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应用工程学方法开发下一代疫苗佐剂-爱游戏app官方网站
2024年02月07日

概述

疫苗被认为是世界上最伟大的创新之一。第一批疫苗使用了完整的病原体,其中含有许多激活免疫系统的内源性分子。现代疫苗已不常使用全病原体,而是仅包含重要的致病成分或编码基因,这些现代亚单位和核苷修饰的mRNA疫苗不再含有那么多的内源性激活成分。相反,他们通常使用佐剂,即添加到疫苗中刺激免疫系统的分子。

佐剂通过先天传感器的复杂相互作用发挥功能。通常,佐剂使用病原体相关分子模式(PAMP)或损伤相关分子模式,通过重要的先天免疫途径,如活化B细胞的核因子κ轻链增强子(NF-κB)途径或干扰素调节因子(IRF)途径发出信号。然而,自上世纪20年代铝佐剂取得巨大成功以来,到目前为止,商业疫苗中使用的佐剂不到10种。新的候选佐剂往往由于临床疗效差、无法忍受的副作用或配方限制而失败。

目前,随着新技术的发展,人们开始使用新的工程工具来改进下一代佐剂的发现和开发的新方法。这些方法将创造新的免疫学结果,并将用新的诊断工具进行评估。潜在的免疫效果改善包括降低疫苗反应原性、可调节的适应性反应和增强佐剂递送。这些研究将进一步加速佐剂发现领域的进展。

下一代佐剂的开发方向

下一代佐剂将受益于选择性的靶标和修饰信号通路以引发所需的免疫结果。更多关注先天免疫反应的其他方面,可能会产生更多样的结果,而不是设计更强效的受体激动剂。除了PRRs,其他细胞信号通路,如代谢和增殖,也与免疫结果有关。先天途径激活导致细胞因子控制辅助T细胞极化,佐剂会影响这种引发的细胞因子环境,调整这一过程可以更好地控制适应性反应。细胞因子也是疫苗反应原性的部分原因,优化减少与过度炎症相关的细胞因子可以减轻不良副作用,提高临床转化的可能性。

靶标识别与信号途径

下一代佐剂应继续扩展到传统靶向Toll样受体(TLRs)的配体之外。在过去的十年里,研究发现新新的模式识别受体,如STING。环状二核苷酸,如cGAMP,已被鉴定为STING配体,是有吸引力的候选佐剂。此外,NLRP3炎症小体对体内平衡的广泛破坏作出反应,并用于识别各种PAMP和DAMP。除了PRRs,其他信号通路影响先天免疫激活也可用于未来佐剂的开发。

细胞凋亡、细胞焦亡和坏死性凋亡等形式的细胞死亡途径可能导致活化的邻近细胞的交叉呈递增加。代谢和表观遗传途径在训练免疫中也会发生改变,先天免疫细胞在再次暴露于异源病原体时通过增强激活表现出“记忆”效应。这些途径代表了新佐剂的巨大筛选库,目前许多这些途径的激活剂正在开发中。

TH极化

佐剂通过激活先天免疫影响适应性免疫反应。先天免疫细胞分泌特异性细胞因子,传统上,这些细胞因子被认为是辅助CD4+T细胞向某种效应状态(TH1、TH2等)极化的驱动因素。佐剂可以通过诱导特异性细胞因子来控制T细胞极化,但目前批准的佐剂在这方面的能力仍然有限。

一些佐剂,如CpG,是强效TH1诱导剂;而其他佐剂,如铝佐剂,则是强效TH2诱导剂。TH1 CD4+细胞通过分泌IFN-γ、TNF-α和IL-2来促进细胞介导的免疫反应。TH2 CD4+细胞通过分泌IL-4、IL-5和IL-13来促进抗体反应。预防性疫苗通常需要TH1反应,但理想情况下,疫苗和免疫疗法可以针对应用场景进行独特的定制。目前的佐剂开发主要集中在通过受体-配体相互作用启动信号事件,而下游效应是随后产生的结果。下一代佐剂的发现可能会改变这一模式,重点关注末端免疫表型,如TH极化。

降低佐剂的反应原性

反应原性是批准许多新佐剂的主要挑战。佐剂必须提供足够的刺激以提供保护,同时避免过度激活导致不良副作用。严重的反应原性不仅损害患者健康,而且会损害公众对疫苗的认知。在保持效力的同时最大限度地减少疫苗的反应原性应该是下一代佐剂的优先事项。

因此,在佐剂发现过程的早期确定反应原性信息至关重要,以确保快速识别先导化合物并筛选其毒性或炎症相关副作用。免疫调节剂和其他改变模式识别受体信号传导的分子可能用于降低下一代疫苗的反应原性。

制剂与递送

早期批准的佐剂主要用悬浮液和异质制剂,没有特异性的靶向作用。然而,下一代佐剂通常需要考虑递送并增强疗效,改变制剂配方。目前一些新批准的佐剂,如葛兰素史克的as系列,包含许多配制成纳米结构的成分。另一个例子是NovaVax的Matrix-M佐剂,其中免疫刺激性皂苷与磷脂和胆固醇配制。随着佐剂变得越来越复杂,应该在开发和发现的早期考虑制剂配方。扩大佐剂的多样性需要运输到各种亚细胞位置以帮助受体结合。

下一代佐剂的新评价方法

随着越来越多的发现方法,需要一个改进的框架来评估新的佐剂。新的计算方法将有助于早期筛查,而重新考虑动物模型将有助于临床前试验。

计算和“大数据”方法

过去几十年的技术和计算进步允许佐剂发现的重组。疫苗和佐剂的设计并不局限于过去简单的“猜测和检查”的经验方法。相反,较新的检测方法可以提供大量数据,帮助研究人员进行机制理解和疗效评估。下一代测序和其他组学方法允许系统级数据收集,机器学习和计算能力的提升实现了计算模拟,而高质量的成像和处理会发现隐藏的模式和特征。结合起来,这些计算方法可以应用在佐剂设计的所有阶段,从而改变佐剂开发的固有模式。

重新考量动物模型

几个世纪以来,动物模型一直是疫苗免疫原性研究的基础,但令人担忧的是,临床前动物模型和临床结果之间缺乏转化。老鼠是最常见的动物模型,然而,小鼠的免疫系统与人类并不完全相同。与人类相比,小鼠表达多种不同的PRR。在小鼠中,TLR8的反应与人类不同,尽管这两种受体高度保守。人TLR8的转基因小鼠中为研究炎症提供了更好的模型。类似地,小鼠缺乏人类TLR10,但表达该受体的转基因小鼠可作为了解TLR信号负调控的模型。即使在常见的受体中,细胞类型的表达模式也因物种而异。例如,TLR9主要存在于小鼠的巨噬细胞和髓系树突状细胞上,但在人类主要存在于B细胞和浆细胞样树突状细胞上。

当试图复制人类生理学时,原代细胞和类器官可能是最接近的选择。佐剂可严重影响生发中心反应,尤其是在增强滤泡树突状细胞抗原沉积方面。作为体内实验的替代方案,人类类器官允许在体外研究有结构的组织,如生发中心。

小结

经过几十年的不断进步,佐剂研究正朝着许多新的、令人兴奋的方向发展。在未来几年里,相信工程学方法将是发现和开发新佐剂不可或缺的一部分。通过结合迭代设计、表型驱动的高通量筛选以及AI在这方面的应用,我们将获得能够更有效、更特异地影响先天免疫和适应性免疫的佐剂。下一代佐剂设计充满希望和潜力。

参考文献:

1.Next-GenerationAdjuvants: Applying Engineering Methods to Create and Evaluate NovelImmunological Responses. Pharmaceutics.2023 Jun 8;15(6):1687

原文标题:应用工程学方法开发下一代疫苗佐剂

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