Affinité cellulaire d’une émulsion stabilisée par particules pour stimuler l’internalisation de l’antigène
Summary
Pour concevoir rationnellement des adjuvants efficaces, nous avons développé une émulsion de Pickering stabilisée par nanoparticules d’acide polylactique-co-glycolique (PNPE). Le PNPE possédait une douceur unique et une interface hydrophobe pour un contact cellulaire puissant et offrait une charge antigénique à haute teneur, améliorant l’affinité cellulaire du système de livraison aux cellules présentatrices d’antigènes et induisant une internalisation efficace des antigènes.
Abstract
L’affinité cellulaire des micro / nanoparticules est la condition préalable à la reconnaissance cellulaire, à l’absorption cellulaire et à l’activation, qui sont essentielles à l’administration de médicaments et à la réponse immunitaire. La présente étude est née de l’observation que les effets de la charge, de la taille et de la forme des particules solides sur l’affinité cellulaire sont généralement pris en compte, mais nous réalisons rarement le rôle essentiel de la douceur, du phénomène de restructuration dynamique et de l’interaction d’interface complexe dans l’affinité cellulaire. Ici, nous avons développé une émulsion de Pickering stabilisée par nanoparticules (PNPE) à l’acide polylactique-co-glycolique (PLGA) qui a surmonté les lacunes des formes rigides et simulé la flexibilité et la fluidité des agents pathogènes. Une méthode a été mise au point pour tester l’affinité de la PNPE avec les surfaces cellulaires et élaborer sur l’internalisation ultérieure par les cellules immunitaires. L’affinité de la PNPE pour les vésicules extracellulaires biomimétiques (EVb) – le remplacement des cellules dendritiques de la moelle osseuse (BMDC) – a été déterminée à l’aide d’une microbalance de cristaux de quartz avec surveillance de la dissipation (QCM-D), qui a permis une surveillance en temps réel de l’adhésion de l’émulsion cellulaire. Par la suite, le PNPE a été utilisé pour délivrer l’antigène (ovalbumine, OVA) et l’absorption des antigènes par les BMDC a été observée à l’aide d’un microscope confocale à balayage laser (CLSM). Des résultats représentatifs ont montré que le PNPE diminuait immédiatement la fréquence (ΔF) lorsqu’il rencontrait les bEV, indiquant une adhésion rapide et une forte affinité du PNPE aux BMDC. Le PNPE a montré une liaison significativement plus forte à la membrane cellulaire que les microparticules PLGA (PMP) et l’adjuvant AddaVax (désigné comme nano-émulsion stabilisée par surfactant [SSE]). En outre, en raison de l’affinité cellulaire accrue avec les immunocytes par des changements de courbure dynamiques et des diffusions latérales, l’absorption de l’antigène a ensuite été stimulée par rapport aux PMP et à l’ESS. Ce protocole fournit des informations pour la conception de nouvelles formulations avec une affinité cellulaire élevée et une internalisation efficace des antigènes, fournissant une plate-forme pour le développement de vaccins efficaces.
Introduction
Pour lutter contre les maladies épidémiques, chroniques et infectieuses, il est impératif de développer des adjuvants efficaces pour les vaccinations prophylactiques et thérapeutiques 1,2. Idéalement, les adjuvants devraient posséder une excellente sécurité et une excellente activation immunitaire 3,4,5. On pense que l’absorption et le processus efficaces des antigènes par les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) constituent une étape essentielle des cascades de signalisation en aval et de l’initiation de la réponse immunitaire 6,7,8. Par conséquent, acquérir une compréhension claire du mécanisme d’interaction des cellules immunitaires avec les antigènes et concevoir des adjuvants pour améliorer l’internalisation sont des stratégies efficaces pour améliorer l’efficacité des vaccins.
Des microparticules et nanoparticules ayant des propriétés uniques ont déjà été étudiées en tant que systèmes d’administration d’antigènes pour faciliter l’absorption cellulaire des antigènes et l’interaction cellulaire avec les modèles moléculaires associés aux agents pathogènes 9,10. Au contact des cellules, les systèmes de livraison commencent à interagir avec la matrice extracellulaire et la membrane cellulaire, ce qui a conduit à l’internalisation et aux réponses cellulaires ultérieures11,12. Des études antérieures ont mis en évidence que l’internalisation des particules se fait par adhésion membrane-particule cellulaire13, suivie d’une déformation flexible de la membrane cellulaire et de la diffusion du récepteur vers la membrane de surface14,15. Dans ces circonstances, les propriétés du système de livraison dépendent de l’affinité avec les APC, qui affectent par la suite la quantité absorbée16,17.
Pour mieux comprendre la conception du système d’administration pour améliorer la réponse immunitaire, des efforts considérables ont été consacrés à l’étude de la relation entre les propriétés des particules et l’absorption cellulaire. La présente étude découle de l’observation que les microparticules et nanoparticules solides ayant des charges, des tailles et des formes variées sont souvent étudiées sous cet angle, tandis que le rôle de la fluidité dans l’internalisation de l’antigène est rarement étudié18,19. En fait, lors de l’adhésion, les particules molles ont démontré des changements de courbure dynamiques et des diffusions latérales pour augmenter la surface de contact pour les interactions multivalentes, ce qui peut difficilement être reproduit par les particules solides20,21. De plus, les membranes cellulaires sont des bicouches phospholipidiques (sphingolipides ou cholestérol) au site d’absorption, et les substances hydrophobes peuvent modifier l’entropie conformationnelle des lipides, réduisant la quantité d’énergie requise pour l’absorption cellulaire22,23. Ainsi, l’amplification de la mobilité et la promotion de l’hydrophobicité du système d’administration peuvent être une stratégie efficace pour renforcer l’internalisation de l’antigène afin d’améliorer la réponse immunitaire.
L’émulsion de Pickering, stabilisée par des particules solides assemblées à l’interface entre deux liquides non miscibles, a été largement utilisée dans le domaine biologique24,25. En fait, les particules agrégeantes sur l’interface huile/eau déterminent la formulation de structures à plusieurs niveaux, qui favorisent les interactions entre le système d’administration et les cellules à plusieurs niveaux et induisent davantage des propriétés physico-chimiques multifonctionnelles dans l’administration de médicaments. En raison de leur déformabilité et de leur mobilité latérale, on s’attendait à ce que les émulsions de Pickering entrent en interaction cellulaire multivalente avec les immunocytes et soient reconnues par les protéines membranaires26. De plus, comme les carottes de micelles huileuses dans les émulsions de Pickering ne sont pas complètement recouvertes de particules solides, les émulsions de Pickering présentent des espaces de différentes tailles entre les particules situées à l’interface huile-eau, ce qui entraîne une hydrophobicité plus élevée. Il est donc crucial d’explorer l’affinité des émulsions de Pickering avec les APC et d’élaborer sur l’internalisation subséquente pour développer des adjuvants efficaces.
Sur la base de ces considérations, nous avons conçu une émulsion de Pickering stabilisée par nanoparticules PLGA (PNPE) en tant que système d’administration de vaccins fluide qui a également permis d’acquérir des informations précieuses sur l’affinité du PNPE avec les BMDC et l’internalisation cellulaire. L’adhésion en temps réel des vésicules extracellulaires biomimétiques (bEV; un remplacement des BMDC) au PNPE a été surveillée par une méthode sans marquage à l’aide d’une microbalance à cristaux de quartz avec surveillance de la dissipation (QCM-D). Après la caractérisation de l’affinité de la PNPE avec les BMDC, la microscopie confocale à balayage laser (CLSM) a été utilisée pour déterminer l’absorption de l’antigène. Le résultat a indiqué une plus grande affinité de la PNPE avec les BMDC et l’internalisation efficace de l’antigène. Nous nous attendions à ce que la PEPN présente une plus grande affinité avec les APC, ce qui pourrait mieux stimuler l’internalisation des antigènes pour améliorer les réponses immunitaires.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous avons développé une émulsion huile/eau stabilisée par nanoparticules PLGA comme système d’administration pour une internalisation améliorée de l’antigène. Le PNPE préparé possédait une surface densément tassée pour soutenir le point d’atterrissage et une douceur et une fluidité uniques pour un contact cellulaire puissant avec la membrane cellulaire immunitaire. En outre, l’interface huile/eau offrait une charge antigénique à haute teneur et la PLGA amphiphile conférait au PNPE une grande sta…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le projet soutenu par le Programme national de recherche et de développement clé de Chine (2021YFE020527, 2021YFC2302605, 2021YFC2300142), From 0 to 1 Original Innovation Project of Basic Frontier Scientific Research Program de l’Académie chinoise des sciences (ZDBS-LY-SLH040), la Fondation pour les groupes de recherche innovants de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subvention n ° 21821005).
Materials
| AddVax | InvivoGen | Vac-adx-10 | |
| Cell Strainer | Biosharp | BS-70-CS | 70 μm |
| Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) | Nikon | A1 | |
| Cy3 NHS Ester | YEASEN | 40777ES03 | |
| DAPI Staining Solution | Beyotime | C1005 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 16000-044 | |
| FITC Phalloidin | Solarbio | CA1620 | |
| Mastersizer 2000 Particle Size Analyzer | Malvern | ||
| Micro BCA protein Assay Kit | Thermo Science | 23235 | |
| Membrane emulsification equipment | Zhongke Senhui Microsphere Technology | FM0201/500M | |
| Mini-Extruder | Avanti Polar Lipids, Inc | ||
| NANO ZS | Malvern | JSM-6700F | |
| Polycarbonate membranes | Avanti Polar Lipids, Inc | ||
| Poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) | Sigma-Aldrich | 26780-50-7 | Mw 7,000-17,000 |
| Poly-L-lysine Solution | Solarbio | P2100 | |
| Poly (vinyl alcohol) (PVA) | Sigma-Aldrich | 9002-89-5 | |
| QSense Silicon dioxide sensor | Biolin Scientific | QSX 303 | Surface roughness < 1 nm RMS |
| Quartz Crystal Microbalance | Biosharp | Q-SENSE E4 | |
| RPMI Medium 1640 basic | Gibco | C22400500BT | L-Glutamine, 25 mM HEPES |
| Scanning Electron Microscopy (SEM) | JEOL | JSM-6700F | |
| Squalene | Sigma-Aldrich | 111-02-4 |
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