Sistem Berbasis Polimer

Read Also

Polimer alami dan sintetik telah banyak digunakan sebagai sistem penghantaran obat berkat tunabilitas fisikokimia, fleksibilitas desain molekul, biokompatibilitas dan biodegradabilitas, menjadikannya kendaraan yang menjanjikan untuk pengiriman antigen yang terkontrol dan ditargetkan. Antigen dapat dienkapsulasi atau diadsorpsi pada permukaan polimer. Enkapsulasi antigen melindunginya dari paparan enzim metabolik serta lingkungan GI yang keras, jika rute oral dipilih untuk pemberian, sedangkan adsorpsi antigen menghindari paparan pelarut organik berbahaya atau pH ekstrim selama proses formulasi. Selama bertahun-tahun, sistem polimer seperti nanopartikel, polipleks, dendrimer dan nanokapsul telah dikembangkan untuk pengiriman vaksin melawan virus.

Polymeric Nanoparticles (NPs)

NPs polimer telah mendapatkan perhatian besar untuk aplikasi mereka sebagai kendaraan pengiriman vaksin karena biokompatibilitas, biodegradabilitas dan kemudahan persiapan. Menurut bahan yang digunakan dalam komposisinya, NP polimer dapat dibagi menjadi NP polimer alami dan NP polimer sintetis. Kedua jenis NP telah dipelajari selama bertahun-tahun sebagai pembawa antigen nonviral untuk mengirimkan berbagai antigen termasuk antigen hepatitis B virus (HBV), virus influenza, HIV, hepatitis C, virus dengue, dan virus Ebola.

Kitosan, dekstran, asam hialuronat dan beta-glukan adalah salah satu polimer alami yang paling umum digunakan dalam pengembangan sistem pengiriman vaksin. Biomaterial ini sangat menarik karena banyak dari mereka muncul secara alami dalam struktur beberapa mikroorganisme, membuatnya mudah dikenali oleh sel imun dan oleh karena itu meningkatkan kemungkinan menghasilkan respon imun terhadap antigen yang dimuat. Kitosan adalah biopolimer kationik alami yang berinteraksi dengan membran sel epitel bermuatan negatif. Adsorpsi NP kitosan dengan mukosa hidung dan usus ditingkatkan, secara signifikan menginduksi respon imun terhadap nanocarrier ini. Misalnya, Prego et al. mengembangkan NP kitosan untuk pengiriman antigen HBV rekombinan. Para peneliti secara intramuskular menyuntikkan NP pada tikus dan mengamati jumlah antibodi Immunoglobulin G (IgG) spesifik HBV 9 kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan vaksin penyerap aluminium konvensional. Baru-baru ini, Cordeiro et al. mengembangkan nanopartikel carboxymethyl-β-glucan (CMβG)-kitosan untuk pengiriman OVA sebagai model antigen. Dalam penelitian ini, dosis vaksin tunggal yang disuntikkan secara subkutan pada tikus menginduksi proliferasi sel T dan respons antibodi yang sebanding dengan yang dicapai dengan ovalbumin yang diserap tawas. Dacoba dkk. melaporkan persiapan NP dengan mengikat antigen HIV secara kovalen, ditambatkan melalui situs pembelahan protease peptida PCS5, ke kitosan atau asam hialuronat dan selanjutnya mengasosiasikannya dengan polimer bermuatan berlawanan seperti dekstran sulfat atau kitosan dan poliinosinat:asam polisitidilat (poli(I: C)). Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua sistem NP menghasilkan antibodi anti-PCS5 yang tinggi dan NP yang mengandung PCS5 terkonjugasi dan poli(I:C) menginduksi aktivasi sel penyaji antigen yang paling kuat. El-Sissi dkk. mengembangkan NP kitosan yang sarat dengan antigen yang tidak aktif Rift Valley Fever Virus (RVFV) dan mempelajari efek formulasi ini dalam vaksinasi tikus albino Swiss. Hasilnya menunjukkan bahwa NP kitosan yang mengandung antigen menghasilkan peningkatan aktivitas fagositosis makrofag peritoneum dan tingkat antibodi yang dinetralkan terhadap kadar RVFV dan IgG terhadap nukleoprotein RVFV, dibandingkan dengan antigen tidak aktif RVFV bebas ajuvan. Ini adalah beberapa contoh di antara banyak di mana NP berdasarkan polimer alami telah digunakan untuk pengiriman antigen virus, yang telah ditinjau secara ekstensif oleh peneliti lain.

NP juga telah dikembangkan untuk pengiriman komponen virus antigenik menggunakan polimer sintetik, yang paling banyak diselidiki termasuk poli (asam laktat-co-glikolat) (PLGA), poli (asam glikolat) (PGA), poli (laktida-ko-glikolat) glikolida) (PLG), poli(asam laktat) (PLA), poli(alkil cyanoacrylate) (PACA) dan polianhidrida. Sifat polimer bervariasi tergantung pada komposisinya. Misalnya, PLA menghasilkan struktur padat dan fleksibel yang terdegradasi secara perlahan, sedangkan PGA kaku tetapi terdegradasi dengan cepat. Di sisi lain, PLGA memiliki sifat di antara yang ditunjukkan oleh PLA dan PGA. Dengan demikian, mengubah komposisi atau rasio kopolimer yang digunakan selama proses sintesis NP, dapat memungkinkan pelepasan dan kontrol pengambilan vaksin. Misalnya, Thomas dan rekan kerja mempelajari sistem campuran polimer sintetik PLA dan PLGA, dengan berbagai rasio keduanya, sebagai sistem pengiriman HBV surface antigen (HBsAg) melalui rute paru. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kehadiran PLA yang lebih tinggi menghasilkan NP dengan ukuran lebih besar, yang semakin banyak diambil oleh makrofag alveolar tikus, yang menyebabkan peningkatan sekresi sitokin. Dalam studi lain, Ross et al. menunjukkan bahwa H5 hemagglutinin trimer (H53) yang dienkapsulasi ke dalam polianhidrida NP menginduksi titer antibodi penetral tinggi dan meningkatkan respons penarikan sel T CD4+ pada tikus, menginduksi kekebalan protektif terhadap influenza H5N1. Rietscher dan rekan kerja mengevaluasi potensi sistem pengiriman vaksin yang terbuat dari polimer hidrofilik polietilen glikol (PEG)-poli(allyl glisidil eter) (PAGE)-b-PLGA (PPP) yang dimuat dengan model antigen OVA. Dalam studi in vitro mereka, para peneliti mengamati peningkatan yang signifikan dalam aktivasi sel T oleh APC ketika antigen dikirimkan melalui NP PPP dibandingkan dengan PLGA NP atau OVA bebas. Lebih lanjut, hasil menunjukkan bahwa aplikasi subkutan PPP-OVA-NPs bahkan tanpa adjuvant menginduksi sitotoksisitas spesifik OVA yang dimediasi sel CD8 secara in vivo, dibandingkan dengan yang disebabkan oleh PLGA-OVA-NPs atau OVA saja. Ksatria dkk. mendemonstrasikan bahwa vaksin NP yang responsif terhadap pH yang diisi dengan adjuvant DNA OVA dan CpG meningkatkan besarnya dan umur panjang respons sel T memori residen jaringan CD8+ paru pada tikus. Kepekaan pH diberikan oleh kopolimer diblok yang terbuat dari kopolimer hidrofilik dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) dan pyridyl disulphide ethyl methacrylate (PDSMA), dan kopolimer hidrofobik propylacrylic acid (PAA), butyl methacrylate (BMA) dan DMAEMA. NP yang mengandung antigen meningkatkan aktivasi APC paru dan membantu persistensi antigen di paru-paru. Dosis tunggal vaksin NPs IN memberikan perlindungan terhadap virus pernapasan pada model infeksi subletal (vaccinia) dan mematikan (influenza) hingga 9 minggu setelah imunisasi.

Polipleks

Polipleks adalah kompleks yang dibentuk oleh polimer dan asam nukleat. Polimer netral, kationik dan amfifilik telah digunakan untuk menghasilkan polipleks untuk aplikasi pengiriman gen. Polimer kationik memberikan sistem pengiriman yang lebih baik karena interaksi elektrostatiknya yang mudah dengan oligonukleotida bermuatan negatif dan membran seluler. Polimer kationik sintetis seperti PLA, poli-L-lisin (PLL), polieterimida (PEI), poli(amidoamine) (PAMAM), poli(2-dimethylaminoethylmethacrylate) (PDMAEMA), serta polimer alami berbasis karbohidrat seperti kitosan, telah digunakan untuk mensintesis polipleks. Selain itu, strategi seperti PEGylation dan fungsionalisasi dengan ligan penargetan digunakan untuk meningkatkan efisiensi transfeksi dan waktu sirkulasi.

Dalam satu penelitian, Demoulins dan rekan kerja menggunakan polipleks yang terbuat dari PEI atau PEI histidylated dan mRNA self-amplifying yang mengkode hemagglutinin dan nucleocapsid virus influenza. Sistem poliplex berhasil mengirimkan mRNA ke DC yang memunculkan respons imun humoral dan seluler dan meningkatkan kemanjuran vaksin mRNA. Namun, toksisitas tetap menjadi tantangan dengan berat molekul tinggi PEI dan dengan demikian sistem alternatif telah diteliti. Li dkk. mempelajari kemampuan dua jenis polimer cyclodextrin (CD)-PEI, yang dibuat menggunakan rasio siklodekstrin terhadap PEI yang berbeda, sebagai pembawa vaksin mRNA intranasal. Sistem pengiriman nanokompleks CD-PEI konjugasi ditunjukkan untuk lalu lintas ke kelenjar getah bening dengan efisiensi yang lebih tinggi dan untuk merangsang respons imun humoral dan seluler yang kuat. Polipleks polimer seperti PDMAEMA juga telah ditunjukkan untuk meningkatkan efisiensi transfeksi vaksin mRNA.

Baru-baru ini, formulasi polipleks juga dieksplorasi untuk menantang infeksi virus seperti infeksi HIV-1. Moyo dan rekan kerja menggunakan vaksin mRNA self-amplifying berbasis polimer kationik polietilenimin (PEI) yang mengkode protein HIV-1 untuk meningkatkan penyerapan seluler mRNA dan menginduksi respons sel T yang kuat pada tikus BALB/c. Sebuah injeksi tunggal menginduksi tanggapan sel T CD4+ dan CD8+ polifungsional yang berlangsung selama setidaknya 4 bulan setelah pemberian dan mengendalikan HIV-1.

Dendrimer Polimer

Dendrimer bercabang, tiga dimensi, struktur makromolekul polimer berbentuk bintang. Ini disintesis dari inti polifungsional, misalnya, amonia atau etilendiamin, yang menentukan bentuk tiga dimensi molekul. Unit berulang, seperti PAMAM, asam poliamino, polifenil, poliporfirin dan polieter, ditambahkan ke inti dan bereaksi dengan gugus fungsinya. Setiap lapisan unit berulang dengan demikian menghasilkan percabangan dan meningkatkan jumlah unit fungsional permukaan. Pada langkah terakhir, dendrimer ditutup dengan lapisan yang memberikan sifat kimia permukaan yang diinginkan dari sistem. Lapisan interior cocok untuk enkapsulasi terapeutik atau biomolekul sedangkan lapisan luar terbuat dari gugus fungsi yang berguna untuk konjugasi biomolekul ini dan menargetkan gugus. Jadi, dengan mengubah sifat inti dan unit berulang, jumlah lapisan, dan komposisi lapisan permukaan, dimungkinkan untuk mensintesis dendrimer dengan sifat kimia dan biologis yang diinginkan. Karena karakteristik unik ini, kelas bahan nano polimer ini telah ditemukan aplikasinya dalam pengiriman obat, gen, dan vaksin.

Dendrimer menunjukkan sifat stimulasi kekebalan yang efisien, dan dengan demikian dapat bertindak sebagai adjuvant dan dapat meningkatkan efisiensi vaksin. Dalam sebuah penelitian, Asgary et al. mensintesis dendrimer G2 globular nonlinier yang terdiri dari asam sitrat dan polietilen glikol 600 (PEG-600) dan mengevaluasi adjuvanticity NP yang mengandung antigen virus rabies yang dinonaktifkan pada model tikus. Mereka mengamati bahwa formulasi berbasis dendrimer meningkatkan respons imun, menginduksi antibodi penawar tinggi terhadap virus rabies, dan menyebabkan tingkat kelangsungan hidup tikus yang lebih tinggi. Chahal dan rekan kerjanya menemukan bahwa satu dosis dendrimer yang dienkapsulasi dengan beberapa antigen mampu menghasilkan antibodi yang kuat dan respons sel-T terhadap virus Ebola, influenza H1N1, dan Toxoplasma gondii.

Polymeric Nanocapsules (NCs)

Nanocapsules (NCs) terdiri dari inti lipid dalam yang biasanya distabilkan oleh fosfolipid dan cangkang polimer eksternal. Keuntungan utama dari NCs adalah kesempatan untuk memuat molekul ajuvan hidrofobik di inti sementara antigen ditampilkan di permukaan, terkait dengan polimer eksternal melalui berbagai jenis interaksi. NCs dilapisi dengan polimer yang berbeda seperti kitosan, inulin, protamine, poliarginin dan beta-glukan, telah dieksplorasi oleh Alonso dan rekan kerja, dengan hasil yang menjanjikan. Dalam studi ini, penulis menunjukkan potensi untuk merekayasa NC ini untuk penargetan limfatik yang efisien, terutama melalui optimalisasi ukuran partikel, muatan permukaan, dan pemilihan polimer pelapis yang berbeda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa NC kecil (di bawah 100 nm) dengan permukaan netral atau positif mampu mengalirkan darah secara efisien ke kelenjar getah bening terdekat setelah injeksi subkutan ke alas kaki tikus. Selain itu, NC yang dilapisi protamin mampu secara efisien mengirimkan antigen hepatitis B rekombinan ke sel imun pada tikus, yang mengarah ke respons humoral protektif.