Une nouvelle classe de biomatériaux développée par les chercheurs de Cornell pour un nanovaccin contre les maladies infectieuses a efficacement renforcé l'immunité chez les souris atteintes de troubles métaboliques liés aux bactéries intestinales - une population qui montre une résistance aux vaccins traditionnels contre la grippe et la polio.

L'étude est la première à explorer l'interrelation entre les nanomatériaux, les réponses immunitaires et le microbiome, un domaine de recherche de plus en plus important. Le microbiome – la collection de micro-organismes vivant dans le corps – est censé jouer un rôle essentiel dans la santé humaine.

"Cet article met en évidence comment le microbiome peut avoir un impact sur nos vaccins modifiés et comment nous pouvons surmonter ces problèmes en développant des matériaux avancés, " a déclaré Ankur Singh, professeur assistant à la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) et à la Meinig School of Biomedical Engineering (BME).

Singh est l'auteur principal de "Les nanogels immunomodulateurs surmontent l'immunité restreinte dans un modèle murin du syndrome métabolique médié par le microbiome intestinal, " qui a publié le 27 mars dans Avancées scientifiques . Le premier auteur de l'article est Matthew Mosquera, un doctorant en ingénierie.

« Ce travail ouvre une nouvelle, domaine d'investigation très passionnant sur l'impact des facteurs biologiques et des maladies sous-jacentes sur les performances des nanovaccins établis, " dit Singh, qui est également membre du Englander Institute for Precision Medicine de Weill Cornell Medicine et du nouveau Cornell Center for Immunology. "Plus important, cela montre comment vous pouvez utiliser ces matériaux d'ingénierie et les rendre plus utilisables dans une population plus large pour surmonter l'immunité aux vaccins. »

Plus d'un tiers des Américains et un quart de la population mondiale souffriraient du syndrome métabolique, un parapluie pour plusieurs troubles dont l'obésité, l'inflammation et la résistance à l'insuline.

Le microbiome intestinal fait partie des facteurs pouvant causer le syndrome métabolique, et les chercheurs s'intéressent au syndrome métabolique induit par le microbiome en raison de preuves liant à la fois le microbiome et les troubles métaboliques au système immunitaire.

« Comprendre comment le microbiome affecte les futurs vaccins modifiés est de la plus haute importance du point de vue de la santé publique, " a déclaré Ilana Brito, professeur adjoint de génie biomédical et co-auteur de l'article. "Cette recherche ouvrira de nouvelles voies pour explorer comment des composants spécifiques du microbiome modifient les réponses immunitaires. Lors de la conception de nouveaux vaccins, il sera important de concevoir des matériaux efficaces dans une diversité de compositions de microbiome."

Des recherches antérieures ont montré que les vaccins humains traditionnels contre la grippe et la polio échouent chez les souris présentant des troubles métaboliques causés par des perturbations de leurs biomes intestinaux. "Cela nous a motivé à nous pencher sur ce qui se passe avec les nanovaccins, qui peuvent être meilleurs que les vaccins solubles, mieux comprendre le rôle de l'obésité et de l'inflammation sous-jacentes qui se développent dans les altérations intestinales, " a déclaré Singh.

Nanovaccins, qui sont généralement composés de nanomatériaux, peuvent être absorbés par les cellules du système immunitaire et se sont avérés induire une immunité plus forte que les vaccins solubles traditionnels dans les modèles précliniques.

Mais les chercheurs ont découvert que le type de nanovaccin le plus largement utilisé, en poly(acide lactique-co-glycolique) (PLGA), n'est pas très efficace chez les souris atteintes du syndrome métabolique d'origine intestinale. Lorsque les chercheurs ont testé les nanovaccins PLGA sur les souris, il a eu moins de succès qu'ils ne l'avaient prévu, même avec l'ajout d'un booster immunitaire largement utilisé.

"Nous avons demandé, existe-t-il des moyens de surmonter cette réponse restreinte en concevant de nouveaux vaccins à base de nanomatériaux ?", A déclaré Singh. poly(méthacrylate de 2-hydroxyéthyle) à fonction pyridine, dont nous avons récemment découvert le potentiel."

Le nouveau matériau a formé un nanogel stable avec des antigènes protéiques, qui s'est avéré efficace dans des conditions de syndrome métabolique d'origine intestinale. En collaboration avec Cynthia Leifer, professeur agrégé d'immunologie au Collège de médecine vétérinaire, le groupe a découvert que ce nouveau matériau stimule un récepteur qui reconnaît les signes de danger pathogène sur les microbes.

"Cette étude est importante car elle montre que ces nanogels peuvent fournir à la fois un antigène et un adjuvant sans avoir besoin d'un booster immunitaire supplémentaire, ce qui contribue probablement à leur activation immunitaire plus forte et à leur capacité à surmonter les limitations imposées par les maladies ou les microbiomes altérés, " a déclaré Leifer. " Les thérapies immunomodulatrices sont un sujet brûlant, et les approches d'immunomodulation basées sur les matériaux en sont à leurs balbutiements. Il y a tellement de choses à faire avec eux."

S'il a été établi que le microbiome a un impact sur le système immunitaire, ces résultats suggèrent que les nanovaccins peuvent influencer le microbiome en retour.

"Les nanomatériaux peuvent moduler la composition du microbiome intestinal - je pense que c'est d'une importance capitale pour l'ensemble du domaine et pourrait avoir des implications dans la conception des matériaux, " Il a dit. " Que ce soit un effet causal ou la raison derrière cela n'est pas très bien compris - il y a plusieurs hypothèses qui restent à tester, ce sera donc un travail futur pour nous."