PLGA dalam Perkembangan Next-Generation Vaccines

Read Also

Selama beberapa dekade, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) telah digunakan sebagai konstituen NPs karena biokompatibilitasnya yang sangat baik, biodegradabilitas, dan profil keamanannya. Memang, penggunaannya pada manusia telah disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA) lebih dari 30 tahun yang lalu. PLGA mengalami hidrolisis dalam tubuh untuk menghasilkan asam laktat dan asam glikolat, yang secara efisien dimetabolisme melalui siklus Krebs, sehingga menghindari toksisitas.

PLGA-NP telah divalidasi sebagai sistem penghantaran obat yang efektif oleh beberapa penelitian in vivo. Secara khusus, senyawa ini terbukti berfungsi sebagai pengangkut insulin yang diberikan secara oral dan efektif dalam memberikan obat ke berbagai daerah tubuh (misalnya, koklea, hati, dan ginjal), tempat yang meradang karena penyakit inflamasi. (misalnya, arthritis dan penyakit usus), dan jaringan neoplastik. Mereka juga dipekerjakan untuk memproduksi vaksin tolerogenik untuk penyakit autoimun, seperti experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), model hewan multiple sclerosis. Secara khusus, PLGA terbukti menjadi polimer biokompatibel yang sangat baik untuk NP karena PLGA-NP dapat dimuat dengan berbagai macam molekul dan permukaannya difungsikan untuk meningkatkan pengirimannya ke jaringan target. Dalam hal ini, penting untuk menunjukkan bahwa pemberian vaksin sangat dipengaruhi oleh ukuran NP. Memang, NP kecil menimbulkan respon imun humoral dan seluler yang lebih kuat karena mereka dapat lebih mudah mencapai kelenjar getah bening dan lebih efisien ditangkap oleh APC.

Vaksin Virus PLGA Berbasis Protein

Virus influenza A, yang ditandai dengan tingkat mutasi yang tinggi, diketahui menyebabkan gelombang infeksi musiman di seluruh dunia. Vaksin untuk influenza A menginduksi produksi antibodi terhadap glikoprotein permukaan hemagglutinin (HA) dan neuraminidase (NA) dan oleh karena itu, harus diformulasi ulang setiap tahun agar dapat disesuaikan dengan antigenic drift virus. Dalam hal ini, vaksin berbasis PLGA-NP untuk strain influenza H1N1 diperoleh dengan memuat NP dengan protein HA, bersama dengan MLPA dan muramyl dipeptide (MDP), digunakan sebagai adjuvant yang mampu memicu respons yang dimediasi PRR. Vaksin ini terbukti menginduksi sel T CD4+ penghasil IFN-γ dan respons antibodi yang kuat. Menariknya, tikus yang diimunisasi dengan HA-PLGA-NPs plus adjuvant secara signifikan lebih tahan terhadap tantangan mematikan dengan virus H1N1 dibandingkan dengan tikus yang diimunisasi tanpa adjuvant.

Dengue virus (DENV) menyebabkan demam berdarah dan sindrom syok serta merupakan ancaman kesehatan masyarakat di Asia Tenggara dan Amerika Tengah dan Selatan. Vaksin Dengue yang terdiri dari PLGA/PEG NPs yang mengandung virus nonstructural protein 1 (NS1) tanpa adjuvant terbukti efektif pada tikus. Selanjutnya, Metz et al. menguji kemanjuran imunisasi dengan vaksin subunit protein tetravalen recombinant envelope (rE) yang teradsorpsi ke permukaan PLGA-NP. Strategi ini menghasilkan respon antibodi yang seragam terhadap keempat serotipe DENV, dibandingkan dengan penggunaan tunggal antigen terlarut, menunjukkan potensi yang menjanjikan dari pendekatan ini untuk pengembangan vaksin.

Sebuah strategi yang berbeda datang dari studi oleh Zhu et al. tentang imunisasi terhadap virus hepatitis B. Untuk mempromosikan pelepasan HBsAg yang berkelanjutan, protein dimasukkan ke dalam PLGA-NP. Selain itu, untuk meningkatkan pengambilan antigen oleh APC, permukaan NP difungsikan oleh manosilasi untuk menargetkan reseptor mannose. PLGA-NP yang dicangkok mannose sarat dengan HBsAg menginduksi presentasi antigen yang sukses, respon sel T CD8+, dan sekresi IFN-γ dan IL-2. Dalam penelitian lain, HBsAg yang terperangkap dalam PLGA-NPs bermuatan positif dengan partikel kationik (yaitu, stearyl amine dan polyethyleneimine) diberikan sebagai aerosol ke tikus Sprague Dawley betina untuk mencapai paru-paru. Vaksinasi ini menginduksi produksi IgG spesifik antigen dalam serum dan IgA dalam lavage oral, vagina, dan bronkoalveolar. Rute pernapasan administrasi juga menginduksi respon imun yang diperantarai sel, memicu produksi IFN-γ dan IL-2. Dalam penelitian lain, PLGA-NP diisi dengan antigen inti hepatitis B (HBcAg), dengan atau tanpa MPLA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa vaksin yang mengandung MPLA sangat efektif dalam menginduksi respon imun TH1 spesifik HBcAg yang kuat.

PLGA-NPs juga dapat digunakan untuk pengiriman protein larut yang buruk. Roopngam dkk. enkapsulasi bentuk tidak larut dari E2 envelope glycoprotein subtype 1b dari hepatitis C virus (HCV1b-E2) dalam mikrosfer PLGA, menunjukkan bahwa pelepasan terus menerus dari mikrosfer ini menginduksi respon imun sel T CD8+ yang kuat, serta sekresi IFN-γ pada vaksin yang divaksinasi. tikus. Terakhir, PLGA NP telah digunakan untuk memberikan vaksin multi-epitop terhadap human T-cell leukemia/lymphoma virus type 1HTLV-1), virus RNA onkogenik yang bertanggung jawab untuk leukemia sel T. Secara khusus, chimera multi-epitop, yang terdiri dari epitop Tax, env, dan gag immunodominant HTLV-1, dienkapsulasi dalam PLGA-NPs bersama dengan ajuvan CpG-oligonukleotida. Hasil penelitian menunjukkan bahwa vaksin menginduksi respon humoral yang kuat, dan enkapsulasi NP sangat penting untuk meningkatkan presentasi antigen dan menginduksi respon imun seluler dan mukosa yang kuat.

PLGA dalam Vaksin DNA

Terlepas dari keunggulan vaksin DNA, hanya beberapa penelitian yang menunjukkan bahwa vaksin naked-DNA dapat menginduksi respons imun yang kuat pada manusia. Satu studi menunjukkan bahwa vaksin DNA HBsAg aman dan ditoleransi dengan baik dalam kohort 12 sukarelawan manusia yang naif hepatitis, di mana vaksin itu menginduksi respon imun yang memadai yang mengarah pada pembersihan virus. Karena plasmid DNA rentan terhadap degradasi cepat oleh nuklease, berbagai formulasi partikel telah digunakan untuk mengirimkan vaksin DNA secara tepat ke jaringan dan mengatasi degradasi ini. Dalam hal ini, PLGA-NP mewakili pendekatan yang menarik karena mereka tampaknya memberikan pelepasan DNA berkelanjutan sambil menginduksi respons sel T yang kuat. Memang, pemberian oral dosis tunggal PLGA-NP yang diisi dengan HBsAg-DNA menginduksi respons antibodi spesifik antigen yang tahan lama pada tikus BALB/c. Selain itu, respon antigen spesifik CTL yang efektif terdeteksi di limpa dan jaringan limfoid terkait usus pada stimulasi ulang in vitro dengan HBsAg.

Aplikasi potensial lain dari pendekatan ini adalah melawan virus Ebola, yang menyebabkan demam berdarah dan kegagalan multiorgan. Sampai saat ini, tidak ada vaksin manusia untuk Ebola yang disetujui. Metode vaksinasi yang layak diusulkan oleh Yang et al. terdiri dari vaksin DNA Ebola yang dilapisi pada NP PLGA-poly-l-lysine/poly-γ-glutamic acid (PLGA-PLL/γPGA), yang mampu menginduksi respon imun yang kuat pada tikus.

Akhirnya, pengembangan mikrosfer PLGA yang sarat dengan kompleks DNA dan polietilenimin (PEI) sangat menjanjikan untuk desain vaksin terhadap human immunodeficiency virus tipe 1 (HIV-1), yang sejauh ini tetap sulit divaksinasi berkat kemampuannya untuk merusak dan menghindari sistem imun inang. Pendekatan ini dapat menghasilkan vaksin yang lebih efektif karena PEI melindungi DNA dari degradasi selama enkapsulasi dan, pada injeksi intramuskular, mikrosfer dapat melepaskan kompleks PEI/DNA yang utuh dan penetrasi selama beberapa hari. Memang, vaksin ini menginduksi antibodi yang kuat dan tanggapan CTL terhadap HIV pada tikus.

Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan bahwa PLGA-NP dapat secara efektif mentransfer vaksin DNA ke DC dan merangsang respons imun sel T CD4+ dan CD8+ yang efisien.

PLGA dalam Vaksin mRNA

PLGA-NP baru-baru ini mendapatkan perhatian yang meningkat sebagai platform potensial untuk memberikan vaksin mRNA karena kemampuannya untuk melepaskan diri dari endosom di samping profil biodegradabilitas dan biokompatibilitasnya yang sangat baik. Namun, muatan negatif PLGA sangat merusak kemanjuran penggabungan mRNA, yang mungkin menjelaskan keberhasilan yang buruk dalam mengembangkan vaksin ini sejauh ini. Namun, hasil yang menjanjikan telah diperoleh dengan NP PLGA/PEI, yang ditunjukkan untuk memberikan pengkodean mRNA untuk green fluorescent protein (GFP) ke DC yang diturunkan dari monosit manusia untuk mendapatkan respon imun host dan menghilangkan patogen hipotetis.

PLGA sebagai Adjuvant dalam Formulasi Vaksin

NP memiliki potensi untuk meningkatkan respon imun bahkan tanpa antigen yang dienkapsulasi. Misalnya, Seth et al., segera sebelum injeksi pada tikus BALB/c, PLGA-NP campuran dengan kapsomer modular yang terdiri dari antigenic M2e peptide (CapM2e) virus influenza A, memperoleh tingkat anti-M2e IgG1 yang lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol. Demikian pula, Zhang et al. menggunakan PLGA sebagai adjuvant untuk imunisasi influenza A. Penulis ini memberikan PLGA-NPs, dimuat atau tidak, dengan TLR-7 agonis imiquimod (IMQ), untuk tikus bersama dengan HA yang berasal dari vaksin influenza H5N1 (A/Anhui/1/2005). Hasilnya menunjukkan peningkatan regulasi respons antibodi anti-HA pada tikus yang disuntik dengan HA yang ditambah dengan PLGA-NP kosong atau PLGA-NP yang diisi dengan IMQ dibandingkan dengan tikus kontrol yang disuntik dengan HA saja. Selanjutnya, formulasi ini juga meningkatkan produksi IFN-γ yang terdeteksi pada splenosit dibandingkan dengan yang diinduksi oleh imunisasi kontrol dengan HA saja atau HA plus Alum sebagai adjuvant, dalam pengaturan ex-vivo.

PLGA NP dalam Inverse Vaccination

Inverse Vaccination ditujukan untuk secara khusus menghambat respons imun patologis, seperti yang bertanggung jawab atas penyakit autoimun dan alergi, dengan menginduksi toleransi perifer. Vaksin tolerogenik bertujuan untuk mempertahankan pertahanan imun inang sambil menghindari infeksi oportunistik yang parah yang mungkin terjadi dengan menggunakan obat imunosupresif. Sementara vaksin konvensional menginduksi imunitas humoral dan efektor seluler, vaksin tolerogenik menghambat sel T efektor/memori patogen yang ada dengan menginduksi baik anergi/delesi atau penekanannya melalui sel T regulator (Treg) yang mampu mempertahankan toleransi imun jangka panjang. Treg mungkin berasal dari Treg yang sudah ada sebelumnya atau sel T naif CD4+ yang berdiferensiasi.

Pendekatan yang menjanjikan dari vaksinasi tolerogenik mengambil keuntungan dari NP untuk memberikan baik antigen dan "bahan pembantu tolerogenik" untuk memicu respon supresif . Secara khusus, kelompok kami menyelidiki efek tolerogenik dari PLGA-NP yang dimuat dengan myelin oligodendrosit glikoprotein (MOG)35-55 autoantigen dan recombinant interleukin-10 (r IL-10), digunakan sebagai ajuvan tolerogenik, pada ensefalomielitis autoimun eksperimental (EAE). Hasil menunjukkan bahwa kombinasi ini efektif dalam memperbaiki EAE dan mengurangi respon demielinasi dan TH1 dan TH17. Studi selanjutnya mengkonfirmasi kemanjuran pendekatan ini pada penyakit autoimun lainnya, seperti yang diulas dalam. Menariknya, sebuah penelitian yang sangat baru telah menyarankan efektivitas injeksi subkutan dari MOG35-55 PLGA-NPs yang mengandung PEGylated tanpa bahan pembantu tolerogenik dalam memperbaiki perjalanan EAE. Selain itu, dua penelitian lain yang dilakukan pada tikus telah menunjukkan bahwa vaksinasi oral dengan kolagen II atau vaksinasi hidung dengan HSP70—dalam kedua kasus, antigen diinkapsulasi dalam PLGA-NP—memberikan tingkat perlindungan yang tinggi terhadap rheumatoid arthritis, penyakit tanpa adanya inverse adjuvants.