Om PACE te stabiliseren werd tijdens het enzymatische copolymerisatieproces een geoptimaliseerde verhouding van polyethyleenglycol (PEG) moleculen in de polymeerstructuur geïntegreerd, waardoor de polyplexen werden gestabiliseerd en de belangrijkste kenmerken werden gewijzigd. PEG kon de grootte, oppervlaktelading en andere eigenschappen van de polyplexen beïnvloeden, waardoor ze geschikter werden voor belasting en effectiever werden bij het afleveren van mRNA aan longcellen.

De gestabiliseerde formulering presteerde slecht in een in vitro celkweekexperiment. De onderzoekers merken op dat traditionele celcultuurmethoden geen goede voorspellers zijn van toedieningssystemen, zowel positief als negatief. De omgeving in het lichaam, vooral de longen, werkt heel anders samen dan een verzameling cellen. De mucosale oppervlakken ontbreken bijvoorbeeld, en die oppervlakken zijn precies waar het PACE-PEG-systeem ontworpen is om van te profiteren. De echte test zou in vivo plaatsvinden met een muismodel.

De onderzoekers hebben mRNA dat codeert voor het spike-eiwit van SARS-CoV-2 ingekapseld in PACE en muizen geïnoculeerd die vatbaar zijn voor SARS-CoV-2-infectie. Muizen ontvingen een dosis van 10 μg PACE-mRNA intranasaal toegediend op dag 0 en 28. De ontwikkeling van adaptieve immuniteit in de mediastinale lymfeklieren werd 14 dagen na de boost getest en bevestigd.

Na beoordeling van de lokale immuunrespons onderzochten de onderzoekers longweefsel, bloedserum en bronchoalveolaire lavagevloeistof op lokale en systemische antigeenspecifieke T-cel- en antilichaamreacties. Transfectie vond voornamelijk plaats in longepitheelcellen en antigeenpresenterende cellen, twee celtypen die relevante doelwitten zijn voor longziekten

De vaccinatie verhoogde met succes het spike-eiwitspecifieke CD8 ⁺ T-cellen in het longweefsel en circulerende CD8 ⁺ T-cellen in de bloedbaan. CD8 ⁺ T-cellen brachten markers tot expressie die indicatief zijn voor weefselresident geheugen. Zowel circulerende als mucosale IgG-antilichamen werden in significant hogere concentraties aangetroffen bij gevaccineerde muizen.

Vervolgens kregen de muizen een dodelijke dosis SARS-CoV-2. PACE-mRNA-vaccinatie verminderde de virale last in de longen aanzienlijk en verbeterde het gewicht en de overleving van de gevaccineerde muizen. Deze bescherming werd toegeschreven aan de spike-eiwitspecifieke immuunrespons die door de vaccinatie werd geïnduceerd.

De controlegroep vertoonde geen bewijs van een spike-eiwitspecifieke immuunrespons en vertoonde geen verminderde virale last of verbeterde overleving na de virale uitdaging.

De studie presenteert PACE-mRNA-polyplexen als een veelbelovende methode voor efficiënte en doelgerichte afgifte van mRNA aan de longen met potentiële voordelen voor zowel therapeutische eiwitexpressie als mucosale vaccinatie tegen respiratoire pathogenen.

De studie illustreert ook het belang van diermodellen, in tegenstelling tot celcultuur alleen, bij het bepalen van effecten in de echte wereld. De positieve resultaten geven aan dat meer onderzoek gerechtvaardigd is, en dat verdere tests op grotere diermodellen gepland zijn.

Meer informatie: Alexandra Suberi et al, Polymeernanodeeltjes leveren mRNA aan de longen voor slijmvliesvaccinatie, Science Translational Medicine (2023). DOI:10.1126/scitranslmed.abq0603

Journaalinformatie: Wetenschappelijk translationele geneeskunde

© 2023 Science X Netwerk