Production d’une plate-forme de livraison de vaccins sensibles et proches de la coquille centrale
Summary
Cet article décrit les protocoles utilisés pour produire une nouvelle plate-forme de livraison de vaccins, « polybulles », pour permettre la libération retardée. Des polyesters, y compris le poly (acide lactique-co-glycolique) et la polycaprolactone, ont été utilisés pour former les polybulles et de petites molécules et antigènes ont été utilisés comme cargaison.
Abstract
Les stratégies de livraison de vaccins qui peuvent limiter l’exposition de la cargaison au solvant organique tout en permettant de nouveaux profils de diffusion sont cruciales pour améliorer la couverture vaccinale dans le monde entier. Ici, une nouvelle plate-forme de livraison de vaccins injectables, ultraviolets et retardés, appelée polybulles. La cargaison a été injectée dans des polybulles à base de polyester qui ont été formés dans 10% de solution aqueuse à base de carboxyméthycellulose. Ce document comprend des protocoles pour maintenir la forme sphérique des polybulles et optimiser le placement et la rétention de la cargaison afin de maximiser la quantité de cargaison dans les polybulles. Pour assurer la sécurité, la teneur en solvants chlorés dans les polybulles a été analysée à l’aide d’une analyse d’activation des neutrons. Des études de libération ont été menées avec de petites molécules comme cargaison dans le polybulle pour confirmer la libération retardée d’éclatement. Pour montrer davantage le potentiel de livraison à la demande de la cargaison, les nanorods d’or ont été mélangés dans la coque polymère pour permettre l’activation laser proche infrarouge.
Introduction
Une couverture vaccinale limitée entraîne la mort de 3 millions de personnes causées spécifiquement par des maladies évitables par la vaccination1. Les conditions de stockage et de transport inadéquates entraînent le gaspillage de vaccins fonctionnels et contribuent ainsi à réduire la vaccination mondiale. En outre, la vaccination incomplète due au non-respect des calendriers vaccinaux requis entraîne également une couverture vaccinale limitée, en particulier dans les pays en développement2. Plusieurs visites au personnel médical sont nécessaires dans la période recommandée pour recevoir des vaccins de rappel, limitant ainsi le pourcentage de la population avec la vaccination complète. Par conséquent, il est nécessaire d’élaborer de nouvelles stratégies pour la livraison contrôlée de vaccins afin de contourner ces défis.
Les efforts actuels pour développer des technologies de livraison de vaccins comprennent des systèmes polymériques à base d’émulsion3,4. Toutefois, la cargaison est souvent exposée à une plus grande quantité de solvant organique qui peut potentiellement provoquer l’agrégation et la dénaturation, en particulier dans le contexte de la cargaison à base de protéines5,6. Nous avons mis au point une nouvelle plate-forme de livraison de vaccins, « polybulles », qui peut potentiellement abriter plusieurs compartiments de chargement tout en minimisant le volume de cargaison qui est exposé au solvant7. Par exemple, dans notre plate-forme en coquille de noyau polybulle, une poche cargo de diamètre 0,38 mm (SEM) est injectée au centre d’une polybulle de 1 mm. Dans ce cas, la surface de la cargaison exposée au solvant organique serait d’environ 0,453 mm2. Après avoir examiné la densité d’emballage des sphères (microparticules) dans une sphère (dépôt de cargaison), le volume réel de microparticules (10 μm de diamètre) pouvant tenir dans le dépôt est de 0,17 mm3. Le volume d’une microparticule est de 5,24×10-8 mm3 et donc le nombre de particules microparticules pouvant s’adapter au dépôt est de ~3,2×106 particules. Si chaque microparticule a 20 poches de cargaison (à la suite d’une double émulsion) de 0,25 μm de diamètre, alors la surface de la cargaison exposée au solvant organique est de 1274 mm2. Le dépôt de marchandises dans la polybulle aurait donc une surface inférieure d’environ 2 800 fois moins exposée au solvant organique que celle de la cargaison organique exposée aux solvants dans les microparticules. Notre plate-forme à base de polyester peut ainsi réduire potentiellement la quantité de marchandises exposées au solvant organique qui peut autrement causer l’agrégation et l’instabilité du fret.
Les polybulles sont formés sur la base du principe de séparation de phase où le polyester en phase organique est injecté dans une solution aqueuse résultant en une bulle sphérique. La cargaison dans la phase aqueuse peut alors être injectée au centre de la polybulle. Une autre soute peut potentiellement être réalisée dans le polybulbble en mélangeant une cargaison différente avec la coque en polymère. Le polybulle à ce stade sera malléable et sera ensuite guéri pour aboutir à une structure solide polybulle avec la cargaison au milieu. Les polybulles sphériques ont été choisis plutôt que d’autres formes géométriques pour augmenter la capacité de chargement dans le polybulbble tout en minimisant la taille globale du polybulle. Les polybulles avec la cargaison dans le centre ont été choisis pour démontrer la libération retardée d’éclatement. Les polybulles ont également été incorporés avec l’agent proche infrarouge (NIR) – sensible (c’est-à-dire l’onduler) agent, à savoir les nanorods d’or (AuNR), pour provoquer une augmentation de la température des polybulles. Cet effet pourrait potentiellement faciliter une dégradation plus rapide et pourrait être utilisé pour contrôler la cinétique dans les applications futures. Dans cet article, nous décrivons notre approche pour former et caractériser les polybulbbles, pour obtenir la libération retardée d’éclatement des polybulbulles, et pour incorporer AuNR dans les polybulles pour causer nir-activation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Technologies et défis actuels
Les microparticules à base d’émulsion et les nanoparticules ont été couramment utilisées comme vecteurs de livraison de médicaments. Bien que la cinétique de libération de la cargaison de ces dispositifs ont été largement étudiées, le contrôle de la cinétique de libération d’éclatement a été un défi majeur11. La polyvalence et la fonctionnalité du fret sont également limitées dans les systèmes à base d’émulsion en ra…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier le Dr Bryan E. Tomlin affilié au laboratoire d’analyse élémentaire du département de chimie de TAMU qui a participé à l’analyse de l’activation des neutrons (NAA).
Materials
| 1-Step Ultra Tetramethylbezidine (TMB)-Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Substrate Solution | Thermo scientific | 34028 | |
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone | TCI AMERICA | H0991 | |
| 450 nm Stop Solution for TMB Substrate | Abcam | ab17152 | |
| Acryloyl chloride | Sigma Aldrich | A24109-100G | |
| Acriflavine | Chem-Impex International | 22916 | |
| Anhydrous ethyl ether | Fisher Chemical | E138-500 | |
| Anti-HIV1 gp120 antibody conjugated to horseradish peroxidase (HRP) | |||
| Bovine serum albumin (BSA) | Fisher BioReagents | BP9700100 | |
| BSA-CF488 dye conjugates | Invitrogen | A13100 | |
| Bromosalicylic acid | Acros Organics | AC162142500 | |
| Carboxymethylcellulose (CMC) | Millipore Sigma | 80502-040 | |
| Centrimonium bromide (CTAB) | MP Biomedicals | ICN19400480 | |
| Chloroform | Fisher Chemical | C2984 | |
| Coating buffer | Abcam | ab210899 | |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma Aldrich | 270997-1L | |
| Diethyl ether | Fisher Chemical | E1384 | |
| Dodeacyl Amine | Acros Organics | AC117665000 | |
| Doxorubicin hydrochloride | Fisher BioReagents | BP251610 | |
| L-ascorbic acid | Acros Organics | A61 100 | |
| Legato 100 Syringe Pump | KD Scientific | 14 831 212 | |
| mPEG thiol | Laysan Bio | NC0702454 | |
| Nonfat dry milk | Andwin Scientific | NC9022655 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Phosphate saline buffer | Fisher BioReagents | BP3991 | |
| (Poly(caprolactone) | Sigma Aldrich | 440744-250G | |
| (Poly(caprolactone) triol | Acros Organics | AC190730250 | |
| Poly (lactic-co-glycolic acid) diacrylate | CMTec | 280050 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Recombinant HIV1 gp120 + gp41 protein | Abcam | ab49054 | |
| Silver nitrate | Acros Organics | S181 25 | |
| Sodium borohydride | Fisher Chemical | S678 10 | |
| Tetrachloroauric acid | Fisher Chemical | G54 1 | |
| Trehalose | Acros Organics | NC9022655 | |
| Triethyl amine | Acros Organics | AC157910010 |
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