Автор: AZoNano ]

Ученые Cornell разработали новое семейство биоматериалов для инфекционных заболеваний. Нановацины успешно повысили иммунитет у мышей с метаболическими нарушениями, связанными с кишечными бактериями – популяцией, которая проявляет устойчивость к традиционным вакцинам против полиомиелита и гриппа.

Исследование является первым, чтобы исследовать взаимосвязь между наноматериалами, иммунными реакциями и микробиомом, прогрессивно важной областью исследования. Считается, что микробиом – ассортимент микроорганизмов, живущих в организме, – играет решающую роль в здоровье человека.

«В этой статье рассказывается, как микробиом может влиять на наши инженерные вакцины и как мы можем преодолеть эти проблемы, разрабатывая передовые материалы», сказал Анкур Сингх, доцент в Школе механического и аэрокосмического машиностроения Сибли ( MAE) и Школа биомедицинской инженерии им. Мейнига (BME).

Сингх является старшим автором «Иммуномодулирующих наногелей, преодолевающих ограниченный иммунитет в мышиной модели метаболического синдрома, опосредованного кишечным микробиомом», который был опубликован в выпуске ^{от 27 марта журнала Science Advances . ]. Первым автором статьи является Мэтью Москера, докторант в области машиностроения.}

«Эта работа открывает новую, очень интересную область исследования того, как биологические факторы и основные заболевания влияют на эффективность установленных нановакцинов» сказал Сингх, который также является членом Института Энгландера для точной медицины в Weill Cornell Medicine и недавно созданного Корнеллского центра иммунологии. «Более важно, что это показывает, как вы можете использовать эти специально разработанные материалы и сделать их более работоспособными в более широкой популяции для преодоления иммунитета к вакцинам».

Говорят, что более трети американцев и четверти людей во всем мире страдают от метаболического синдрома, который является причиной многих заболеваний, включая воспаление, ожирение и резистентность к инсулину.

Микробиом кишечника является одним из факторов, которые могут вызвать метаболический синдром, и ученые заинтересованы в метаболическом синдроме, вызванном микробиомами, в качестве доказательства, связывающего микробиом и метаболические заболевания с иммунной системой.

Понимание того, как микробиом влияет на будущие инженерные вакцины, имеет огромное значение с точки зрения общественного здравоохранения. Это исследование откроет новые возможности для изучения того, как конкретные компоненты микробиома изменяют иммунные реакции. При разработке новых вакцин важно разрабатывать материалы, эффективные для разнообразных микробиомных композиций.

Илана Брито, соавтор исследования и доцент кафедры биомедицинской инженерии, Корнельский университет.

Ранее проведенные исследования показали, что традиционные вакцины против гриппа и полиомиелита у людей не работают у мышей, у которых есть нарушения обмена веществ, вызванные нарушением их кишечных биомов. «Это побудило нас изучить, что происходит с нановакцинами, которые могут быть лучше растворимых вакцин, чтобы лучше понять роль основного ожирения и воспаления, которое развивается в изменениях кишечника», – сказал Сингх.

Нановакцины, которые обычно состоят из наноматериалов, могут поглощаться клетками иммунной системы и, как было установлено, вызывают более сильный иммунитет по сравнению с традиционными растворимыми вакцинами в доклинических моделях.

Но ученые обнаружили, что наиболее широко используемый тип нановакцины, состоящей из поли (молочно-гликолевой кислоты) (PLGA), не очень успешен у мышей с метаболическим синдромом, вызванным кишечником. Когда ученые проверили нановакцины PLGA на мышах, они оказались менее эффективными, чем они ожидали, даже с включением широко используемого иммуностимулятора.

«Мы спросили, есть ли способы преодолеть этот ограниченный ответ путем разработки новых наноматериальных вакцин?» Сингх сказал. «Затем мы углубились в новый класс материала, который модулирует иммунную систему, функционализированный пиридином поли (2-гидроксиэтилметакрилат), потенциал которого мы недавно обнаружили».

В новом материале разработан стабильный наногель с белковыми антигенами, который, как было установлено, работает в условиях метаболического синдрома, вызванного кишечником. Сотрудничая с Синтией Лейфер, доцентом кафедры иммунологии в Колледже ветеринарной медицины, группа узнала, что этот новый материал возбуждает рецептор, который обнаруживает признаки патогенной опасности на микробах.

«Это исследование важно, потому что оно показывает, что эти наногели могут поставлять как антиген, так и адъювант без необходимости дополнительного усиления иммунитета, что, вероятно, способствует их более сильной иммунной активации и способности преодолевать ограничения, налагаемые болезнями или измененные микробиомы », – сказал Лейфер. « Иммуномодулирующая терапия является горячей темой, и подходы к иммуномодуляции на основе материалов находятся в зачаточном состоянии. С ними так много можно сделать ».

Хотя было доказано, что микробиом влияет на иммунную систему, эти результаты предполагают, что нановакцины могут воздействовать на микробиом в ответ.

« Наноматериалы могут модулировать состав кишечного микробиома – я думаю, что это имеет огромное значение для всей области и может повлиять на конструкцию материала», – сказал он . «Является ли это причинным эффектом или причиной этого, не очень хорошо понято – есть несколько гипотез, которые еще предстоит проверить, так что это будет наша будущая работа».

Другие участники исследования были: Кристофер Эрнандес, доцент в MAE и BME; докторанты Сунгвонг Ким, Кристин Лай, Хао Чжоу и Мерисол Луна; Тина Цзин №18; Джейсон Гусс, доктор философии '18; и Пуджа Редди №20.

Исследование получило поддержку благодаря грантам Национального института здравоохранения, Национального института аллергии и инфекционных заболеваний, Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии и Национального научного фонда.