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南开大学张拥军/关英团队《Acta Biomater.》:一针免疫新冠病毒疫苗
2022-08-16  来源:高分子科技

  新冠肺炎疫情已持续将近3年,在世界范围内造成600多万人的死亡。和其他传染性疾病一样,疫苗是抗击新冠肺炎最有力的武器之一。现已有多种新冠疫苗获得了紧急使用许可,实践证明这些疫苗可有效降低重症率和死亡率。然而大多数新冠疫苗都需要进行多次接种。特别是亚单位新冠疫苗,由于免疫原性低,在使用了佐剂和传输系统的情况下仍需进行多次加强免疫才能获得强烈而持久的免疫效果。多次免疫造成病人的耐受性差,影响了接种率的提高,进而增加了实现群体免疫的难度。


  早在四十多年前美国三院院士Langer就提出,如果能通过程序释放载体实现抗原的多次脉冲释放,模拟普通接种程序的抗原释放动力学,就可望实现一针免疫。然而经过几十年研究这一设想仍未能成功实现,根本原因在于多次脉冲释放非常难以实现。


  他们在前期研究中发现动态层层自组装膜能够以恒定的速度溶蚀(Biomacromolecules, 2015,16(7), 2032),据此他们提出了基于动态组装膜的零级释放药物载体,成功实现了胰岛素、鲑降钙素、棉酚等重要药物的零级释放。(Scientific Reports, 2017, 7(1), 5524; Biomacromolecules, 2018, 19(6), 1918; J. Mater. Chem. B, 2020, 8(9), 1952.)近期他们又提出以动态膜为溶蚀层的延迟释放载体,不仅可以实现药物的延迟(脉冲)释放,而且可以精确地控制延迟释放时间。(Mater. Sci. Eng. C, 2020, 116, 111244)通过将涂敷不同厚度动态膜的载体的简单混合得到了一种功能强大的程序释放载体。利用该载体可以实现任意多种药物的程序释放,并且能精确控制每个药物释放的时间点。(J. Mater. Chem. B, 2021, 9, 1616)其制备过程和原理如下图所示:



  利用该程序释放体系,可以很好地实现一针免疫。首先以卵清蛋白为模型亚单位蛋白抗原设计了一针免疫疫苗。结果显示,无论是体液免疫还是细胞免疫,一针免疫疫苗都可产生与普通多次接种疫苗一样甚至略高的免疫应答。一针免疫疫苗的抑瘤效果也与多次接种疫苗的效果相当,甚至更好一些。(Biomaterials Advances, 2022. 137, 212812)这些工作为设计实用的一针免疫疫苗奠定了良好的基础。


  为了设计新冠病毒一针免疫疫苗,选择以新冠病毒刺突蛋白的S1亚基为抗原,首先将其包埋在CaCO3微球中,然后包覆不同厚度的动态膜,将三种微球混合,就得到了一针免疫疫苗。这种疫苗注射后立即释放部分抗原,相当于普通免疫程序的初免。14天后再释放部分抗原,相当于的第一针加强针,28天后再释放部分抗原,相当于的第二针加强针。
体外和体内释放研究都表明,该程序释放载体可以很好地实现模型蛋白抗原的三次脉冲释放:



  和相应的三次免疫疫苗相比,一针免疫疫苗激发的IgG和IgM抗体水平相同: 



  产生的细胞免疫效果也相同:



  因此病毒中和能力也相同:



  这一工作近期以“Single-injection COVID-19 subunit vaccine elicits potent immune responses”为题在Acta Biomaterialia发表。硕士生周晓勇为第一作者,关英张拥军为通讯作者。


  免费下载地址:https://authors.elsevier.com/a/1fZgE6CFjZMPaJ或微信扫描:

(2022年10月1日前有效)
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(责任编辑:xu)
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