CN114469895A

CN114469895A - 递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法及所得产品

Info

Publication number: CN114469895A
Application number: CN202210247856.3A
Authority: CN
Inventors: 杨永; 苏乾洪; 符钊铭; 罗星宇
Original assignee: Hainan University
Current assignee: Hainan University
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2042-03-14
Also published as: CN114469895B

Abstract

本发明公开了一种递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法及所得产品，本发明以盐酸多巴胺修饰的八臂聚乙二醇和绿原酸等免疫环境调节剂为原料，通过与Fe³⁺配位形成还原敏感二硫键的金属酚醛网络包裹抗原，得到纳米疫苗，能够有效被抗原递呈细胞摄取，递送抗原。本发明制备方法操作简便，能耗低，环境友好，易于扩大生产，所得纳米疫苗具有很好的体内长期稳定性和生物相容性，并对肿瘤具有显著的治疗和预防效果。

Description

递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法及所得产品

技术领域

本发明涉及一种递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法及所得产品，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

长期以来癌症一直是全球性威胁，肿瘤疫苗是一种治疗性疫苗，凭借其显示相对较小的副作用，有效的控制肿瘤的生长和转移逐渐走进人们的视野。聚乙二醇因其生物相容性高、价格低廉被生物材料广泛应用。绿原酸具有广泛的生物活性，现代科学对绿原酸生物活性的研究已深入到食品、保健、医药和日用化工等多个领域，具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、降血压、降血脂和清除自由基等作用。之前的研究发现，绿原酸（CHA）作为一种抗肿瘤免疫调节剂，通过促进STAT1激活和抑制STAT6激活促进巨噬细胞TAMs从M2极化到M1表型，从而调节肿瘤微环境并抑制多形性胶质母细胞瘤（GBM）的生长。I期临床试验报告表明，在复发性高级别胶质瘤患者中注射CHA是安全的、耐受性良好的，并具有潜在的抗肿瘤作用。然而，作为一种小分子化合物，CHA在注射后在体内迅速清除，从而导致循环时间短和肿瘤积聚率低。游离的卵清蛋白作为常用的肿瘤抗原，具有免疫原性低、易被降解的缺点，因此合理地设计载体有效负载抗原引起了国内外广泛的讨论。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法及所得产品，该方法通过八臂聚乙二醇与Fe离子配位，绿原酸等免疫环境调节剂作为金属多酚网络组成成分和佐剂对抗原进行包裹，使其同时具有pH和还原双响应性，以提高疫苗蛋白的靶向递送效率和交叉递呈，促进免疫应答。

金属酚网络（MPN）是由金属离子与多酚之间的配位相互作用建立的一系列超分子网络结构。MPN由于具有一些独特的优势，例如简单的合成以及与人体组织的良性生物相容性，因此可以用作生物材料。本发明基于金属多酚网络(Metal-Polyphenol Network，MPN)的合成原理，通过将接有多巴胺分子的八臂聚乙二醇、免疫环境调节剂和Fe³⁺配位，以卵清蛋白作为负载抗原，八臂聚乙二醇与Fe离子配位，免疫环境调节剂作为金属多酚网络组成成分和佐剂对抗原进行包裹，形成纳米疫苗。盐酸多巴胺和PEG是通过SPDP上的二硫键连接的，其细胞质内含有的还原性谷胱甘肽可以打开二硫键。纳米材料是通过包吞进入抗原递呈细胞的，然后在胞内形成溶酶体，溶酶体中的酸性条件可以打破Fe离子和多酚形成的配位键的平衡。因此，该纳米材料具有在还原性胞质溶胶或酸性溶酶体中智能释放OVA的潜力。抗原递呈细胞（APC）对抗原的递呈是免疫应答中非常重要的过程，APC对纳米材料的摄取是免疫应答的前提，较小尺寸的物质也更容易进入APC内，DC细胞作为主要的APC，摄取程度的大小也正面反应了免疫应答水平的高低。

本发明具体技术方案如下：

一种递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将三乙胺、4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐和N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯先进行反应，然后再加入具有巯基末端的八臂聚乙二醇继续反应，得到邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇；

（2）将步骤（1）得到的邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇分散在水中，然后加入抗原溶液、FeCl₃溶液、免疫环境调节剂溶液和Tris-HCl缓冲液进行反应，得递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗。

进一步的，步骤（1）中，三乙胺、4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐和N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯在有机溶剂中、气体保护下搅拌反应3~4 h，然后再加入具有巯基末端的八臂聚乙二醇继续在气体保护下搅拌反应6~7 h。所述有机溶剂可以为DMF等，保护气体可以为氮气或惰性气体。

进一步的，步骤（1）中，三乙胺、4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐和N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯、具有巯基末端的八臂聚乙二醇（以巯基的摩尔量计算）的摩尔比为20~24：12~14：7~8：4~5。

进一步的，步骤（1）中，所述具有巯基末端的八臂聚乙二醇能从市场上购买得到，其中，具有巯基末端的八臂聚乙二醇的分子量为10000~20000。

进一步的，步骤（1）中， 4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐在有机溶剂中的浓度为3-9mg/ml。

进一步的，步骤（1）中，反应后的产物经透析、冻干后得到邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇。透析采用pH 4-5的水，透析时间一般为48~60 h，以除去小分子杂质，透析后的溶液冻干，得邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇。

进一步的，步骤（2）中，所述抗原可以为卵清蛋白（OVA）等抗原，所述免疫环境调节剂为绿原酸等免疫环境调节剂。

进一步的，步骤（2）中，邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇、卵清蛋白、绿原酸和FeCl₃的质量比为50-60：12-18：2-3:30-40。

进一步的，步骤（2）中，邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇在体系中的浓度为1-2 mg/mL。

进一步的，步骤（2）中，Tris-HCl缓冲液的pH为8.5-9，Tris-HCl缓冲液的浓度为0.15-0.18 mM（mmol/L）。

进一步的，步骤（2）中，体系中的水与Tris-HCl缓冲液的体积比为7～8:2。

进一步的，步骤（2）中，先将邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇分散在水中，然后加入抗原溶液，混匀后加入少量FeCl₃溶液，混匀后继续加入Tris-HCl缓冲液，混匀后依次再加入绿原酸溶液、FeCl₃溶液，通过这样的方式进行络合反应，所得产品性能更佳。其中，FeCl₃溶液分两次进行加入，第一次加入的FeCl₃占FeCl₃总质量的8-12%，若一次性加入所有的Fe³ ⁺会导致该反应体系生成的颗粒太大，且稳定性差。

进一步的，步骤（2）中，加入每种溶液后均需搅拌混匀30 s~1 min，使溶液混合均匀，所有溶液加入完成后，再搅拌反应0.5-1 h。反应后离心、洗涤，得到最终产物。离心的转速和时间一般为16000-20000 rpm和20-25 min。洗涤采用纯水进行，洗涤次数一般为1~2次。

本发明所得纳米疫苗具有pH和还原双敏感性，具有很好的体内长期稳定性和生物相容性，能够改善抗原靶向递送效率和交叉呈递效率低下的问题，能够引起有效的免疫应答，对肿瘤具有显著的治疗和预防效果。因此，该纳米疫苗也在本发明保护范围之内。

本发明的工作原理及有益效果在于：

1、本发明以盐酸多巴胺修饰的八臂聚乙二醇和绿原酸等免疫环境调节剂为原料，通过与Fe³⁺配位形成还原敏感二硫键的金属酚醛网络包裹抗原，得到纳米疫苗，本发明纳米疫苗具有良好的体内长期稳定性、生物相容性、靶向性，能够促进交叉递呈刺激细胞免疫和体液免疫，能够有效治疗和预防癌症，对肿瘤具有显著的治疗和预防效果。

2、本发明纳米疫苗以具有还原敏感二硫键的金属酚醛网络作为保护网络，生物安全性提高，抗原不易解离，本发明纳米疫苗能够有效被抗原递呈细胞摄取，递送抗原，抗原的靶向递送效率和交叉递呈效率提高，能够引发有效的细胞免疫反应，提高了癌症免疫疗法的疗效。

3、本发明制备方法操作简便，能耗低，环境友好，易于扩大生产。

附图说明

图1是实施例1制备的递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的一步法制备示意图；

图2是实施例1中MPNs@OVA+CHA的透射电子显微镜图片；

图3为实施例1制备的MPNs@OVA+CHA的动态激光散射结果；

图4为实施例2中不同样品的FT-IR光谱，其中（1）CHA，（2）OVA，（3）PEGPolyphenol，（4）MPNs@OVA+CHA；

图5为实施例2中不同样品的UV光谱，其中（1）MPNs@OVA+CHA，（2）MPNs@OVA，（3）CHA，（4）OVA；

图6为实施例3制备的PMSN@OVA-MPN在PBS（pH=7.4），PBS（pH=5.0）和谷胱甘肽溶液中的累积释放OVA结果；

图7为实施例4中通过CCK-8测定MPNs@OVA和MPNs@OVA+CHA对DC2.4细胞的体外细胞毒性评估结果。

图8为通过流式细胞术测定OVA，MPNs@OVA和MPNs@OVA+CHA对DC2.4细胞的体外细胞摄取评估结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步的详细说明。

下述实施例中，所用带有巯基末端的八臂聚乙二醇购自键凯科技有限公司（北京），分子量为20000。

实施例1

递送抗原和免疫环境调节剂的、具有pH和还原双响应的金属多酚纳米疫苗的制备过程如图1所示，具体步骤如下：

邻苯二酚封端的八臂PEG多酚（PEG Polyphenol）的合成：将4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐（24.6 mg，0.129 mmol），三乙胺（28 µL，0.201 mmol）和N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯（SPDP，22 mg，0.07 mmol）溶解在5 mL DMF中，所得溶液在氮气保护下搅拌3 h，然后加入带有巯基末端的八臂聚乙二醇（100 mg，分子量20000，巯基的物质的量为0.04 mmol），在氮气保护下再反应6 h。反应后，将混合物在pH为4-5的水中透析48h，以将未反应的小分子除去，透析后冻干，获得PEG Polyphenol。

递送抗原和免疫环境调节剂的、具有pH和还原双响应的金属多酚纳米疫苗MPNs@OVA+CHA的制备：将上述的PEG Polyphenol（20 µL，50 mg/mL）溶液加入5 mL样品瓶中，然后加入卵清蛋白溶液（500 µL，0.6 mg/mL），室温下搅拌30 s，搅拌均匀后加入FeCl₃溶液（20µL，3 mg/mL），室温下搅拌30 s，混匀后加入Tris-HCl溶液（200 µL，0.15 mM，pH=8.5），室温下搅拌30 s，然后加入绿原酸溶液（15 µL，4 mg/mL），将混合溶液在室温下搅拌30 s，加入180 µL FeCl₃溶液（3 mg/mL），磁力搅拌反应1 h。反应后，离心（20000 r/min，20 min）得到沉淀物，将所得沉淀物用纯水洗1次，以除去过量的PEG Polyphenol、FeCl₃、绿原酸和抗原，得到MPNs@OVA+CHA。

图2为MPNs@OVA+CHA的透射电子显微镜图片，从图中可以看出，纳米疫苗MPNs@OVA+CHA的粒径约为50 nm。图3为PMSN@OVA-MPN的动态激光散射结果，从图中可以看出，MPNs@OVA+CHA具有平均56.4 nm的流体动力学粒径和相对窄的粒径分布，和上述透射电镜的结果一致，这说明我们的纳米材料具有较小的粒径尺寸，能够被细胞摄取。

实施例2

邻苯二酚封端的八臂PEG多酚（PEG Polyphenol）的合成：将4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐（24.6 mg，0.129 mmol），三乙胺（32 µL，0.23 mmol）和N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯（SPDP，25.1 mg，0.08mmol）溶解在5 mL DMF中，所得溶液在氮气保护下搅拌4 h，然后加入带有巯基末端的八臂聚乙二醇（100 mg，分子量20000，巯基的物质的量为0.04 mmol），在氮气保护下再反应7 h。反应后，将混合物在pH为4-5的水中透析48 h，以将未反应的小分子除去，透析后冻干，获得PEG Polyphenol。

递送抗原和免疫环境调节剂的、具有pH和还原双响应的金属多酚纳米疫苗MPNs@OVA+CHA的制备：将上述的PEG Polyphenol（20 µL，50 mg/mL）溶液加入5 mL样品瓶中，然后加入卵清蛋白溶液（500 µL，0.6 mg/mL），室温下搅拌30 s，搅拌均匀后加入FeCl₃溶液（20µL，3 mg/mL），室温下搅拌30 s，混匀后加入Tris-HCl溶液（200 µL，0.18 mM，pH=8.5），室温下搅拌30 s，然后加入绿原酸溶液（15 µL，4 mg/mL），将混合溶液在室温下搅拌30 s，加入180 µL FeCl₃溶液（3 mg/mL），磁力搅拌反应1 h。反应后，离心（16000 r/min，20 min）得到沉淀物，将所得沉淀物用纯水洗1次，以除去过量的PEG Polyphenol、FeCl₃、绿原酸和抗原，得到MPNs@OVA+CHA。

按照上述同样的方法制备纳米疫苗，只是不加入CHA溶液，所得纳米疫苗命名为MPNs@OVA。

图4为（1）CHA，（2）OVA，（3）PEG Polyphenol，（4）MPNs@OVA+CHA的FT-IR光谱，从图中可以看出，MPNs@OVA+CHA和OVA在红外光谱图有1651 cm^-1处相同的C＝O的拉伸振动峰，而CHA不具有该特征峰，氨基酸之间的连接是通过肽键（酰胺键）实现的，说明OVA成功被PEG多酚包裹。图5为（1）MPNs@OVA+CHA，（2）MPNs@OVA，（3）CHA，（4）OVA的UV光谱，从图中可以看出，在CHA 220 nm和340 nm处有最大吸收峰，通过对比MPNs@OVA+CHA、MPNs@OVA和CHA的紫外光谱图，在MPNs@OVA+CHA 260 nm和370 nm处也有对应特征峰（红移），而MPNs@OVA不具有该特征，则说明CHA被成功接上。

实施例3

MPNs@OVA+CHA体外OVA释放行为研究

为了研究MPNs@OVA+CHA在不同介质中的OVA释放行为，取适量实施例1制备的MPNs@OVA+CHA，将其平均分为三份，分别将它们分散在A：500 µL还原性谷胱甘肽溶液（50mM，pH=7.4）、B：500 µL PBS（pH=7.4）和C：500 µLPBS（pH=5）三份PBS中，并在37°C下搅拌。在不同时间点进行离心（20000 rpm，20 min），然后从这些悬浮液中提取上清液进行检测，剩余的沉淀物中补充相应的谷胱甘肽溶液（50 mM），中性PBS或弱酸性PBS，然后继续搅拌。其中，加入谷胱甘肽的悬浮液中补充谷胱甘肽溶液，不加谷胱甘肽溶液中性PBS的悬浮液中补充中性PBS，不加谷胱甘肽溶液弱酸性PBS的悬浮液中补充弱酸性PBS，每次离心均采用相同的操作。通过Bradford蛋白浓度测定试剂盒分析不同时间所得上清液，以对释放的OVA进行定量。

图6为MPNs@OVA+CHA在PBS（pH=7.4），PBS（pH=5.0）和谷胱甘肽溶液中的体外累积释放OVA能力图。如图6所示，相比pH=5.0和pH=7.4体外环境下，pH=7.4+谷胱甘肽释放OVA的速度最快，在第4 h就达到了92.9%，原因是还原性谷胱甘肽能够打开MPNs@OVA+CHA中的二硫键，使其包裹的OVA暴露出来。另外，相比pH=7.4，MPNs@OVA+CHA在pH=5.0的PBS中释放OVA速度更快，原因是酸性条件可以打破铁离子和多酚形成的配位键的平衡。以上结果表明，MPNs@OVA+CHA具有在还原性胞质溶胶或酸性溶酶体中智能释放OVA的潜力，本发明MPNs@OVA+CHA具有pH和还原的双响应性。

实施例4

MPNs@OVA+CHA体外细胞毒性评估

首先，将DC2.4细胞以每孔6000个细胞的密度在96孔板中孵育24小时。然后将以各种OVA浓度（0、10、25、50、100、200、400 μg/mL）分散在1640基础培养基中的实施例2的MPNs@OVA和MPNs@OVA+CHA添加到相关孔中。将96孔板在细胞培养箱中放置24小时后，使用标准CCK-8分析法测定细胞活力。

图7为通过CCK-8测定MPNs@OVA和MPNs@OVA+CHA对DC2.4细胞的体外细胞毒性评估结果。如图7所示，在10~200 µg/mL浓度下，MPNs@OVA+CHA对DC2.4细胞没有表现出明显的细胞毒性，当浓度为400 µg/mL时，MPNs@OVA+CHA则表现出明显的死亡率，可能的原因是材料浓度过高引起的渗透压变化，这表明MPNs@OVA+CHA在一定浓度下对细胞的安全性良好。对照组MPNs@OVA则是在200 µg/mL后表现出明显的死亡率。证明MPNs@OVA+CHA具有良好的生物相容性和生物安全性。

实施例5

MPNs@OVA+CHA体外细胞摄取

取生长状态好的DC2.4细胞，化重悬并计数，然后以2×10⁵个细胞每孔的量将细胞铺于12孔板中，培养24h。第二天吸出每孔的培养基并用PBS洗细胞一次，然后根据实验设置分别加入PBS，OVA-FITC，实施例2的MPNs@OVA-FITC，实施例2的MPNs@OVA-FITC+CHA的1640基本培养基溶液1mL（20 μg/mL OVA-FITC），全程避光，孵育细胞6 h。然后将每孔中的培养基吸出，用PBS洗一次，加入300 μL胰酶消化液2 min后，然后加入500 µl 1640全培终止，用移液枪吹打12孔板使贴在壁上的细胞脱落，1200 rpm离心5min后，用500 μL PBS重悬，用于流式细胞仪分析。

图8为通过流式细胞术测定OVA，MPNs@OVA和MPNs@OVA+CHA对DC2.4细胞的体外细胞摄取评估结果。我们把空白组划分为0.02% FITC相对阴性，相比游离OVA组7.12%相对摄取率和MPNs@OVA组75.21%相对摄取率来说，DC2.4细胞显示出对MPNs@OVA+CHA更高的摄取率，达到了82.37%。原因可能是MPNs@OVA+CHA更小的尺寸增加了DC2.4对其的摄取率。抗原递呈细胞（APC）对抗原的递呈是免疫应答中非常重要的过程，APC对纳米材料的摄取是免疫应答的前提，DC细胞作为主要的APC，摄取程度的大小也正面反应了免疫应答水平的高低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法，其特征是包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：三乙胺、4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐、N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯、具有巯基末端的八臂聚乙二醇的物质的量比为20~24 ：12~14 ：7~8 ：4~5，其中具有巯基末端的八臂聚乙二醇以巯基的物质的量计。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是：三乙胺、4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐和N-琥珀酰亚胺基3-（2-吡啶基二硫代）丙酸酯在有机溶剂中、气体保护下搅拌反应3~4 h，然后再加入具有巯基末端的八臂聚乙二醇继续在气体保护下搅拌反应6~7 h；优选的，所述溶剂为DMF；优选的，保护气体为氮气或惰性气体。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是：4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚盐酸盐的浓度为3-9mg/ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述抗原为卵清蛋白，所述免疫环境调节剂为绿原酸。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇、抗原、免疫环境调节剂和FeCl₃的质量比为50-60：12-18：2-3:30-40。

7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，Tris-HCl缓冲液的pH为8.5-9、浓度为0.15~0.18 mM，反应体系中的水与Tris-HCl缓冲液的体积比为7~8:2，邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇在体系中的浓度为1-2 mg/mL。

8.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征是：先将邻苯二酚封端的八臂聚乙二醇分散在水中，然后加入抗原溶液，混匀后加入少量FeCl₃溶液，继续加入Tris-HCl缓冲液，混匀后依次再加入免疫环境调节剂溶液、FeCl₃溶液；第一次加入的FeCl₃的量占FeCl₃总质量的8-12%。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征特征是：加入每种溶液后均需搅拌混匀30s~1 min，所有溶液加入完成后，再搅拌反应0.5-1 h。

10.按照权利要求1-9中任一项所述的递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗的制备方法制得的递送抗原和免疫环境调节剂的金属多酚纳米疫苗。