康奈爾大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新型的傳染病納米疫苗生物材料，可以提高與腸道細(xì)菌相關(guān)的代謝紊亂的小鼠的免疫力，這種細(xì)菌顯示出對(duì)傳統(tǒng)流感和脊髓灰質(zhì)炎疫苗的抵抗力。

該研究(“ 免疫調(diào)節(jié)納米凝膠克服腸道微生物介導(dǎo)的代謝綜合征的小鼠模型中的限制性免疫 ”)出現(xiàn)在Science Advances中，探討了納米材料，免疫反應(yīng)和微生物組之間的相互關(guān)系。

“本文重點(diǎn)介紹了微生物組如何影響我們的工程疫苗，以及我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)材料來(lái)克服這些問(wèn)題，”Sibley機(jī)械與航空航天工程學(xué)院(MAE)和Meinig學(xué)院助理教授Ankur Singh博士說(shuō)。生物醫(yī)學(xué)工程(BME)。

“基于生物材料的納米線蟲，例如由聚(乳酸 - 共 - 乙醇酸)(PLGA)制成的那些，可以在健康的野生型小鼠模型中誘導(dǎo)比可溶性抗原更強(qiáng)的免疫力。然而，代謝綜合征是否會(huì)影響納米疫苗的免疫反應(yīng)仍然知之甚少。在這里，我們首先表明通過(guò)Toll樣受體5(TLR5)感知腸道微生物組的改變和TLR5 - / -小鼠中產(chǎn)生的代謝綜合征減少了由PLGA納米線蟲誘導(dǎo)的生發(fā)中心免疫應(yīng)答。意外地，PLGA納米線蟲進(jìn)一步改變了腸道微生物群，“研究人員寫道。

“通過(guò)長(zhǎng)期用抗生素治療小鼠，我們發(fā)現(xiàn)破壞腸道微生物組導(dǎo)致疫苗反應(yīng)不良，與肥胖無(wú)關(guān)。我們接下來(lái)證明免疫調(diào)節(jié)Pyr-pHEMA納米凝膠疫苗可以挽救低免疫應(yīng)答，該疫苗通過(guò)TLR2刺激，增強(qiáng)運(yùn)輸和誘導(dǎo)比明礬補(bǔ)充的PLGA納米疫苗更強(qiáng)的生發(fā)中心反應(yīng)起作用。該研究強(qiáng)調(diào)了使用先進(jìn)的納米材料在腸道介導(dǎo)的代謝綜合癥狀態(tài)下進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)的可能性。

辛格是該文章的高級(jí)作者，該文章發(fā)表在3月27日的“ 科學(xué)進(jìn)步”雜志上。該論文的第一作者是Matthew Mosquera，他是一名工程博士生。

“這項(xiàng)工作開(kāi)辟了一個(gè)新的，非常令人興奮的調(diào)查領(lǐng)域，研究生物因素和潛在的疾病狀況如何影響已建立的納米線蟲的表現(xiàn)，”Singh說(shuō)道，他也是威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院英格蘭精密醫(yī)學(xué)研究所的成員。新成立的康奈爾免疫學(xué)中心。“更重要的是，它展示了如何使用這些工程材料，使它們?cè)诟鼜V泛的人群中更有效，以克服對(duì)疫苗的免疫力。”

據(jù)信全世界超過(guò)三分之一的美國(guó)人和四分之一的人患有代謝綜合征，這是一種針對(duì)多種疾病的保護(hù)傘，包括肥胖，炎癥和胰島素抵抗。

腸道微生物組是導(dǎo)致代謝綜合征的因素之一，研究人員對(duì)微生物組誘導(dǎo)的代謝綜合征感興趣，因?yàn)橛凶C據(jù)表明微生物組和代謝紊亂與免疫系統(tǒng)有關(guān)。

“從公共衛(wèi)生的角度來(lái)看，了解微生物組如何影響未來(lái)的工程疫苗是至關(guān)重要的，”生物醫(yī)學(xué)工程助理教授，該論文的共同作者Ilana Brito博士說(shuō)。“這項(xiàng)研究將為探索微生物組的特定成分如何改變免疫反應(yīng)開(kāi)辟新的途徑。在設(shè)計(jì)新疫苗時(shí)，設(shè)計(jì)對(duì)多種微生物組成有效的材料非常重要。“

先前的研究表明，傳統(tǒng)的人類流感和脊髓灰質(zhì)炎疫苗在由于腸道生物群落中斷而導(dǎo)致代謝紊亂的小鼠中失敗。“這促使我們研究納米疫苗會(huì)發(fā)生什么，它可能比可溶性疫苗更好，以更好地了解在腸道改變中發(fā)生的潛在肥胖和炎癥的作用，”辛格說(shuō)。

通常由納米材料組成的納米線蟲可以被免疫系統(tǒng)中的細(xì)胞攝取，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在臨床前模型中誘導(dǎo)比傳統(tǒng)可溶性疫苗更強(qiáng)的免疫力。

但研究人員發(fā)現(xiàn)，由PLGA制成的最廣泛使用的納米疫苗類型對(duì)于腸道引起代謝綜合征的小鼠無(wú)效。當(dāng)研究人員在小鼠身上測(cè)試PLGA納米線蟲時(shí)，即使添加了廣泛使用的免疫增強(qiáng)劑，它也不像預(yù)期的那樣成功。

“我們問(wèn)，有沒(méi)有辦法通過(guò)設(shè)計(jì)新的納米材料疫苗來(lái)克服這種限制性反應(yīng)?”辛格說(shuō)。“然后我們深入研究了一類調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的新材料，吡啶官能化的聚(甲基丙烯酸2-羥乙酯)，我們最近發(fā)現(xiàn)的潛力。”

新材料形成了具有蛋白質(zhì)抗原的穩(wěn)定納米凝膠，發(fā)現(xiàn)其在腸道引發(fā)的代謝綜合征條件下是有效的。該小組與獸醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)副教授辛西婭·萊弗(Cynthia Leifer)合作，發(fā)現(xiàn)這種新材料可以刺激一種識(shí)別微生物致病危險(xiǎn)跡象的受體。

“這項(xiàng)研究很重要，因?yàn)樗砻鬟@些納米凝膠可以提供抗原和佐劑，而不需要額外的免疫增強(qiáng)劑，這可能有助于它們更強(qiáng)的免疫激活和克服疾病或改變的微生物組所造成的限制的能力，”Leifer解釋說(shuō)。“免疫調(diào)節(jié)療法是一個(gè)熱門話題，基于材料的免疫調(diào)節(jié)方法尚處于起步階段。他們可以做很多事情。“

據(jù)Singh稱，雖然已經(jīng)確定微生物組會(huì)影響免疫系統(tǒng)，但這些研究結(jié)果表明納米線蟲可以影響微生物組。

“納米材料可以調(diào)節(jié)腸道微生物組的組成。我認(rèn)為這對(duì)整個(gè)領(lǐng)域非常重要，可能會(huì)對(duì)材料設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，“他說(shuō)。“它是否是一種致病因素或其背后的原因還不是很清楚。有幾個(gè)假設(shè)仍有待測(cè)試，所以這將是我們未來(lái)的工作。