化工學院孫冰冰教授團隊在疫苗制劑方面取得研究成果
在含鋁佐劑的疫苗制劑中，佐劑與抗原相互作用以增強抗原特異性免疫反應。研究表明，佐劑和抗原吸附參數，如吸附能力、吸附強度等，對免疫效應的啟動至關重要。然而，由于不同佐劑和抗原物化特性不同，佐劑的物理化學性質如何影響它們與抗原的相互作用機制尚不明確。因此，探究影響抗原吸附的工程納米鋁佐劑的關鍵物理化學性質及佐劑和抗原在納米生物界面上的相互作用機制，有利于開發(fā)新型疫苗佐劑，進一步優(yōu)化疫苗配方。
圖1.表面羥基對抗原吸附及穩(wěn)定性的影響示意圖
近日，大連理工大學化工學院孫冰冰教授課題組設計并合成了物化特性可控的羥基氧化鋁納米佐劑（AlOOH NRs），并成功驗證了佐劑的關鍵物性參數對抗原吸附及吸附后抗原穩(wěn)定性的影響。研究選擇乙型肝炎表面抗原（HBsAg）、SARS-COV-2刺突蛋白受體結合域（RBD）、牛血清白蛋白（BSA）和卵清蛋白（OVA）作為模型抗原，通過構建佐劑與抗原的吸附等溫線，揭示了抗原的吸附能力、吸附強度與納米佐劑的比表面積、表面羥基的相關性。同時，使用OVA作為模型抗原，通過生物物理方法對吸附后抗原結構和穩(wěn)定性進行評估。研究發(fā)現(xiàn)，吸附在佐劑上的抗原穩(wěn)定性明顯降低。
圖2. AlOOH佐劑對(A) HBsAg、(B) RBD、(C) OVA和(D) BSA的吸附等溫線
以上研究成果發(fā)表在“npj Vaccines”上，文章題為“Engineering the Hydroxyl Content on Aluminum Oxyhydroxide Nanorod for Elucidating the Antigen Adsorption Behavior” （npj Vaccines 7，62，2022），第一作者是大連理工大學化工學院博士研究生魚歌，通訊作者為大連理工大學精細化工國家重點實驗室及化學工程系孫冰冰教授。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41541-022-00495-9。
在此研究成果的基礎上，課題組對疫苗在儲存中的科學問題進行研究。疫苗是溫度敏感的藥物制劑，運輸及保存過程中的意外冷凍可誘導佐劑的物化特性改變。然而，冷凍對佐劑的物化特性的影響尚未被闡明。課題組同樣以工程的羥基氧化鋁納米顆粒（AlOOH NPs）為研究對象，證明了低溫冷凍下機械壓力誘導的AlOOH NPs表面羥基的損失。糖基表面活性劑辛基葡萄糖苷（OG）可以通過抑制重結晶引起的機械應力來保護AlOOH NPs免受凍結引起的羥基含量損失和聚集。該疫苗配方有效地保護了AlOOH NPs的抗原吸附性能。當與HBsAg共同配制時，OG保護的AlOOH NPs也表現(xiàn)出更有效的佐劑作用和增強的體液免疫反應。該研究成果發(fā)表在“iScience”上，題為“Mechanistic Elucidation of Freezing-Induced Surface Decomposition of Aluminum Oxyhydroxide Adjuvants”（iScience 25, 104456, 2022）,第一作者是大連理工大學化工學院碩士研究生李嘉歡和博士研究生魚歌。文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222007271。
圖3.低溫冷凍誘導AlOOH NPs表面羥基損失示意圖
以上研究均基于工程納米佐劑物化特性的調控，建立了佐劑-抗原在納米生物界面的研究方法，明確了疫苗配方過程中納米佐劑的關鍵物性參數。與傳統(tǒng)的經驗方法相比，工程的方法將有利于靶向抗原的佐劑和保護劑的設計，簡化疫苗配方的篩選，提高疫苗制劑的穩(wěn)定性，造福于公眾健康。
研究項目得到了國家自然科學基金面上項目、遼寧省“興遼英才計劃”青年拔尖人才、大連市科技創(chuàng)新基金重點學科重大課題和中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項基金的支持。
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