Инженеры-биомедики из Университета Арканзаса (University of Arkansas) инкапсулировали два типа белковых антигенов в частицы из хитозана и показали, что полученный в результате комбинированный материал значительно усиливает иммунный ответ организма на вакцинацию.

Бхану Копполу (Bhanu Koppolu) определяет изменения
в популяциях иммунных клеток методом проточной
цитометрии. (Фото: Russell Cothren, University of Arkansas)

Исследователи – доцент кафедры биомедицинской инженерии Дэвид Захаров (David Zaharoff), PhD, и докторант Бхану Копполу (Bhanu Koppolu) – работают с хитозаном в течение многих лет и продолжают демонстрировать его эффективность в качестве потенциального биоматериала для адресной доставки иммунотерапевтических препаратов и вакцин.

«На разработку систем доставки, способных повысить ответ организма на вакцинацию с помощью специфических антигенов, было затрачено много усилий», – говорит Копполу. «Мы надеемся, что разработали такую систему. Во всех тестах наш материал превзошел растворимый антиген. Инкапсуляция антигенов в хитозановые частицы усиливает их поглощение, активацию и презентацию антиген-представляющими клетками».

В последние десятилетия в разработке вакцин фокус сместился в сторону использования антигенов – токсинов или других чужеродных веществ, индуцирующих иммунный ответ, в частности, выработку антител. До этого вакцины разрабатывались на основе целых патогенов – бактерий и вирусов, вызывающих легкую форму заболеваний и естественный иммунный ответ организма.

Для повышения иммунного ответа ученые-медики сосредоточили свое внимание на инкапсуляции полипептидных антигенов в нано- и микрочастицы. Упаковка антигенов в такие частицы имеет ряд преимуществ: частицы предотвращают деградацию антигенов, облегчают поглощение химических агентов антиген-представляющими клетками и могут нести адъюванты – вспомогательные вещества, также усиливающие иммунный ответ на основной антиген.

Профессор Дэвид Захаров (David Zaharoff), PhD.
(Фото: thelifetie.com)

Одним из материалов для производства наночастиц, с которыми работали доктор Захаров и другие ученые, является хитозан – природный полисахарид, получаемый из экзоскелета ракообразных. По мнению доктора Захарова, основанная на хитозане система доставки вакцин обладает многими преимуществами. Эти частицы просты в производстве, и инкапсуляция полипептидов может происходить как в процессе их образования, так и позднее – путем поверхностного поглощения.

В своем исследовании Копполу и Захаров сосредоточились исключительно на функции так называемых антиген-представляющих (-презентирующих) клеток – макрофагов и дендритных клеток, – играющих важную роль в выработке антител, которые борются с бактериями, вирусами и другими чужеродными веществами.

В in vitro экспериментах ученые показали, что инкапсулированные в хитозан антигены повышают активацию антиген-презентируюзщих клеток. Кроме того, комбинированный материал усиливает синтез цитокинов и вызывает пролиферацию антиген-специфических Т-клеток, или лимфоцитов, – активных участников иммунного ответа. Исследователи установили, что поглощение инкапсулированных в хитозан антигенов дендритными клетками и макрофагами зависит от размера частиц, концентрации антигена и времени экспозиции.

Доктор Захаров начал изучать хитозан в 2004 году, и в 2009 году, основав лабораторию вакцин и систем доставки иммунотерапевтических препаратов в Университете Арканзаса, представил результаты большого исследования об эффектах хитозана в сочетании с мощным цитокином – интерлейкином-12.

Этот комбинированный препарат элиминирует опухоли мочевого пузыря у мышей. В настоящее время ученый ведет переговоры о проведении клинических испытаний разработанного им иммунотерапевтического метода лечения рака мочевого пузыря.

Исследование опубликовано в журнале Biomaterials.

Аннотация к статье

The effect of antigen encapsulation in chitosan particles on uptake, activation and presentation by antigen presenting cells