Vaccinarea gripală cutanată eficientă și fără leziuni

Editat de Philippa Marrack, Institutul Medical Howard Hughes, National Jewish Health, Denver, CO și aprobat pe 10 martie 2015 (primit pentru examinare 8 ianuarie 2015)

Semnificaţie

Pielea este mai puternică decât mușchii pentru vaccinare, dar nu este încă un loc obișnuit pentru imunizare, în parte datorită ratelor relativ ridicate de durere și iritație a pielii și dificultății de administrare. Rezolvăm această dilemă prin administrarea de vaccinuri în mulți micropori din piele, ceea ce constrânge inflamația indusă de vaccin, ducând la vindecare rapidă și fără leziuni. Mai mult, combinația de administrare a vaccinului microfracțional cu laser fracțional nonablativ (NAFL), nu numai că a îmbunătățit semnificativ eficiența vaccinului, dar și a extins protecția încrucișată împotriva infecțiilor virale gripale omoloage și heterologe. Imunitatea de protecție încrucișată este esențială pentru vaccinurile antigripale, deoarece nepotrivirile apar frecvent între tulpinile virale ale vaccinului și virusurile circulante. Din câte știm, aceasta reprezintă prima strategie pentru vaccinarea cutanată eficientă fără leziuni.

Abstract

Dovezi substanțiale au arătat că pielea este un site mai puternic pentru vaccinare decât mușchiul, deoarece primul conține un număr mare de celule care prezintă antigen (APC) și o rețea abundentă de vase limfatice. Mai mult, pielea oferă potențial de imunizare nedureroasă, fără ac și autoaplicabilă, care ar beneficia în special de vaccinarea anuală împotriva gripei pentru populații mari (1, 2). Cu toate acestea, imunizarea pielii nu a fost adoptată pe scară largă până în prezent, din cauza lipsei de adjuvanți siguri și a dificultăților tehnice în injectarea vaccinurilor în ultramină (⇓ –7). Tratamentul locului de inoculare cu laser fracțional nonablativ (NAFL) generează o serie de zone microtermale (MTZ) sub stratul cornos (8). Celulele muribunde din MTZ eliberează semnale de „pericol” care provoacă inflamații sterile, care sunt totuși constrânse în cadrul MTZ-urilor individuale. Această serie de zone inflamatorii microsterile este rezolvată rapid, evitând efectiv leziunile cutanate, cu condiția ca zonele afectate și neafectate ale pielii să fie echilibrate în mod adecvat (8). Important, în ciuda rezoluției rapide, zonele de microinflamare se dovedesc suficiente în creșterea răspunsurilor imune adaptive împotriva vaccinului (5). În plus, acest adjuvant independent nu afectează volumul de administrare sau formulare a vaccinului, care reprezintă obstacole serioase pentru imunizarea pielii, deoarece numai un volum limitat și vaccinurile non-vâscoase sunt potrivite pentru injectarea pielii (9). În acest sens, adjuvanții pe bază de emulsii precum Alum și MF59 sunt excluși de la utilizarea ca adjuvant cutanat datorită reacțiilor cutanate puternice și persistente induse de adjuvanți (3, 4, 10).

Pentru a reduce sau elimina complet leziunile cutanate, am extins conceptul microfracțional de la adjuvant până la administrarea vaccinului în studiul actual. Am fabricat o gamă de micronee biodegradabile cu distanțe suficiente între micronee individuale pentru a constrânge inflamația indusă de vaccin. Prevenirea răspândirii inflamației provocate de vaccin în microporii din apropiere a justificat rezolvarea rapidă a inflamației, precum și o leziune minimă a pielii. Mai mult, atunci când MN-urile ambalate cu vaccin antigripal au fost aplicate într-un site tratat cu NAFL, vaccinul a indus o imunitate mult mai largă împotriva tulpinilor homo și heteroloage de virusuri gripale decât matricea singură la șoareci. De asemenea, combinația a dat naștere unei imunități protectoare puternice, dar cu leziuni cutanate reduse la porcine, un model animal cu pielea asemănătoare cu cea a oamenilor.

Rezultate

Optimizarea densității microneedle.

Îmbunătățirea vaccinurilor antigripale prin utilizarea MN la locul tratat cu NAFL.

NAFL mărește imunitatea de protecție provocată de vaccinul gripal-MN. Șoarecii elvețieni Webster au fost imunizați cu vaccin antigripal (tulpină PR8, 0,4 µg HA) prin ID sau MN în prezența sau absența NAFL. Imunizarea IM a fost efectuată pentru comparație. La patru săptămâni după imunizare, titrurile serice HAI (A), IgG2a (B) sau IgG1 (C) au fost măsurate prin ELISA. Rapoartele IgG2a/IgG1 sunt prezentate în D. n = 10. Răspunsurile imune celulare au fost măsurate la o săptămână după imunizare. Celulele mononucleare din sângele periferic au fost stimulate de virusul gripal inactivat și procentele de IFNγ care secretă CD4 + (E) sau CD8 + (F) au fost măsurate prin citometrie în flux. n = 10. Șoarecii au fost provocați cu virusul gripal (tulpina PR8, 5.000 × LD50) 5 săptămâni după imunizare. Modificările greutății corporale și ratele de supraviețuire au fost prezentate în G și, respectiv, H. n = 10. * Celulele P + T care secretă IFN-γ au fost semnificativ mai mari în grupul MNs + NAFL (celulele P + T care secretă IFN-γ au fost crescute viguros în ambele grupuri ID și MNs după NAFL.

NAFL extinde semnificativ imunitatea indusă de MN-urile ambalate cu vaccinul antigripal.

Tulpinile virale gripale utilizate la prepararea vaccinurilor antigripale sezoniere adesea nu corespund ușor virusurilor circulante din cauza mutațiilor genice constante ale virusului, reducând eficacitatea vaccinurilor. Pentru a testa dacă NAFL plus MNs ar putea provoca o imunitate extinsă împotriva tulpinilor virale omoloage și heterologe, am provocat mai întâi șoarecii cu 5 × 10 3 LD50 PR8 H1N1 virus gripal 5 săptămâni după imunizarea cu vaccinul PR8 viral. Această provocare virală cu doză mare a ucis toți șoarecii neimunizați în decurs de 6 zile cu o pierdere în greutate corporală> 25% (Fig. 3 G și H). Imunizarea IM nu a protejat niciunul dintre animale. Imunizarea prin ID sau MN a furnizat doar protecție limitată cu o rată de supraviețuire similară 80%) virusurilor H1N1 (Fig. 4 A și C) sau o protecție modestă împotriva unui virus H3N2 îndepărtat genetic (50%) (Fig. 4E) în prezența NAFL, deși șoarecii au prezentat pierderi de greutate corporală moderate până la severe (Fig. 4 B, D și F). În contrast marcat, puțină sau deloc protecție a fost observată la șoarecii care au primit același vaccin antigripal în absența NAFL, măsurată atât prin ratele de supraviețuire, cât și prin pierderea greutății corporale (Fig. 4). În mod convingător, încorporarea NAFL în vaccinarea antigripală ar putea spori mult eficacitatea vaccinurilor chiar și cu tulpini virale nepotrivite care circulă în sezonul gripal.

NAFL extinde imunitatea de protecție încrucișată împotriva virusului gripal. Șoarecii elvețieni Webster au fost imunizați cu vaccin antigripal (tulpină PR8, 0,4 µg de HA) numai de MN sau în prezența NAFL. La două săptămâni după imunizare, șoarecii au fost provocați cu tulpini heteroloage indicate de viruși gripali la o doză de 10 × LD50 per șoarece. Ratele de supraviețuire (A, C și E) și modificările greutății corporale (B, D și F) au fost monitorizate timp de 14 zile. n = 6. Toate experimentele au fost repetate de două ori cu rezultate similare.

Validarea vaccinării eficiente și fără leziuni la porcine.

Validarea vaccinării eficiente, fără leziuni la porcine. (A) Porcii Yorkshire au fost imunizați cu vaccinul antigripal (PR8) prin ID, MN singuri sau MN după tratament NAFL. Vaccinul gripal sezonier (formulare 2013-2014) a fost administrat ID ca control al reacției cutanate. Fotografiile au fost făcute la momentele indicate după imunizare. Fiecare fotografie reprezintă patru rezultate similare. Dreptunghiul punctat indică site-ul aplicației MNs. (Bara de scară, 5 mm.) (B) Titrurile HAI au fost măsurate 2 săptămâni după imunizare. * MN de bază P 5 × au oferit cea mai bună capacitate de penetrare în pielea umană (29, 30). Acest lucru, împreună cu constatarea noastră că un MN de 5 × bază oferă o livrare fără leziuni, susține cu tărie că 5 × MN de bază ar fi ideale pentru administrarea vaccinului, dar astfel de MN mai puțin dense ar limita în continuare capacitatea de încărcare a MN biodegradabile. Această dilemă poate fi abordată în mod eficient prin utilizarea NAFL așa cum se arată în studiul nostru. Tratamentul prealabil al locului de inoculare cu NAFL a sporit eficacitatea vaccinului antigripal administrat de MN cu cel puțin patru ori (Fig. 3A) și, astfel, a redus dimensiunea plasturelui cu ~ 75%.

Studiul actual demonstrează vaccinarea cutanată eficientă și fără leziuni prin combinarea MNs și NAFL pentru a livra în mod fracționat vaccinuri/adjuvant în zeci de micropori din piele. Administrarea microfractională reduce în mod energic leziunile și inflamațiile pielii, dar crește răspunsurile imune provocate de vaccin cu un răspuns imun predominant Th1, mai larg. Strategia eficientă și sigură justifică imediat studiile clinice. În viitor, NAFL și aplicarea MN-urilor pot fi transformate într-un singur dispozitiv portabil mic și utilizate în mod repetat pentru vaccinarea antigripală într-un mod rentabil.

Materiale si metode

Un laser fracțional nonablativ aprobat de FDA, PaloVia, a fost utilizat la șoareci (PaloVia, Palomar Medical Technologies). Porcii au fost tratați cu laser Fraxel SR-1500 (Solta Medical). Matricele de microneedle au fost preparate așa cum este descris (14, 16). Datele sunt prezentate ca medie ± SEM; Valoarea P a fost calculată de software-ul PRISM (GraphPad) și o diferență a fost considerată semnificativă dacă valoarea P a fost mai mică de 0,05. Detalii complete despre metode sunt descrise în Materiale și metode SI.

Mulțumiri

Mulțumim Photopathology Core pentru ajutorul lor în analiza histologiei și citometriei de flux în timpul acestui proiect și lui Jeffrey H. Wu pentru editare. Această lucrare este susținută parțial de National Institutes of Health Grants AI089779, AI070785, AI097696 și DA028378 (către M.X.W.).

Note de subsol

↵ 1 J.W. și B.L. a contribuit în mod egal la această lucrare.

Contribuțiile autorului: M.X.W. cercetare proiectată; J.W. și B.L. cercetări efectuate; J.W., B.L. și M.X.W. date analizate; și J.W. și M.X.W. a scris ziarul.

Autorii nu declară niciun conflict de interese.