides dérivés de l’hydrazide sont souvent couplés à des protéines à l’aide d’un réactif de carbodiimide (par exemple, le 1-éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl)carbodiimide (EDAC))7. Une optimisation supplémentaire de l’activation des polysaccharides CDAP a été décrite par Lees et al.8 et est incorporée dans le protocole décrit ici.
Vue d’ensemble de la conjugaison CDAP
Le protocole CDAP peut être conceptualisé en deux phases : (1) l’activation du polysaccharide et (2) la conjugaison du polysaccharide activé avec une protéine ou un ligand(Figure 2). Le but de la première étape est d’activer efficacement le polysaccharide, tandis que le but de la seconde est de conjuguer efficacement au polysaccharide activé. Le polysaccharide activé relie les deux étapes ensemble. Cette conceptualisation permet de se concentrer sur les éléments critiques de chaque étape. La figure 2 développe cette conceptualisation, montrant les réactions d’activation et de couplage souhaitées, ainsi que les réactions d’hydrolyse et les réactions secondaires.
Au cours de la phase d’activation, les trois préoccupations majeures sont la stabilité du CDAP, la réaction du CDAP avec les hydroxyles de polysaccharide et la stabilité du polysaccharide activé(Figure 3). L’hydrolyse CDAP augmente avec le pH, tout comme l’hydrolyse du polysaccharide activé et les réactions secondaires. Cependant, la réaction CDAP avec le polysaccharide est facilitée par l’augmentation du pH. L’activation efficace des polysaccharides avec CDAP nécessite un équilibre entre 1) la réactivité du polysaccharide et du CDAP et 2) l’hydrolyse et les réactions secondaires du réactif et du polysaccharide activé.
Dans le protocole d’activation CDAP original décrit par Lees et al.5,l’activation CDAP des polysaccharides a été réalisée à température ambiante dans une solution de pH 9 sans tampon. Le taux d’activation s’est avéré rapide dans cette condition, et l’activation serait terminée dans les 3 minutes. La réaction s’est également accompagnée d’une hydrolyse rapide du CDAP, provoquant une chute rapide du pH de la solution réactionnaire sans tampon. Il était difficile d’augmenter rapidement et de maintenir le pH de réaction à la valeur cible dans un laps de temps aussi court. Dans le protocole décrit, l’activation a été effectuée en ajoutant du CDAP à partir d’une solution stock de 100 mg/mL à la solution de polysaccharide sans tampon. Le pH a été relevé 30 s plus tard avec « un volume égal de 0,2 M de triéthylamine ». La protéine à conjuguer a ensuite été ajoutée après 2,5 minutes à la réaction d’activation. Notamment, le pH de l’étape d’activation n’était pas bien contrôlé et dépassait très probablement initialement le pH cible. La réaction rapide nécessitant un ajustement rapide du pH a rendu le processus d’activation difficile à contrôler et difficile à mettre à l’échelle.
Contrairement au protocole original, le protocole modifié décrit ici présente deux améliorations majeures. Tout d’abord, le pH de la solution de polysaccharide est pré-ajusté pour cibler le pH d’activation, en utilisant le DMAP comme tampon, avant l’ajout de CDAP. DMAP a un pKa de 9,5 et a donc un bon pouvoir tampon autour de pH 9, et contrairement à beaucoup d’autres tampons, DMAP n’a pas été trouvé pour favoriser l’hydrolyse CDAP8. De plus, le DMAP est déjà un intermédiaire de procédé et n’ajoute donc pas de nouveau composant au mélange réactionnel. Le préréglage du pH avant l’ajout de CDAP élimine la grande variation de pH au début de la réaction et permet un maintien plus efficace du pH cible pendant la réaction. La deuxième amélioration consiste à effectuer la réaction d’activation à 0 °C, où le taux d’hydrolyse CDAP est nettement plus lent que celui à température ambiante. Avec la demi-vie plus longue du réactif à 0 °C, le temps d’activation est augmenté de 3 min à 15 min pour compenser le taux d’activation plus lent à la température inférieure. Le temps de réaction plus long, à son tour, facilite le maintien du pH de la réaction. L’utilisation de 0 °C ralentit également la dégradation des polysaccharides sensibles au pH, ce qui permet de préparer des conjugués de ce type de polysaccharide. Les améliorations apportées au protocole rendent le processus d’activation moins frénétique, plus facile à contrôler, plus reproductible et plus facile à mettre à l’échelle.
Cet article décrit le protocole amélioré pour effectuer l’activation CDAP contrôlée du polysaccharide à 0 °C et à un pH cible spécifié et effectuer une dérivatisation ultérieure des polysaccharides activés avec de l’ADH. On décrit également un dosage de l’acide trinitrobenzène sulfonique (TNBS), basé sur la méthode de Qi et al.9, pour la détermination du taux d’hydrazide sur le polysaccharide modifié. Un dosage modifié pour les hexoses à base de résorcinol et d’acide sulfurique10 est également décrit, qui peut être utilisé pour déterminer une gamme plus large de polysaccharides. Pour plus d’informations sur l’activation et la conjugaison cdap, le lecteur est renvoyé aux publicationsantérieures5,6,8 de Lees et al.