Preparação, características, toxicidade e avaliação da eficácia da vacina contra tumores em nanoemulsão automontada nasal in vitro e in vivo
Summary
Aqui, apresentamos métodos detalhados para a preparação e avaliação da vacina tumoral em nanoemulsão auto-montada nasal in vitro e in vivo.
Abstract
Peptídeos de epítopos têm atraído ampla atenção no campo das vacinas tumorais por causa de sua segurança, alta especificidade e produção conveniente; em particular, alguns epítopos restritos ao MHC I podem induzir atividade citotóxica efetiva de linfócitos T para limpar células tumorais. Além disso, a administração nasal é uma técnica de administração eficaz e segura para vacinas tumorais devido à sua conveniência e melhor adesão do paciente. No entanto, peptídeos de epítopos são inadequados para entrega nasal devido à sua baixa imunogenicidade e falta de eficiência de entrega. Nanoemulsões (NEs) são sistemas termodinamicamente estáveis que podem ser carregados com antígenos e entregues diretamente à superfície da mucosa nasal. Ile-Lys-Val-Ala-Val (IKVAV) é o pentapeptídeo central da laminina, um peptídeo ligador de integrina expresso por células epiteliais respiratórias humanas. Neste estudo, uma vacina intranasal auto-montada do peptídeo epítopo NE tumoral contendo o peptídeo sintético IKVAV-OVA257-264 (I-OVA ) foi preparada por um método de emulsificação de baixa energia. A combinação de IKVAV e OVA257-264 pode aumentar a captação de antígenos pelas células epiteliais da mucosa nasal. Aqui, estabelecemos um protocolo para estudar as características físico-químicas por microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia de força atômica (AFM) e espalhamento dinâmico de luz (DLS); estabilidade na presença de proteína mucina; toxicidade pelo exame da viabilidade celular das células BEAS-2B e dos tecidos nasal e pulmonar de camundongos C57BL/6; captação celular por microscopia confocal de varredura a laser (MMC); perfis de liberação por imagem de pequenos animais in vivo; e o efeito protetor e terapêutico da vacina usando um modelo portador de tumor E.G7. Antecipamos que o protocolo fornecerá pistas técnicas e teóricas para o desenvolvimento futuro de novas vacinas de mucosa de peptídeos epítopos de células T.
Introduction
Como uma das inovações de saúde pública mais críticas, as vacinas desempenham um papel fundamental no combate à carga global de doenças humanas1. Por exemplo, atualmente, mais de 120 vacinas candidatas para doenças COVID-19 estão sendo testadas, algumas das quais foram aprovadas em muitos países2. Relatos recentes afirmam que as vacinas contra o câncer têm efetivamente melhorado o progresso dos tratamentos clínicos do câncer, pois direcionam o sistema imunológico de pacientes com câncer a reconhecer antígenos como estranhos ao corpo3. Além disso, múltiplos epítopos de células T localizados dentro ou fora de células tumorais podem ser usados para projetar vacinas peptídicas, que têm mostrado vantagens no tratamento de cânceres metastáticos devido à falta de toxicidade significativa associada à radioterapia e quimioterapia 4,5. Desde meados da década de 1990, ensaios pré-clínicos e clínicos para tratamento tumoral têm sido conduzidos principalmente utilizando vacinas antipeptídicas, mas poucas vacinas exibem efeito terapêutico adequado em pacientes comcâncer6. Além disso, as vacinas contra o câncer com epítopos peptídicos apresentam baixa imunogenicidade e insuficiente eficiência de liberação, o que pode ser devido à rápida degradação de peptídeos extracelulares que se difundem rapidamente do local de administração, o que leva à captação insuficiente de antígenos pelas células imunes7. Portanto, é necessário superar esses obstáculos com a tecnologia de entrega de vacinas.
OVA 257-264, o epítopo257-264 de ligação MHC classe I expresso como uma proteína de fusão, é um epítopo modelo frequentemente usado8. Além disso, o OVA257-264 é crucial para a resposta imune adaptativa contra tumores, que depende da resposta citotóxica de linfócitos T (CTL). É mediada por células T CD8+ antígeno-específicas no tumor, que são induzidas pelo peptídeo OVA257-264 . Caracteriza-se pela insuficiência de granzima B, que é liberada por células T citotóxicas, levando à apoptose das células-alvo8. No entanto, a administração livre do peptídeo OVA257-264 pode induzir pouca atividade da CTL porque a captação desses antígenos ocorre em células inespecíficas em vez de células apresentadoras de antígenos (APCs). A deficiência de estimulação imunológica adequada resulta em atividade da CTL5. Portanto, a indução de atividade eficaz da CTL exige avanços consideráveis.
Devido à barreira proporcionada pelas células epiteliais e à secreção contínua de muco, antígenos vacinais são rapidamente removidos da mucosanasal9,10. O desenvolvimento de um vetor vacinal eficiente que possa atravessar o tecido mucoso é crucial, pois as células apresentadoras de antígenos estão situadas sob o epitéliomucoso9. A injeção intranasal de vacinas teoricamente induz imunidade da mucosa para combater a infecção da mucosa11. Além disso, a administração nasal é um método eficaz e seguro de administração de vacinas, devido à sua conveniência, à evitação da administração intestinal e à melhor adesão do paciente7. Portanto, a liberação nasal é um bom meio de administração para a nova nanovacina de epítopos peptídicos.
Vários biomateriais sintéticos foram desenvolvidos para combinar epítopos de interações célula-tecido e célula-célula. Certas proteínas bioativas, como Ile-Lys-Val-Ala-Val (IKVAV), foram introduzidas como parte da estrutura do hidrogel para conferir bioatividade12. Este peptídeo provavelmente contribui para a ligação celular, migração, e crescimento13 e liga integrinas α 3β1 e α6β1 para interagir com diferentes tipos de células cancerosas. O IKVAV é um peptídeo de adesão celular derivado da cadeia 1 da proteína da membrana basal da laminina αque foi originalmente utilizado para modelar o microambiente neural e causar a diferenciação neuronal14. Portanto, encontrar um veículo de entrega eficiente para esta nova vacina é importante para o controle da doença.
Sistemas de emulsão recentemente relatados, como W805EC e MF59, também têm sido compostos para a liberação na cavidade nasal de vacina inativada contra influenza ou antígeno de superfície recombinante da hepatite B e ilustrados para desencadear imunidade tanto da mucosa quanto dasistêmica15. As nanoemulsões (NEs) têm as vantagens de fácil administração e conveniente co-formação com adjuvantes efetivos em comparação com sistemas de liberação de mucosa particulada16. Tem sido relatado que as vacinas em nanoemulsão alteram o fenótipo alérgico de forma sustentada, diferente da dessensibilização tradicional, o que resulta em efeitos supressivos de longo prazo17. Outros relataram que nanoemulsões combinadas com antígenos imunodominantes específicos para o M. tuberculosis poderiam induzir respostas celulares potentes da mucosa e conferir proteção significativa18. Portanto, uma nova nanovacina auto-montada intranasal com o peptídeo sintético IKVAV-OVA 257-264 (I-OVA, o peptídeo que consiste em IKVAV ligado ao OVA257-264) foi projetada. É importante avaliar esta nova nanovacina sistematicamente.
O objetivo deste protocolo é avaliar sistematicamente as características físico-químicas, toxicidade e estabilidade da nanovacina, detectar se a captação do antígeno e os efeitos protetores e terapêuticos são potencializados por meios técnicos e elaborar os principais conteúdos experimentais. Neste estudo, estabelecemos uma série de protocolos para estudar as características físico-químicas e a estabilidade, determinar a magnitude da toxicidade do I-OVA NE para células BEAS-2B por CCK-8, e observar a capacidade de apresentação de antígenos de células BEAS-2B para a vacina usando microscopia confocal, avaliar os perfis de liberação desta nova nanovacina in vivo e in vitro, e detectar o efeito protetor e terapêutico desta vacina usando um modelo de camundongo portador de tumor E.G7-OVA.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nanovacinas funcionalizadas com membranas de imunoócitos têm grandes vantagens na terapia doença-alvo, e os efeitos colaterais são minimizados por propriedades como tropismo tumoral único, identificação de alvos específicos, circulação prolongada, interações intercelulares aumentadas e baixa toxicidade sistêmica. Também podem ser facilmente integrados com outros módulos de tratamento para tratar os cânceres de forma cooperativa16,20. Atributos des…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi apoiado pelo No. 31670938, 32070924, 32000651 do Programa da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, No. 2014jcyjA0107 e No. 2019jcyjA-msxmx0159 do Programa de Projeto da Fundação de Ciências Naturais de Chongqing, No. 2020XBK24 e No. 2020XBK26 dos projetos especiais da Universidade de Medicina do Exército, e No. 202090031021 e No. 202090031035 do Programa Nacional de Inovação e Empreendedorismo para estudantes universitários.
Materials
| 96-well plates | Corning Incorporated, USA | CLS3922 | |
| Bio-Rad 6.0 microplate reader | Bio-Rad Laboratories Incorporated Limited Co., CA, USA | Bio-Rad 6.0 | |
| CCK-8 kits | Dojindo, Japan | CK04 | |
| Centrifuge 5810 R | Eppendorf, Germany | 5811000398 | |
| DAPI | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | D9542 | |
| fetal bovine serum (FBS) | Hyclone (Life Technology, USA) | SH30088.03 | |
| FITC-labeled I-OVA | Shanghai Botai Biotechnology Co., Ltd. |
NA | |
| HF 90/240 Incubator | Heal Force, Switzerland | NA | |
| HPLC | Shanghai Botai Biotechology Co., Ltd. | E2695 | |
| Inverted Microscope | Nikon,Japan | DSZ5000X | |
| IPC-208 | Chong Qing University, China | NA | |
| IVIS system | Caliper Life Science Limited Company | NA | |
| JEM-1230 TEM | JEOL Limited Company of Japan | 1230 TEM | |
| Malvern NANO ZS | Malvern Instruments Ltd., UK | NA | |
| MPLA | Invivogen Lit. Co. |
tlrl-mpla | |
| Neomycin Sulfate Ointment | Shanghai CP General Pharmaceutical Co. , Ltd. | H31022262 | |
| OVA257–264 | Shanghai Botai Biotechnology Co., Ltd. |
NA | |
| RPMI 1640 medium | Hyclone (Life Technology, USA) | SH30809.01 | |
| Synthetic peptide (I-OVA) conjugation of IKVAV-PA | Shanghai Botai Biotechnology Co., Ltd. |
NA | |
| Zeiss LSM800 laser scanning confocal fluorescence microscope | Zeiss, Germany | Zeiss LSM800 |
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