RU2529959C1 - Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains - Google Patents

Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains Download PDF

Info

Publication number
RU2529959C1
RU2529959C1 RU2013145222/10A RU2013145222A RU2529959C1 RU 2529959 C1 RU2529959 C1 RU 2529959C1 RU 2013145222/10 A RU2013145222/10 A RU 2013145222/10A RU 2013145222 A RU2013145222 A RU 2013145222A RU 2529959 C1 RU2529959 C1 RU 2529959C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
hydroxyapatite
protein
esat
complexes
Prior art date
Application number
RU2013145222/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Иванович Киселев
Максим Игоревич Дюков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью ООО "Нанолек"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью ООО "Нанолек" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью ООО "Нанолек"
Priority to RU2013145222/10A priority Critical patent/RU2529959C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2529959C1 publication Critical patent/RU2529959C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: immunoadjuvant is claimed representing hydroxyapatite nanoparticles with adsorbed synthetic peptide - CXCR ligand of 1 2 and receptors. The vaccine against influenza is presented, comprising the claimed immunoadjuvant and chimeric protein NS-ESAT. FIELD: On inorganic nanoparticles the adsorbed peptide Pro-Pro-Gly-Pro-His (PPGPH) which represents the ligand of CXCR 1 and 2. The base of solving the problem set was obtaining complexes of hydroxyapatite nanoparticles with the chimeric protein NS-ESAT. The protocols of obtaining these complexes are developed, as well as the effectiveness of their generation was quantitatively studied. As the results of tests of the complexes obtained on laboratory animals the data is obtained giving evidence that these complexes are capable to stimulate a cellular link of immune response more effectively than the commercial adjuvant. On this account the resulting complexes may be considered as a potential vaccine component, particularly anti-influenza, particularly against such highly pathogenic strains of influenza virus as H5N1, H1N1, and others. As a result of the studies carried out the affinity of hydroxyapatite nanoparticles to chimeric protein NS-ESAT-6 is revealed. A fragment of the influenza virus NS1 protein (125 amino acid residues long) having high affinity for phosphate groups, provides an increased affinity of the fusion protein to hydroxyapatite nanoparticles. The immunological adjuvant is proposed to use as nanoparticles of hydroxyapatite, which, according to the results of tests on laboratory animals is able to stimulate more effectively than the commercial adjuvant the cellular link of immune response. In addition, the use of the sorption properties of hydroxyapatite is proposed for creation of nanocompositions comprising individual immunomodulators stimulating the immune response to the target antigens.
EFFECT: increased immunogenicity of vaccines with use of inorganic nanoparticles.
3 cl, 4 dwg

Description

Область примененияApplication area

Изобретение относится к нано-иммунобиотехнологии и, в частности, к созданию иммуногенных препаратов и вакцин, которые могут быть использованы для профилактики инфекционных заболеваний, в частности, вызванных вирусом гриппа сезонных и высокопатогенных пандемических штаммов.The invention relates to nano-immunobiotechnology and, in particular, to the creation of immunogenic preparations and vaccines that can be used to prevent infectious diseases, in particular, seasonal and highly pathogenic pandemic strains caused by influenza virus.

АктуальностьRelevance

Пандемия гриппа 2009/10 гг., вызванная вирусом гриппа H1N1, комбинированного, преимущественно свиного происхождения показала, что массовая защита населения от вирусов гриппа с высоким уровнем патогенности может быть обеспечена только вакцинацией. Более того, анализ возрастной структуры заболеваемости в этот период показал, что люди, родившиеся до 1957 года, болели значительно реже или переносили заболевание в легкой клинической форме. Эти показатели находились в прямой корреляции с наличием у них относительно высокого титра антител к вирусам H1N1, циркулировавших с период с 1918 по 1955 гг. Известно, что HA и NA этих вирусов близки по антигенной структуре к современным штаммам вирусов H1N1, вызвавшим пандемию гриппа 2009-10 гг.The 2009/10 influenza pandemic caused by the H1N1 influenza virus, of a combined, mainly swine origin, showed that massive protection of the population against high pathogenicity influenza viruses can be achieved only by vaccination. Moreover, the analysis of the age structure of the incidence rate during this period showed that people born before 1957 were much less likely to suffer or had the disease in a mild clinical form. These indicators were directly correlated with the presence of a relatively high titer of antibodies to H1N1 viruses that circulated from 1918 to 1955. It is known that the HA and NA of these viruses are close in antigenic structure to modern strains of the H1N1 viruses that caused the 2009-10 influenza pandemic.

Эти наблюдения стимулировали исследования типовых и универсальных детерминант для конструирования пандемических вакцин и способствовали формулированию требований к протективным свойствам нового поколения противогриппозных вакцин. Решение задачи получения высокопротективных вакцин невозможно без выбора соответствующих технологий и функциональных адъювантов [Киселев О.И. Прогресс в создании пандемических противогриппозных вакцин и технологии их производства. Биотехнология 2010 №2, с.1-25; Atmar R.L, Keitel W.A. Adjuvants for pandemic influenza vaccines. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2009, Vol.333, p.323-44. doi: 10.1007/978-3-540-92165-3_16]. Поэтому использование новых подходов на основе нанотехнологий с поиском принципиально новых иммуноадъювантов может способствовать решению данной задачи.These observations stimulated studies of typical and universal determinants for the construction of pandemic vaccines and helped formulate requirements for the protective properties of a new generation of influenza vaccines. The solution to the problem of obtaining highly protective vaccines is impossible without the choice of appropriate technologies and functional adjuvants [Kiselev OI Progress in creating pandemic influenza vaccines and their production technology. Biotechnology 2010 No. 2, pp. 1-25; Atmar R.L., Keitel W.A. Adjuvants for pandemic influenza vaccines. Curr. Top Microbiol. Immunol. 2009, Vol. 333, p. 323-44. doi: 10.1007 / 978-3-540-92165-3_16]. Therefore, the use of new approaches based on nanotechnology with the search for fundamentally new immunoadjuvants can contribute to solving this problem.

В настоящее время в России и других странах - производителях гриппозных вакцин выпускаются следующие виды вакцинных препаратов:Currently, the following types of vaccine preparations are available in Russia and other countries that produce influenza vaccines:

1. Живая гриппозная вакцина.1. Live influenza vaccine.

2. Цельновирионная инактивированная вакцина.2. Whole-virion inactivated vaccine.

3. Сплит-вакцина.3. Split vaccine.

4. Субъединичная вакцина.4. Subunit vaccine.

Значительно позднее была разработана полимерсубъединичная вакцина типа «Гриппол». Однако основной прогресс в этой области следует отнести к 1970-80-м годам. Следует обратить также внимание на то, что главным направлением совершенствования противогриппозных вакцин было повышение их безопасности. Именно поэтому от цельновирионных вакцин был совершен переход к сплит-вакцинам, а от сплит-вакцин к субъединичным. При высокой очистке антигенов возникла проблема падения иммуногенности. В связи с этим начался поиск иммуноадъювантов. В результате около 15 лет назад был использован в качестве адъюванта «полиоксидоний». Вакцина на основе полиоксидония получила название полимер-субъединичной. Однако совершенно очевидно, что такой подход также устарел. Полиоксидоний является слабым иммуноадъювантом и до сих пор неизвестны механизмы его действия. В последние годы испытано множество новых адъювантов, действие которых основано на механизме стимуляции иммунного ответа через Toll-рецепторы [Takeshi Ichinohe Т., Iwasaki A., Hideki Hasegawa Н. Innate sensors of influenza virus: clues to developing better intranasal vaccines. Expert Rev Vaccines. 2008; 7(9):1435-1445._doi: 10.1586/14760584.7.9.1435.]. Фактически, в настоящее время признано невозможным создание эффективных и безопасных вакцин без применения адъювантов [WHO. Squalene-based adjuvants in vaccines. December 3, 2008 Matyas G, Rao M, Pittman P, Burge R, Robbins I, Wassef N et al. Detection of antiboides to squalene III. Naturally occurring antibodies to squalene in humans and mice. JIM, 2004, 286:47-67]. Возможности нанотехнологий позволяют использовать новое агрегатное состояние известных адъювантов или создавать принципиально новые адъювантные композиции для получения вакцинных препаратов, характеризующихся невысокой антигенной нагрузкой и высокой безопасностью. Появилось понятие наноадъювантов, сформулированное в наших и ряде других исследований [Киселев О.И. Прогресс в создании пандемических противогриппозных вакцин и технологии их производства. Биотехнология 2010 №2, с.1-25; Narasimhan, В. Novel Biodegradable Nanoadjuvants for Immunotherapy of Pancreatic Cancer. National Institutes of Health, 10/1/2006 to 9/30/2008].Much later, a influenza-type polymer-subunit vaccine was developed. However, the main progress in this area should be attributed to the 1970-80s. It should also be noted that the main direction of improving influenza vaccines was to increase their safety. That is why the transition from whole-virion vaccines to split-vaccines, and from split-vaccines to subunit ones, was made. With high purification of antigens, the problem of a decrease in immunogenicity arose. In this regard, the search for immunoadjuvants began. As a result, about 15 years ago, “polyoxidonium” was used as an adjuvant. The polyoxidonium-based vaccine is called the polymer subunit. However, it is clear that this approach is also outdated. Polyoxidonium is a weak immunoadjuvant and its mechanisms of action are still unknown. In recent years, many new adjuvants have been tested, the effect of which is based on the mechanism of stimulating the immune response through Toll receptors [Takeshi Ichinohe T., Iwasaki A., Hideki Hasegawa N. Innate sensors of influenza virus: clues to developing better intranasal vaccines. Expert Rev Vaccines. 2008; 7 (9): 1435-1445._doi: 10.1586 / 14760584.7.9.1435.]. In fact, it has now been found impossible to create effective and safe vaccines without the use of adjuvants [WHO. Squalene-based adjuvants in vaccines. December 3, 2008 Matyas G, Rao M, Pittman P, Burge R, Robbins I, Wassef N et al. Detection of antiboides to squalene III. Naturally occurring antibodies to squalene in humans and mice. JIM, 2004, 286: 47-67]. The capabilities of nanotechnology make it possible to use the new aggregate state of known adjuvants or to create fundamentally new adjuvant compositions for the production of vaccine preparations characterized by low antigenic load and high safety. The concept of nanoadjuvants appeared, formulated in our and a number of other studies [O. Kiselev. Progress in creating pandemic influenza vaccines and their production technology. Biotechnology 2010 No. 2, pp. 1-25; Narasimhan, B. Novel Biodegradable Nanoadjuvants for Immunotherapy of Pancreatic Cancer. National Institutes of Health, 10/1/2006 to 9/30/2008].

Уровень техникиState of the art

1) Адъюванты в составе современных противогриппозных вакцин 1) Adjuvants in the composition of modern influenza vaccines

В современных противогриппозных вакцинах преимущественно используются адъюванты на основе гидроксида алюминия, полиоксидония и сквалена [Киселев О.И. Прогресс в создании пандемических противогриппозных вакцин и технологии их производства. Биотехнология 2010 №2, с.1-25; Ерофеева М.К., Никаноров И.Ю. 9.1. Специфическая профилактика. Современные отечественные и зарубежные вакцины. В кн.: Грипп. Эпидемиология, диагностика, лечение, профилактика. Изд. МИА (Медицинское информационное агентство). Под ред. О.И. Киселева, Л.М. Цыбаловой и В.И. Покровского. М. 2012. С.443-466]. В отношении адъювантов на основе гидроксида алюминия следует отметить, что в последние годы прогрессивно возрастает обоснованная критика его использования в производстве и применении вакцинных препаратов [Tomljenovic L., Shaw С.А. Aluminum vaccine adjuvants: are they safe? Curr Med Chem. 2011; 18(17):2630-7]. Под сомнение ставится даже безопасность адъювантов на основе гидроксида алюминия. В первую очередь, эти опасения аргументируются тем, что растворимая окись алюминия из места введения диффундирует в лимфатические узлы и кровоток. В результате токсическое действие адъюванта проявляется на функциях нейронов головного мозга. Многократное введение вакцин в течение жизни человека может ускорять или инициировать развитие таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера [Shawa С.А. Petrikc M.S. Aluminum hydroxide injections lead to motor deficits and motor neuron degeneration. J. of Inorg. Biochem. 2009, Volume 103, p.1555-1562]. Принципиальное отличие наночастиц на основе производных алюминия или замены этих адъювантов на физиологически совместимый гидроксиаппатит от гидроксида алюминия состоит в их агрегатном состоянии и невозможности диффузии в лимфатическую систему и тем более в кровоток, поэтому их применение направлено на решение двух основных задач изобретения: повышения уровня безопасности путем максимально возможного снижения антигенной нагрузки и снижения диффузии в локусе введения. Вторая задача решается путем использования уникальных адсорбционных свойств гидроксиаппатита для адсорбции функциональных иммуноадъювантов.In modern influenza vaccines, adjuvants based on aluminum hydroxide, polyoxidonium and squalene are mainly used [O. Kiselev. Progress in creating pandemic influenza vaccines and their production technology. Biotechnology 2010 No. 2, pp. 1-25; Erofeeva M.K., Nikanorov I.Yu. 9.1. Specific prophylaxis. Modern domestic and foreign vaccines. In the book: Influenza. Epidemiology, diagnosis, treatment, prevention. Ed. MIA (Medical News Agency). Ed. O.I. Kiseleva, L.M. Tsybalova and V.I. Pokrovsky. M. 2012. S.443-466]. With regard to adjuvants based on aluminum hydroxide, it should be noted that in recent years, substantiated criticism of its use in the production and use of vaccine preparations has progressively increased [Tomljenovic L., Shaw S.A. Aluminum vaccine adjuvants: are they safe? Curr Med Chem. 2011; 18 (17): 2630-7]. Even the safety of aluminum hydroxide adjuvants is being called into question. First of all, these fears are argued by the fact that soluble alumina from the injection site diffuses into the lymph nodes and bloodstream. As a result, the toxic effect of the adjuvant appears on the functions of brain neurons. Repeated administration of vaccines during a person’s life can accelerate or initiate the development of diseases such as Alzheimer's disease [Shawa S.A. Petrikc M.S. Aluminum hydroxide injections lead to motor deficits and motor neuron degeneration. J. of Inorg. Biochem. 2009, Volume 103, p. 1555-1562]. The fundamental difference between nanoparticles based on aluminum derivatives or the replacement of these adjuvants with a physiologically compatible hydroxyappatite from aluminum hydroxide lies in their state of aggregation and the inability to diffuse into the lymphatic system and especially into the bloodstream, therefore their application is aimed at solving two main problems of the invention: improving safety by the maximum possible reduction in antigenic load and decrease diffusion at the locus of administration. The second problem is solved by using the unique adsorption properties of hydroxyappatite for the adsorption of functional immunoadjuvants.

Таким образом, преимущества использования адъювантов на основе неорганических (гидроксиаппатита) наночастиц можно систематизировать следующим образом:Thus, the advantages of using adjuvants based on inorganic (hydroxyappatite) nanoparticles can be systematized as follows:

1. Высокая инертность неорганических веществ в качестве основного материала.1. High inertness of inorganic substances as the main material.

2. Высокая адсорбционная способность, позволяющая создавать депо антигена при использовании небольших количеств адъюванта (10-20 мкг/мл), что делает возможным усиление иммунного ответа при меньшей антигенной нагрузке.2. High adsorption ability, allowing you to create a depot of antigen using small amounts of adjuvant (10-20 μg / ml), which makes it possible to enhance the immune response with less antigenic load.

3. Высокая адсорбционная способность наночастиц может быть использована для решения проблемы формирования депо биологически активных компонентов (белки, пептиды, фрагменты нуклеиновых кислот) для стимуляции соответствующих функций иммунного ответа.3. The high adsorption capacity of nanoparticles can be used to solve the problem of the formation of a depot of biologically active components (proteins, peptides, nucleic acid fragments) to stimulate the corresponding functions of the immune response.

4. Технологически более простое и быстрое производство по сравнению с основными адъювантами органической природы.4. Technologically simpler and faster production compared with the main adjuvants of organic nature.

2) Иммунологические адъюванты на основе наночастиц2) Immunological adjuvants based on nanoparticles

Гидроксид алюминия в водной среде представляет собой микрокристаллы оксидо-гидроксида алюминия размерами 4,5 нм × 2,2 нм × 10 нм, однако эти частицы образуют более крупные агрегаты размером 1-10 мкм. Синтез стабильных наночастиц гидроксида алюминия заданного размера, по-видимому, достаточно сложен, последняя публикация описывает процесс с использованием молекул кремнийорганического соединения как центров образования наночастиц (Preparation of Amorphous Aluminum Oxide-Hydroxide Nanoparticles in Amphiphilic Silicone-Based Copolymer Microemulsions; Yana Berkovich et al., Journal of Colloid and Interface Science. 2002. 245, 58-67).Aluminum hydroxide in an aqueous medium is microcrystals of aluminum oxide-hydroxide with dimensions of 4.5 nm × 2.2 nm × 10 nm, however, these particles form larger aggregates 1-10 μm in size. The synthesis of stable aluminum hydroxide nanoparticles of a given size is apparently quite complicated, the latest publication describes a process using organosilicon molecules as centers of nanoparticle formation (Preparation of Amorphous Aluminum Oxide-Hydroxide Nanoparticles in Amphiphilic Silicone-Based Copolymer Microemulsions; Yana Berkovich et al. Journal of Colloid and Interface Science. 2002.245, 58-67).

Альтернативным материалом при разработке адъюванта нового поколения может стать гидроксиапатит. Это вещество является естественным компонентом костной ткани, составляя около 50% ее массы. Биосовместимость гидроксиапатита, демонстрируемая большим опытом использования в имплантологии, позволит избежать побочных эффектов, таких как, например, макрофагический миофасцит, связанный с патологическим накоплением алюминия в клетках. Возможность использования гидроксиапатита, в том числе и в наноформе, стала исследоваться только в последние 2-3 года.An alternative material in the development of a new generation of adjuvant may be hydroxyapatite. This substance is a natural component of bone tissue, accounting for about 50% of its mass. The biocompatibility of hydroxyapatite, demonstrated by extensive experience in implantology, will avoid side effects, such as, for example, macrophagic myofascitis, associated with pathological accumulation of aluminum in cells. The possibility of using hydroxyapatite, including in nanoform, began to be studied only in the last 2-3 years.

Необходимо учитывать, что оптимальным является иммуноадъювант с широким спектром применения, в частности сочетаемый с вакцинами различных типов. В случае гриппозных вакцин наиболее важна стимуляция образования нейтрализующих антител, позволяющая остановить развитие инфекции в самом начале, однако индукция TH2-зависимого иммунного ответа также актуальна: она важна на более поздних стадиях развития гриппозной инфекции, у лиц преклонного возраста или с ослабленным иммунитетом. Наличие собственного неспецифического иммуностимуляторного действия желательно как дополнение к усилению иммуногенности вакцинного антигена с учетом генетической изменчивости вируса гриппа. Кроме того, все эти качества должны сочетаться с безопасностью при применении в составе вакцины. Иммуноадъювант также должен быть достаточно стабилен в составе вакцины. Наконец, большое значение имеет также простота технологии синтеза, позволяющая сделать производство вакцины быстрым и масштабируемым. Перспективным кандидатом, сочетающим все эти характеристики, являются неорганические наночастицы, в частности на основе гидроксиапатита, сочетающие в себе свойства биосовместимости гидроксиапатита и уникальные свойства материалов в наноформе.It must be borne in mind that an immunoadjuvant with a wide range of applications is optimal, in particular, combined with vaccines of various types. In the case of influenza vaccines, the most important is the stimulation of the formation of neutralizing antibodies, which helps to stop the development of infection at the very beginning, however, the induction of a T H2 -dependent immune response is also relevant: it is important at the later stages of the development of influenza infection, in the elderly or with weakened immunity. The presence of their own non-specific immunostimulatory effects is desirable as an addition to enhancing the immunogenicity of the vaccine antigen, taking into account the genetic variability of the influenza virus. In addition, all these qualities must be combined with safety when used as part of a vaccine. The immunoadjuvant should also be sufficiently stable in the composition of the vaccine. Finally, the simplicity of the synthesis technology, which makes vaccine production fast and scalable, is also of great importance. Inorganic nanoparticles, in particular, based on hydroxyapatite, combining the biocompatibility of hydroxyapatite and the unique properties of materials in the nanoform, are a promising candidate that combines all these characteristics.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В настоящем изобретении ставилась задача создания иммунологического адъюванта на основе наночастиц гидроксиапатита для применения в создании вакцин. Фактически задача была решена путем:The present invention was tasked with creating an immunological adjuvant based on hydroxyapatite nanoparticles for use in creating vaccines. In fact, the problem was solved by:

а) выбора типа неорганических наночастиц с наилучшими сорбционными свойствами по отношению к химерному белку NS-ESAT (слитый белок, включающий последовательность NS белка вируса гриппа А и антигенного белка ESAT-6 Mycobacterium tuberculosis [Sereinig S., Stukova M. Zabolotnyh N. et al. Influenza Virus NS Vectors Expressing the Mycobacterium tuberculosis ESAT-6 Protein Induce CD4 Th1 Immune Response and Protect Animals against Tuberculosis Challenge. Clinic, and Vaccine Immunol. 2006, Vol.13, p.898-904, 1556-681 1/06/$08.000 doi:10.1128/CVI.00056-06]). Выбор антигена определялся тем, что он полностью охарактеризован по структуре и первичным антигенным свойствам. Белки NS1 вирусов гриппа A и B являются ключевыми факторами контроля сигнальных систем и носителями фактора патогенности у высокопатогенных вирусов гриппа типа A. В структуре гибридного белка NS1-ESAT6 последовательность вирусного компонента представлена 125 N-концевой аминокислотной последовательностью, включающей дсРНК-связывающий сайт. Этот сайт играет ключевую роль в подавлении индукции синтеза интерферонов I-го типа через блокаду активации дсРНК-зависимой протеинкиназы (Киселев О.И. Геном пандемического вируса гриппа H1N1v-2009. «Компания Димитрейд График Групп» 2011. С.168). Сайты связывания дсРНК представляют значительный интерес с точки зрения конструирования комбинированных вакцин и способности к взаимодействию с экспонированными фосфатными группами и соответствующими наночастицами;a) selecting the type of inorganic nanoparticles with the best sorption properties with respect to the chimeric protein NS-ESAT (a fusion protein comprising the sequence of the NS protein of influenza A virus and the antigenic protein ESAT-6 Mycobacterium tuberculosis [Sereinig S., Stukova M. Zabolotnyh N. et al Influenza Virus NS Vectors Expressing the Mycobacterium tuberculosis ESAT-6 Protein Induce CD4 Th1 Immune Response and Protect Animals against Tuberculosis Challenge. Clinic, and Vaccine Immunol. 2006, Vol.13, p.898-904, 1556-681 1/06 / $ 08.000 doi: 10.1128 / CVI.00056-06]). The choice of antigen was determined by the fact that it is fully characterized in structure and primary antigenic properties. NS1 proteins of influenza A and B viruses are key factors in the control of signaling systems and carriers of pathogenicity factor in highly pathogenic type A influenza viruses. In the structure of the NS1-ESAT6 fusion protein, the sequence of the viral component is represented by the 125 N-terminal amino acid sequence including the dsRNA-binding site. This site plays a key role in inhibiting the synthesis of type I interferons through the blockade of activation of dsRNA-dependent protein kinase (Kiselev OI Genome of the pandemic influenza virus H1N1v-2009. "Company Dimitrade Graph Group" 2011. P.168). The dsRNA binding sites are of considerable interest in terms of the design of combination vaccines and the ability to interact with exposed phosphate groups and corresponding nanoparticles;

б) оценки иммуногенных свойств наночастиц, «нагруженных» антигеном путем определения степени пролиферации лимфоцитов после иммунизации лабораторных животных белком NS-ESAT в сочетании с препаратом наночастиц гидроксиапатита. Иммуногенность наночастиц сравнивалась с иммуногенностью коммерческого адъюванта. Результаты оценки иммунологических свойств нанокомпозиции свидетельствуют том, что наибольший эффект, при прочих равных условиях, проявился при введении NS-ESAT в сочетании с наночастицами гидроксиапатита с адсорбированным на них синтетическим пептидом - лигандом CXCR 1 и 2 рецепторов.b) assessing the immunogenic properties of nanoparticles “loaded” with antigen by determining the degree of proliferation of lymphocytes after immunization of laboratory animals with NS-ESAT protein in combination with a hydroxyapatite nanoparticle preparation. The immunogenicity of nanoparticles was compared with the immunogenicity of a commercial adjuvant. The results of the evaluation of the immunological properties of the nanocomposite indicate that the greatest effect, ceteris paribus, was manifested when NS-ESAT was introduced in combination with hydroxyapatite nanoparticles with a synthetic peptide — the ligand of CXCR 1 and 2 receptors adsorbed on them.

Первый аспект изобретения связан с получением комплекса наночастиц гидроксиапатита и белка NS-ESAT. Было показано, что наночастицы гидроксиапатита обладали наибольшей адсорбционной активностью по отношению к белку NS-ESAT.The first aspect of the invention relates to the production of a complex of hydroxyapatite nanoparticles and NS-ESAT protein. It was shown that hydroxyapatite nanoparticles had the highest adsorption activity with respect to the NS-ESAT protein.

Второй аспект изобретения относится к исследованию иммуноадъювантных свойств наночастиц гидроксиапатита. Было показано, что двукратная иммунизация химерным белком NS-ESAT в сочетании с препаратом наночастиц гидроксиапатита приводит к стимуляции клеточного иммунного ответа в большей степени, чем иммунизация белком NS-ESAT без адъюванта или белком NS-ESAT в сочетании с коммерческим адъювантом на основе геля гидроксида алюминия и магния.A second aspect of the invention relates to the study of the immunoadjuvant properties of hydroxyapatite nanoparticles. Twice immunization with the chimeric NS-ESAT protein in combination with the hydroxyapatite nanoparticle preparation stimulates the cellular immune response to a greater extent than immunization with the NS-ESAT protein without adjuvant or the NS-ESAT protein in combination with a commercial aluminum hydroxide gel adjuvant and magnesium.

Третий аспект изобретения направлен на решение задачи усиления адъювантных свойств гидроксиаппатита путем адсорбции на наночастицах гидроксиаппатита коротких пептидов, относящихся к лигандам CXCR 1 и 2 рецепторов [Weathington N.M. van Houwelington А.Н., Noerager B.D. et al. A novel peptide CXCR ligand derived from extracellular matrix degradation during airway inflammation. Nature Med. 2006, Vol.12, p.317-323]. Лиганды на CXCR хемокиновые рецепторы для стимуляции иммунного ответа на индивидуальные антигены используются впервые.The third aspect of the invention is directed to solving the problem of enhancing the adjuvant properties of hydroxyappatite by adsorption of short peptides related to CXCR ligands 1 and 2 receptors on hydroxyappatite nanoparticles [Weathington N.M. van Houwelington A.N., Noerager B.D. et al. A novel peptide CXCR ligand derived from extracellular matrix degradation during airway inflammation. Nature Med. 2006, Vol. 12, p. 317-323]. Ligands for CXCR chemokine receptors for the first time stimulate the immune response to individual antigens.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1. Электронные микрофотографии наночастиц гидроксиапатита. Негативное контрастирование, 1,5% фосфорновольфрамовая кислота. Масштабный отрезок - 50 нм.Figure 1. Electron micrographs of hydroxyapatite nanoparticles. Negative contrast, 1.5% phosphoric tungsten acid. The scale segment is 50 nm.

Фиг.2. Доля сорбированного белка после инкубации четырех различных белков: альбумина человека, инсулина человека, лизоцима куриного яйца и химерного белка NS-ESAT (исходная концентрация каждого белка - 40 мкг/мл) с наночастицами трех типов: оксида титана, оксида алюминия и гидроксиапатита (5%-ная взвесь).Figure 2. The proportion of sorbed protein after incubation of four different proteins: human albumin, human insulin, chicken lysozyme and NS-ESAT chimeric protein (initial concentration of each protein is 40 μg / ml) with three types of nanoparticles: titanium oxide, aluminum oxide and hydroxyapatite (5% suspension).

Фиг.3. Индекс стимуляции спленоцитов мышей после двукратной иммунизации (внутрибрюшинно) белком NS-ESAT (10 мкг/доза) в сочетании с наночастицами гидроксиапатита или коммерческим адъювантом на основе гидроксида алюминия и магния.Figure 3. The splenocyte stimulation index of mice after double immunization (intraperitoneally) with NS-ESAT protein (10 μg / dose) in combination with hydroxyapatite nanoparticles or a commercial aluminum and magnesium hydroxide adjuvant.

Фиг.4. Индекс стимуляции спленоцитов мышей после двукратной иммунизации (внутрибрюшинно) белком NS-ESAT (10 мкг/доза) в сочетании с наночастицами гидроксиапатита, «нагруженными» CXCR лигандом, - пептидом Про-Про-Гли-Про-Гис.Figure 4. The stimulation index of mouse splenocytes after double immunization (intraperitoneally) with NS-ESAT protein (10 μg / dose) in combination with hydroxyapatite nanoparticles loaded with a CXCR ligand — Pro-Pro-Gli-Pro-Gis peptide.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Осуществление изобретения иллюстрируется следующими примерамиThe implementation of the invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Электронно-микроскопические исследования морфологии наночастиц гидроксиапатита.Example 1. Electron microscopic studies of the morphology of hydroxyapatite nanoparticles.

Наночастицы гидроксиапатита исследовали под электронным микроскопом JEM-100S (JEOL, Япония). Результаты представлены на Фиг.1. Было определено, что большинство наночастиц имеют диаметр 60-100 нм.Hydroxyapatite nanoparticles were examined under a JEM-100S electron microscope (JEOL, Japan). The results are presented in figure 1. It was determined that most nanoparticles have a diameter of 60-100 nm.

Пример 2. Получение комплекса наночастиц гидроксиапатита с химерным белком NS-ESAT.Example 2. Obtaining a complex of hydroxyapatite nanoparticles with the chimeric protein NS-ESAT.

Для исследования различных свойств комплексов наночастиц с химерным белком NS-ESAT использовались раствор указанного белка в фосфатно-солевом буфере и 5%-ная водная суспензия наночастиц гидроксиапатита (Sigma-Aldrich). Суспензия наночастиц диспергировалась с помощью обработки ультразвуком, а затем смешивалась с раствором химерного белка NS-ESAT в соотношении 1:1. Раствор белка предварительно фильтровался через бактериальный фильтр с диаметром пор 0,3 мкм. После этого проводилась инкубация при 37°C в течение 2 часов при перемешивании.To study the various properties of the complexes of nanoparticles with the NS-ESAT chimeric protein, we used a solution of this protein in phosphate-buffered saline and a 5% aqueous suspension of hydroxyapatite nanoparticles (Sigma-Aldrich). The nanoparticle suspension was dispersed by sonication and then mixed with a solution of the chimeric NS-ESAT protein in a 1: 1 ratio. The protein solution was pre-filtered through a bacterial filter with a pore diameter of 0.3 μm. After this, incubation was carried out at 37 ° C for 2 hours with stirring.

Пример 3. Исследование сорбционной способности различных наночастиц и стандартного адъюванта по отношению к химерному белку NS-ESAT и другим белкам.Example 3. The study of the sorption ability of various nanoparticles and a standard adjuvant in relation to the chimeric protein NS-ESAT and other proteins.

Для исследования сорбции использовались растворы четырех различных белков: химерного белка NS-ESAT, альбумина человека, инсулина человека, лизоцима куриного яйца в фосфатно-солевом буфере (исходная концентрация каждого белка - 40 мкг/мл) и 5%-ная водная суспензия наночастиц оксида титана, оксида алюминия и гидроксиапатита. Сорбционные свойства оценивались как отношение концентрации общего белка в пробе после инкубации с наночастицами к концентрации общего белка до инкубации. Инкубация проводилась при условиях, описанных в примере 2. После инкубации наночастицы осаждались центрифугированием при 13 500 об/мин на центрифуге Eppendorf, и в супернатанте определялось содержание белка. Общий белок определялся спектрометрически по Бредфорду. Результаты опыта показали, что наибольшей среди исследованных наночастиц разной химической природы сорбцией в отношении белка NS-ESAT обладают именно наночастицы гидроксиапатита (Фиг.2). Однако в отношении других белков, исследованных в опыте, сорбционная способность наночастиц гидроксиапатита не всегда была максимальной и, в целом, сильно зависела от конкретного белка (Фиг.2).Solutions of four different proteins were used to study sorption: a chimeric protein NS-ESAT, human albumin, human insulin, chicken lysozyme in phosphate-buffered saline (the initial concentration of each protein was 40 μg / ml) and a 5% aqueous suspension of titanium oxide nanoparticles , alumina and hydroxyapatite. Sorption properties were evaluated as the ratio of the concentration of total protein in the sample after incubation with nanoparticles to the concentration of total protein before incubation. Incubation was carried out under the conditions described in example 2. After incubation, the nanoparticles were precipitated by centrifugation at 13,500 rpm in an Eppendorf centrifuge, and the protein content was determined in the supernatant. Total protein was determined spectrometrically by Bradford. The results of the experiment showed that the largest among the investigated nanoparticles of different chemical nature sorption with respect to the NS-ESAT protein is precisely the hydroxyapatite nanoparticles (Figure 2). However, with respect to other proteins studied in the experiment, the sorption ability of hydroxyapatite nanoparticles was not always maximum and, in general, was highly dependent on a particular protein (Figure 2).

Пример 4. Исследование иммуноадъювантных свойств наночастиц гидроксиапатита.Example 4. The study of the immunoadjuvant properties of hydroxyapatite nanoparticles.

В ходе опыта по оценке адъювантного эффекта проводилась двукратная иммунизация беспородных лабораторных мышей (самок) раствором химерного белка NS-ESAT в фосфатно-солевом буфере. Для сравнения в одной из групп животных иммунизация проводилась химерным белком NS-ESAT в сочетании с коммерческим адъювантом на основе геля гидроксида алюминия и магния (Imject Alum, фирма Thermo Scientific). Вторая иммунизация осуществлялась через две недели после первой, доза - 10 мкг белка. По прошествии месяца после первой иммунизации были выделены лимфоциты селезенки мышей и простимулированы белком ESAT, после чего по скорости включения радиоактивной метки оценивалась степень пролиферации лимфоцитов (определяемая в виде индекса стимуляции) и, соответственно, эффективность иммунизации. Важно, что при этом определялась эффективность стимуляции клеточного звена иммунного ответа, недостаточная при использовании стандартных адъювантов на основе алюминия. Наибольший эффект, при указанных условиях, проявился при введении NS-ESAT в сочетании с наночастицами гидроксиапатита (Фиг.3), причем стимуляция иммунного ответа была больше, чем в группах, иммунизированных белком NS-ESAT без адъюванта или белком NS-ESAT в сочетании с коммерческим адъювантом. Это делает наночастицы гидроксиапатита перспективным адъювантом, стимулирующим клеточный иммунный ответ, в частности, в составе гриппозных вакцин.In an experiment to evaluate the adjuvant effect, double immunization of outbred laboratory mice (females) with a solution of the chimeric NS-ESAT protein in phosphate-buffered saline was carried out. For comparison, in one group of animals, immunization was carried out with the chimeric protein NS-ESAT in combination with a commercial adjuvant based on a gel of aluminum and magnesium hydroxide (Imject Alum, Thermo Scientific). The second immunization was carried out two weeks after the first, the dose of 10 μg of protein. One month after the first immunization, mouse spleen lymphocytes were isolated and stimulated with the ESAT protein, after which the degree of lymphocyte proliferation (defined as the stimulation index) and, accordingly, the immunization efficiency were assessed by the radioactive label activation rate. It is important that, in this case, the efficiency of stimulation of the cellular component of the immune response was determined, which is insufficient when using standard adjuvants based on aluminum. The greatest effect, under these conditions, manifested itself upon the introduction of NS-ESAT in combination with hydroxyapatite nanoparticles (Figure 3), and the stimulation of the immune response was greater than in groups immunized with the NS-ESAT protein without adjuvant or the NS-ESAT protein in combination with commercial adjuvant. This makes hydroxyapatite nanoparticles a promising adjuvant that stimulates the cellular immune response, in particular, in the composition of influenza vaccines.

Пример 5. Исследование адъювантных свойств пептидов - лигандов CXCR 1 и 2 рецепторов.Example 5. The study of the adjuvant properties of peptides - ligands CXCR 1 and 2 receptors.

Как уже указывалось, гидроксиаппатит относится к высокоэффективным сорбентам. Для стимуляции иммунного ответа в последние годы активно исследуются агонисты Toll - рецепторов [Tomai М.A., Miller R.L., Lipson К.Е., et al. Resiquimod and other immune response modifiers as vaccine adjuvants. Expert Rev. Vaccine. 2007, Vol.6(5), p.835-847]. Несмотря на высокую эффективность, этот подход имеет ряд принципиальных недостатков. Первый - среди этих адъювантов рассматриваются низкомолекулярные вещества (Ресиквимод), которые обладают быстрой диффузией в локусе введения. Второй недостаток - действие на рецепторы предусматривает активацию их сигнальных систем, что носит индивидуальный характер и не всегда эффективно (например, при иммунизации детей или пожилых людей).As already mentioned, hydroxyappatite is a highly effective sorbent. To stimulate the immune response in recent years, Toll receptor agonists have been actively studied [Tomai M.A., Miller R.L., Lipson K.E., et al. Resiquimod and other immune response modifiers as vaccine adjuvants. Expert Rev. Vaccine 2007, Vol.6 (5), p.835-847]. Despite its high efficiency, this approach has a number of fundamental disadvantages. First, among these adjuvants, low molecular weight substances (Resiquimod) are considered, which possess rapid diffusion at the locus of administration. The second drawback is that the effect on the receptors involves the activation of their signaling systems, which is individual in nature and not always effective (for example, when immunizing children or the elderly).

Другой подход представляется более продуктивным: стимуляция цитокиновых рецепторов широкого функционального профиля. К таким рецепторам относятся CXCR 1 и 2 рецепторы [Murdoch С. CXCR4: chemokine receptor extraordinaire. Immunol Rev. 2000, Vol.177, p.175-84].Another approach seems to be more productive: stimulation of cytokine receptors with a wide functional profile. Such receptors include CXCR 1 and 2 receptors [Murdoch C. CXCR4: chemokine receptor extraordinaire. Immunol Rev. 2000, Vol. 177, p. 175-84].

В связи с этим представляет интерес использование в составе наночастиц-адъювантов пептидных хемоаттрактантов, которые, с одной стороны, могли бы инициировать миграцию иммунокомпетентных клеток в локусы появления чужеродных антигенов, а с другой стороны, - стимулировать презентацию антигенов наиболее функциональным путем. К таким хемоаттрактантам относятся лиганды CXCR 1 и 2 рецепторов, в частности короткий пептид Про-Про-Гли-Про-Гис (PPGPH). Гомологичный этому пептиду домен выявлен в большинстве хемокинов и ИЛ-8 [Weathington N.M. van Houwelington А.Н., Noerager B.D. et al. A novel peptide CXCR ligand derived from extracellular matrix degradation during airway inflammation. Nature Med. 2006, Vol.12, p.317-323]. Для получения нового высокоэффективного адъюванта мы адсорбировали этот пептид на наночастицах гидроксиаппатита.In this regard, it is of interest to use peptide chemoattractants in the composition of adjuvant nanoparticles, which, on the one hand, could initiate the migration of immunocompetent cells to loci of the appearance of foreign antigens, and, on the other hand, stimulate the presentation of antigens in the most functional way. Such chemoattractants include ligands of the CXCR 1 and 2 receptors, in particular the short peptide Pro-Pro-Gli-Pro-Gis (PPGPH). A domain homologous to this peptide was found in most chemokines and IL-8 [Weathington N.M. van Houwelington A.N., Noerager B.D. et al. A novel peptide CXCR ligand derived from extracellular matrix degradation during airway inflammation. Nature Med. 2006, Vol. 12, p. 317-323]. To obtain a new highly effective adjuvant, we adsorbed this peptide on hydroxyappatite nanoparticles.

Синтетический пептид Про-Про-Гли-Про-Гис (PPGPH) адсорбировали на наночастицах гидроксиаппатита в 0,1 М фосфатном буфере, pH 6,8. Наночастицы после адсорбции пептида отмывали при 10000 xg и смешивали с антигеном (см. примеры 1 и 2, фиг.2). Результаты тестирования иммуногенности представлены на Фиг.4. Как видно из представленных данных, иммуногенность антигена NS-ESAT в случае использования комплекса наночастиц гидроксиаппатита с пептидом значительно возрастает, что является неожиданным эффектом и свидетельствует о высоком уровне стимуляции и возможности использования такого подхода для конструирования нановакцин.The synthetic peptide Pro-Pro-Gli-Pro-Gis (PPGPH) was adsorbed on hydroxyappatite nanoparticles in 0.1 M phosphate buffer, pH 6.8. After adsorption of the peptide, the nanoparticles were washed at 10,000 xg and mixed with the antigen (see examples 1 and 2, figure 2). The results of immunogenicity testing are presented in FIG. 4. As can be seen from the data presented, the immunogenicity of the NS-ESAT antigen in the case of the use of a complex of hydroxyappatite nanoparticles with a peptide increases significantly, which is an unexpected effect and indicates a high level of stimulation and the possibility of using this approach to design nanovaccines.

Claims (3)

1. Иммуноадъювант, представляющий собой наночастицы гидроксиапатита с адсорбированным синтетическим пептидом - лигандом CXCR 1 и 2 рецепторов.1. Immunoadjuvant, which is a hydroxyapatite nanoparticle with an adsorbed synthetic peptide - a ligand of CXCR 1 and 2 receptors. 2. Иммуноадъювант по п.1, где пептид представляет собой Про-Про-Гли-Про-Гис (PPGPH).2. The immunoadjuvant according to claim 1, wherein the peptide is Pro-Pro-Gly-Pro-His (PPGPH). 3. Применение иммуноадъюванта по п.1 для создания вакцин. 3. The use of the immunoadjuvant according to claim 1 for creating vaccines.
RU2013145222/10A 2013-10-09 2013-10-09 Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains RU2529959C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013145222/10A RU2529959C1 (en) 2013-10-09 2013-10-09 Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013145222/10A RU2529959C1 (en) 2013-10-09 2013-10-09 Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2529959C1 true RU2529959C1 (en) 2014-10-10

Family

ID=53381497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013145222/10A RU2529959C1 (en) 2013-10-09 2013-10-09 Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2529959C1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2078770C1 (en) * 1989-03-23 1997-05-10 Стихтинг Сентрал Диргенэскюндиг Инститют Peptide derivatives and composition causing immune response to lhrh

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2078770C1 (en) * 1989-03-23 1997-05-10 Стихтинг Сентрал Диргенэскюндиг Инститют Peptide derivatives and composition causing immune response to lhrh

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Investigation of tunable acetalated dextran microparticle platform to optimize M2e-based influenza vaccine efficacy
Onishi et al. Hydroxypropyl-β-cyclodextrin spikes local inflammation that induces Th2 cell and T follicular helper cell responses to the coadministered antigen
Roozbehani et al. Characterization of a multi-epitope peptide with selective MHC-binding capabilities encapsulated in PLGA nanoparticles as a novel vaccine candidate against Toxoplasma gondii infection
CN107252481A (en) Tolerogenesis for allergy therapy synthesizes nano-carrier
Benito-Villalvilla et al. Novel vaccines targeting dendritic cells by coupling allergoids to mannan
Bates et al. Mucosal adjuvant activity of flagellin in aged mice
TWI741241B (en) Peptide immunogens of il-31 and formulations thereof for the treatment and/or prevention of atopic dermatitis
JP6941566B2 (en) Vaccine containing immobilized virus particles
Pine et al. Development of an mRNA-lipid nanoparticle vaccine against Lyme disease
Bi et al. The combinations chitosan-Pam3CSK4 and chitosan-monophosphoryl lipid A: promising immune-enhancing adjuvants for anticaries vaccine PAc
Cheng et al. gp85 protein vaccine adjuvanted with silica nanoparticles against ALV-J in chickens
EP1267921B1 (en) Composition and method for the prevention and/or the treatment of der pii allergy
JP2010535504A5 (en)
Karpenko et al. Results of phase I clinical trials of a combined vaccine against HIV-1 based on synthetic polyepitope immunogens
RU2529959C1 (en) Immunological adjuvant based on nanoparticles for vaccines against highly pathogenic influenza viruses strains
Gong et al. Chloroform-methanol residue of Coxiella burnetii markedly potentiated the specific immunoprotection elicited by a recombinant protein fragment rOmpB-4 derived from outer membrane protein B of Rickettsia rickettsii in C3H/HeN mice
WO2023280303A1 (en) Use of avc-29 as vaccine adjuvant and vaccine composition containing adjuvant
Seighali et al. Human T-cell lymphotropic virus type 1 (HTLV-1) proposed vaccines: a systematic review of preclinical and clinical studies
JP2022017865A (en) Cytotoxic t cell epitope peptide of sars-cov-2 and utilization thereof
JP6030650B2 (en) Methods and compositions for inhibiting polyomavirus-related pathologies
Adıgüzel Molecular mimicry with Nsp11 protein of SARS-CoV-2 in individuals with HLA-B* 15: 01 allele
RU2676266C2 (en) Adjuvant for anti-viral vaccines
LU102995B1 (en) Immunization against coronavirus
Deigin et al. Peptide ILE-GLU-TRP (Stemokin) Potential Adjuvant Stimulating a Balanced Immune Response
RU2665817C1 (en) Recombinant tuberculous vaccine and adjuvant for it

Legal Events

Date Code Title Description
QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20150925

Effective date: 20151230

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20150925

Effective date: 20161006

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20150925

Effective date: 20170817

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20150925

Effective date: 20180604

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20150925

Effective date: 20190514