Una nueva clase de biomaterial desarrollado por investigadores de Cornell para una enfermedad infecciosa, la nanovacuna aumentó eficazmente la inmunidad en ratones con trastornos metabólicos relacionados con las bacterias intestinales, una población que muestra resistencia a las vacunas tradicionales contra la gripe y la poliomielitis.

El estudio es el primero en explorar la interrelación entre nanomateriales, respuestas inmunes y el microbioma, un área de investigación cada vez más importante. Se cree que el microbioma, la colección de microorganismos que viven en el cuerpo, desempeña un papel fundamental en la salud humana.

"Este documento destaca cómo el microbioma puede afectar nuestras vacunas diseñadas y cómo podemos superar estos problemas mediante el desarrollo de materiales avanzados, "dijo Ankur Singh, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial (MAE) de Sibley y en la Escuela de Ingeniería Biomédica de Meinig (BME).

Singh es autor principal de "Los nanogeles inmunomoduladores superan la inmunidad restringida en un modelo murino de síndrome metabólico mediado por el microbioma intestinal", "que se publicó el 27 de marzo en Avances de la ciencia . El primer autor del artículo es Matthew Mosquera, estudiante de doctorado en ingeniería.

"Este trabajo abre una nueva, un área de investigación muy interesante sobre cómo los factores biológicos y las enfermedades subyacentes afectan el rendimiento de las nanovacunas establecidas, "dijo Singh, quien también es miembro del Instituto Englander de Medicina de Precisión en Weill Cornell Medicine y del recién formado Centro de Inmunología de Cornell. "Más importante, muestra cómo se pueden utilizar estos materiales de ingeniería y hacerlos más viables en una población más amplia para superar la inmunidad a las vacunas ".

Se cree que más de un tercio de los estadounidenses y una cuarta parte de las personas en todo el mundo padecen síndrome metabólico, un paraguas para varios trastornos, incluida la obesidad, inflamación y resistencia a la insulina.

El microbioma intestinal se encuentra entre los factores que pueden causar síndrome metabólico, y los investigadores están interesados ​​en el síndrome metabólico inducido por microbioma debido a la evidencia que vincula tanto al microbioma como a los trastornos metabólicos con el sistema inmunológico.

"Comprender cómo afecta el microbioma a las futuras vacunas de ingeniería es de suma importancia desde una perspectiva de salud pública, "dijo Ilana Brito, profesor asistente de ingeniería biomédica y coautor del artículo. "Esta investigación abrirá nuevas vías para explorar cómo los componentes específicos del microbioma alteran las respuestas inmunes. Cuando se diseñan nuevas vacunas, será importante diseñar materiales que sean efectivos en una diversidad de composiciones de microbiomas ".

Investigaciones anteriores mostraron que las vacunas tradicionales contra la gripe y la poliomielitis humana fallan en ratones que tienen trastornos metabólicos causados ​​por alteraciones en sus biomas intestinales. "Eso nos motivó a investigar qué sucede con las nanovacunas, que puede ser mejor que las vacunas solubles, para comprender mejor el papel de la obesidad subyacente y la inflamación que se desarrolla en las alteraciones intestinales, "Dijo Singh.

Nanovacunas, que generalmente se componen de nanomateriales, puede ser absorbido por las células del sistema inmunológico y se ha descubierto que induce una inmunidad más fuerte que las vacunas solubles tradicionales en modelos preclínicos.

Pero los investigadores encontraron que el tipo de nanovacuna más utilizado, hecho de poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), no es muy eficaz en ratones con síndrome metabólico iniciado por el intestino. Cuando los investigadores probaron nanovacunas de PLGA en ratones, fue menos exitoso de lo que esperaban, incluso con la adición de un refuerzo inmunológico ampliamente utilizado.

"Preguntamos, ¿Hay formas de superar esta respuesta restringida mediante la ingeniería de nuevas vacunas de nanomateriales? ", dijo Singh." Luego, examinamos más a fondo una nueva clase de material que modula el sistema inmunológico, poli (metacrilato de 2-hidroxietilo) funcionalizado con piridina, cuyo potencial hemos descubierto recientemente ".

El nuevo material formó un nanogel estable con antígenos proteicos, que resultó ser eficaz en condiciones de síndrome metabólico iniciado por el intestino. Trabajando con Cynthia Leifer, profesor asociado de inmunología en la Facultad de Medicina Veterinaria, el grupo descubrió que este nuevo material estimula un receptor que reconoce los signos de peligro patógenos en los microbios.

"Este estudio es importante porque muestra que estos nanogeles pueden suministrar tanto antígeno como adyuvante sin la necesidad de un refuerzo inmunológico adicional". lo que probablemente contribuya a su activación inmunológica más fuerte y a su capacidad para superar las limitaciones impuestas por enfermedades o microbiomas alterados, "Dijo Leifer." Las terapias inmunomoduladoras son un tema candente, y los enfoques de inmunomodulación basados ​​en materiales están en su infancia. Hay mucho que se puede hacer con ellos ".

Si bien se ha establecido que el microbioma afecta el sistema inmunológico, Estos hallazgos sugieren que, a cambio, las nanovacunas pueden influir en el microbioma.

"Los nanomateriales pueden modular la composición del microbioma intestinal; creo que eso es de gran importancia para todo el campo y podría tener implicaciones en el diseño de materiales". ", dijo." Si se trata de un efecto causal o la razón detrás de esto no se comprende muy bien, hay varias hipótesis que quedan por probar, por lo que este será un trabajo futuro para nosotros ".