Sistem berbasis polimer untuk pengiriman vaksin virus asam nukleat

Read Also

Di antara polimer, polimer kationik telah banyak digunakan untuk pengiriman vaksin asam nukleat. Mirip dengan liposom kationik, polimer kationik dengan gugus bermuatan positif dapat membuat kompleks dengan vaksin asam nukleat berdasarkan interaksi muatan-muatan. Polipleks yang dihasilkan diharapkan dapat meningkatkan masuknya vaksin asam nukleat ke dalam sel imun dan meningkatkan respon imun.

Nanopartikel polimer kationik telah dipelajari untuk pengiriman intradermal vaksin DNA yang mengkode antigen influenza H1N1. Pengkodean DNA antigen H1N1 dikomplekskan menjadi poly lactic-co-glycolic acid/polyethyleneimine (PLGA/PEI). Secara singkat, nanopartikel PLGA dibuat menggunakan penguapan pelarut emulsi ganda W/O/W. Nanopartikel PLGA bermuatan negatif dilapisi dengan PEI bermuatan positif untuk membentuk kompleks PLGA/PEI, yang selanjutnya dikomplekskan dengan DNA. Polipleks dilapisi pada polyvinylpyrrolidone microneedles menggunakan teknik layer-by-layer. Dalam sel HEK293, pengobatan dengan polipleks menghasilkan peningkatan transfeksi plasmid DNA dibandingkan dengan yang diperoleh dengan menggunakan polipleks PEI. Vaksinasi intradermal dengan tambalan polyvinylpyrrolidone microneedles menghasilkan tingkat titer IgG spesifik H1N1 2,2 kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan yang diperoleh pada tikus yang menerima injeksi intradermal dengan tambalan microneedles tidak berlapis.

Dendrimer juga telah digunakan sebagai platform untuk mengirimkan mRNA melawan virus Ebola dan virus influenza H1N1. Dendrimer poli(amido amina) yang dimodifikasi dikomplekskan menjadi RNA replikon virus ensefalitis kuda Venezuela yang mengkode protein HA dari virus influenza H1N1 atau RNA yang mengkode glikoprotein virus Ebola. Khususnya, penelitian ini menunjukkan bahwa protein antigen dapat diekspresikan secara in vivo setelah pemberian platform mRNA secara intramuskular. Setelah tantangan virus influenza H1N1, 100% tikus yang diimunisasi dengan mRNA penyandi antigen H1N1 di polipleks dendrimer bertahan sementara semua tikus yang diobati dengan mRNA pengekspres fragmen ovalbumin di kompleks dendrimer meninggal setelah 7 hari. Setelah tantangan virus Ebola, perlindungan 100% diamati pada tikus yang diimunisasi dengan mRNA penyandi glikoprotein Ebola dalam kompleks dendrimer, sementara tikus kontrol semuanya mati dalam 10 hari.

Polimer kationik dengan berat molekul tinggi, poli(N,N′-cystaminebis(acrylamide)-co-4-amino-1-butanol), digunakan untuk menghantarkan saRNA yang mengkode hemagglutinin melawan virus influenza. Studi ini mengungkapkan bahwa berat molekul polimer kationik mempengaruhi efisiensi transfeksi, dengan polimer 100-kDa menunjukkan efisiensi yang lebih tinggi daripada polimer 5-92 kDa. Setelah injeksi intramuskular, polipleks saRNA dan polimer kationik 100-kDa menunjukkan kadar serum antibodi IgG spesifik hemaglutinin 4 kali lipat lebih tinggi dan titer netralisasi dibandingkan dengan yang diperoleh dengan polipleks saRNA dengan PEI, dan memberikan perlindungan lengkap dari virus influenza tantangan.

Studi lain menggunakan nanogel kitosan dan alginat untuk menghantarkan saRNA yang mengkode hemagglutinin atau nukleoprotein. Nanogel ini terdiri dari inti kitosan yang dibentuk oleh kitosan/tripolifosfat dan dilapisi dengan alginat. Nanogel yang dimuat dengan saRNA menunjukkan penyerapan yang lebih besar oleh sel dendritik dibandingkan dengan saRNA telanjang. Tiga imunisasi subkutan tikus dengan nanogel yang dimuat dengan saRNA yang mengkode hemagglutinin atau nukleoprotein menyebabkan induksi antibodi anti-hemaglutinin atau anti-nukleoprotein. Dalam model kelinci, tiga imunisasi subkutan memicu pengembangan antibodi IgG spesifik antigen.

Misel polimer kationik telah dipelajari untuk pengiriman subkutan dari pengkodean mRNA HIV-1 gag. Turunan asam stearat hidrofobik dari PEI cationic branched (m.w. 2 kDa) dirakit sendiri untuk membentuk misel yang menyimpan muatan kationik pada permukaannya. Penyerapan mRNA oleh garis sel dendritik DC 2.4 ditingkatkan setelah pengiriman berbasis misel kationik dibandingkan dengan pengiriman dengan polipleks PEI saja. Injeksi subkutan tikus dengan mRNA encoding HIV-1 gag dalam kompleks misel polimer kationik menghasilkan tingkat serum yang lebih tinggi dari antigen spesifik IgG, IgG1, dan IgG2a dibandingkan dengan kelompok yang diobati dengan mRNA atau mRNA telanjang di polipleks PEI. Persentase sel IFN-γ-positif gag spesifik HIV lebih tinggi pada kelompok yang diimunisasi dengan mRNA dalam kompleks misel polimer dibandingkan dengan mereka yang diimunisasi dengan polipleks PEI-mRNA.

Pengiriman mRNA encoding HIV-1 gag juga dipelajari menggunakan peptida penembus sel kationik dan nanopartikel polilaktida. Nanopartikel polilaktida dilaporkan terurai menjadi asam laktat in vivo, dan diambil oleh sel dendritik in vivo. Peptida penembus sel kationik (LAH4-L1) digunakan untuk mengadsorpsi mRNA bermuatan negatif ke permukaan negatif nanopartikel polilaktida. Tripleks mRNA, peptida penembus sel kationik, dan nanopartikel polilaktida ditemukan menghasilkan peningkatan ekspresi protein HIV-gag dalam sel dendritik dibandingkan dengan mRNA telanjang. Dalam penelitian ini, sistem tripleks ditemukan meningkatkan produksi sitokin pro-inflamasi (IL-1α, IL-6, IFN-α, dan IFN-γ), menunjukkan aktivasi respon imun berorientasi Th1.

Ringkasnya, berbagai polimer seperti PEI, poli(amido amina) dendrimer, poli(N,N′-cystaminebis(acrylamide)-co-4-amino-1-butanol) atau kitosan telah dipelajari untuk pengembangan vaksin asam nukleat. Dibandingkan dengan liposom kationik, polimer kationik memiliki keunggulan dalam proses pembuatan yang lebih sedikit. Tidak seperti liposom yang harus melalui proses self-assembly nanopartikel, ekstrusi, dan proses kompleksasi, polimer membutuhkan proses pencampuran dengan vaksin asam nukleat. Namun, sistem pengiriman polimer menghadapi masalah biodegradasi. Daftar polimer biokompatibel dan biodegradabel untuk sistem penghantaran asam nukleat perlu diperluas di masa mendatang.