化工学院在新型疫苗递送系统构建及疫苗制剂研究方面取得进展

疫苗是预防传染性疾病爆发的最重要手段，关系到人民群众健康和公共卫生安全。近期，化工学院孙冰冰课题组在疫苗递送系统构建及疫苗制剂方面取得科研进展。

图1. VLP模板化二氧化硅佐剂疫苗（VLP@Silica）的合成过程和其诱导的增强型免疫应答示意图

病毒样颗粒（VLP）是一种优良的疫苗抗原形式，已被应用于乙肝（HBV）和人乳头瘤病毒（HPV）等人用疫苗制剂中。然而，VLP自身免疫原性弱，在疫苗制剂中需要加入佐剂以达到节约抗原剂量并获得更高免疫原性的效果。因此，构建一种兼具体液与细胞免疫的高效抗原递送（佐剂）系统对VLP疫苗产生充分的免疫保护尤为重要。课题组以VLP作为生物模板，构建了基于二氧化硅的疫苗递送系统（VLP@Silica），VLP通过与二氧化硅自组装的方式形成树莓状结构，并能保持完整的二级结构和免疫原性。在骨髓来源的树突状细胞中，VLP@Silica可诱导Th1和Th2型细胞因子分泌，并通过二氧化硅溶解引发的溶酶体肿胀促进VLP逃逸和胞质内递送。当使用乙肝表面抗原病毒样颗粒（HBsAg VLP）或人乳头瘤病毒18型病毒样颗粒（HPV 18 VLP）作为生物模板时，自组装形成的VLP@Silica疫苗能诱导协调的抗原特异性抗体和T细胞介导的细胞免疫应答。进一步机制研究表明，VLP@Silica可促进树突状细胞成熟和抗原向引流淋巴结的迁移（图1）。综上所述，VLP@Silica纳米疫苗制备工艺简单、绿色，激活抗体和细胞免疫能力优越。该递送体系可以使用更多种类的VLP与二氧化硅发生自组装，构建普适性的纳米佐剂疫苗，为基于VLP的疫苗设计提供了新的思路。该研究成果发表在“ACSNano”上，文章题目为“Virus-Like Particle-Templated Silica-AdjuvantedNanovaccineswith Enhanced Humoral and Cellular Immunity”,第一作者是化工学院博士研究生李敏，通讯作者为孙冰冰教授。

图2.佐剂表面羟基对抗原吸附及稳定性的影响示意图及佐剂与抗原的吸附曲线

在疫苗配方过程中，疫苗中佐剂、佐剂-抗原相互作用机制、抗原递送系统，对免疫效应的启动至关重要。然而，由于不同佐剂和抗原物化特性不同，佐剂的物理化学性质如何影响它们与抗原的相互作用机制尚不明确。因此，探究影响抗原吸附的工程纳米铝佐剂的关键物理化学性质及佐剂和抗原在纳米生物界面上的相互作用机制，有利于开发新型疫苗佐剂，进一步优化疫苗配方。课题组设计并合成了物化特性可控的羟基氧化铝纳米佐剂（AlOOH NRs），并成功验证了佐剂的关键物性参数对抗原吸附及吸附后抗原稳定性的影响。研究选择乙型肝炎表面抗原（HBsAg）、SARS-COV-2刺突蛋白受体结合域（RBD）、牛血清白蛋白（BSA）和卵清蛋白（OVA）作为模型抗原，通过构建佐剂与抗原的吸附等温线，揭示了抗原的吸附能力、吸附强度与纳米佐剂的比表面积、表面羟基的相关性（图2）。同时，使用OVA作为模型抗原，通过生物物理方法对吸附后抗原结构和稳定性进行评估。研究发现，吸附在佐剂上的抗原稳定性明显降低。以上研究成果发表在“npjVaccines”上，文章题目为“Engineering the Hydroxyl Content on Aluminum Oxyhydroxide Nanorod for Elucidating the Antigen Adsorption Behavior”，第一作者是化工学院博士研究生鱼歌，通讯作者为孙冰冰教授。

以上研究项目得到了国家自然科学基金面上项目、辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才、大连市科技创新基金重点学科重大课题和中央高校基本科研业务费专项基金的支持。

孙冰冰教授团队致力于疫苗佐剂、生物材料、纳米材料-生物界面等研究，已在疫苗佐剂开发、制剂配方优化、递送系统设计等方面进行了关键科学问题的基础研究和工程技术的推广。

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01283

https://www.nature.com/articles/s41541-022-00495-9