Редактирано от Филипа Марак, Медицински институт Хауърд Хюз, Национално еврейско здравеопазване, Денвър, Колорадо, и одобрено на 10 март 2015 г. (получено за преглед на 8 януари 2015 г.)

ваксинация

Значимост

Кожата е по-мощна от мускулите за ваксинация, но все още не е често срещано място за имунизация, отчасти поради относително високи нива на болка и дразнене на кожата и затруднено приложение. Ние разрешаваме тази дилема, като доставяме ваксини в много микропори в кожата, което ограничава предизвиканото от ваксината възпаление, което води до бързо излекуване и липса на лезии. Освен това, комбинация от микрофракционно доставяне на ваксина с неаблативен фракционен лазер (NAFL), не само значително увеличава ефективността на ваксината, но и разширява кръстосаната защита срещу хомоложни и хетероложни грипни вирусни инфекции. Кръстозащитният имунитет е ключов за грипните ваксини, тъй като често се срещат несъответствия между ваксиналните вирусни щамове и циркулиращите вируси. Доколкото ни е известно, това представлява първата стратегия за ефективна кожна ваксинация без лезии.

Резюме

Значителни доказателства показват, че кожата е по-мощно място за ваксинация от мускулите, тъй като първата съдържа голям брой антиген представящи клетки (APC) и изобилна мрежа от лимфни съдове. Освен това кожата предлага потенциал за безболезнена, безиглена и самоприложима имунизация, което би било от полза за годишната ваксинация срещу грип на големи популации (1, 2). Към днешна дата обаче имунизацията на кожата не е широко приета поради липса на безопасни добавки и технически затруднения при инжектирането на ваксини в ултратънкия (⇓ –7). Обработката на мястото на инокулация с неаблативен фракционен лазер (NAFL) генерира масив от микротермални зони (MTZ) под роговия слой (8). Умиращите клетки в MTZs освобождават сигнали за "опасност", които провокират стерилно възпаление, което обаче е ограничено в отделните MTZ. Този набор от микростерилни възпалителни зони се разрешава бързо, ефективно предотвратявайки кожните лезии, при условие че засегнатите и незасегнати участъци от кожата са адекватно балансирани (8). Важно е, че въпреки бързото разрешаване, зоните на микровъзпаление се оказват достатъчни за увеличаване на адаптивните имунни реакции срещу ваксината (5). В допълнение, този самостоятелен адювант не влияе върху обема на приложение или формулиране на ваксината, които са сериозни пречки за имунизацията на кожата, тъй като само ограничен обем и невискозни ваксини са подходящи за инжектиране на кожата (9). В това отношение адювантите на основата на емулсии като Alum и MF59 са изключени от употреба като кожен адювант поради силни и постоянни кожни реакции, индуцирани от адювантите (3, 4, 10).

За да намалим стабилно или напълно елиминираме кожните лезии, ние разширихме концепцията за микрофракция от адювант до доставка на ваксина в настоящото проучване. Изработихме набор от биоразградими микроигли с достатъчно разстояние между отделните микроигли, за да ограничим предизвиканото от ваксината възпаление. Предотвратяването на разпространението на възпаление, причинено от ваксина, в близките микропори, гарантира бързо разрешаване на възпалението, както и минимално увреждане на кожата. Освен това, когато MNs, пакетирани с грипна ваксина, се прилагат в място, третирано с NAFL, ваксината индуцира много по-широк имунитет срещу хомо- и хетерологични щамове на грипните вируси, отколкото масивът само при мишки. Комбинацията също поражда силен защитен имунитет, но с малко кожни лезии при свинете, животински модел с кожа, наподобяваща тази на хората.

Резултати

Оптимизиране на плътността на микроиглата.

Подобряване на грипните ваксини чрез използване на MNs в обекта, третиран с NAFL.

NAFL увеличава защитния имунитет, предизвикан от грипна ваксина-MN. Швейцарските мишки Webster бяха имунизирани с грипна ваксина (PR8 щам, 0,4 µg HA) чрез ID или MNs в присъствието или отсъствието на NAFL. IM имунизацията е извършена за сравнение. Четири седмици след имунизирането, серумните титри на HAI (A), IgG2a (B) или IgG1 (C) бяха измерени чрез ELISA. Съотношенията IgG2a/IgG1 са показани в D. n = 10. Клетъчните имунни отговори бяха измерени една седмица след имунизацията. Мононуклеарните клетки в периферната кръв се стимулират от инактивиран грипен вирус и процентите на IFNy секретиращ CD4 + (E) или CD8 + (F) се измерват чрез поточна цитометрия. n = 10. Мишките бяха предизвикани с грипен вирус (щам PR8, 5000 × LD50) 5 седмици след имунизация. Промените в телесното тегло и процентите на оцеляване са показани съответно в G и H. n = 10. * P + T клетки, секретиращи IFN-γ, са значително по-високи в MNs + NAFL група (P + T клетки, секретиращи IFN-y, са енергично повишени както в ID, така и в MNs групи след NAFL.

NAFL значително разширява имунитета, предизвикан от MNs, пакетирани с ваксина срещу грип.

Грипните вирусни щамове, използвани при приготвянето на сезонни противогрипни ваксини, често леко несъответстват на циркулиращите вируси поради постоянни генни мутации на вируса, намалявайки ефикасността на ваксините. За да проверим дали NAFL плюс MNs могат да предизвикат разширен имунитет срещу хомоложни, както и хетероложни вирусни щамове, първо предизвикахме мишки с 5 × 10 3 LD50 PR8 H1N1 грипен вирус 5 седмици след имунизация с вирусна ваксина PR8. Това вирусно предизвикателство с висока доза убива всички неимунизирани мишки в рамките на 6 дни със загуба на телесно тегло> 25% (Фиг. 3 G и H). IM имунизацията също не е защитила нито едно от животните. ID или MNs имунизацията осигурява само ограничена защита с подобна преживяемост 80%) вируси H1N1 (фиг. 4 А и С) или скромна защита срещу генетично отдалечен вирус H3N2 (50%) (фиг. 4Е) в присъствието на NAFL, въпреки че мишките са преживели умерени до тежки загуби на телесно тегло (Фиг. 4 B, D и F). За разлика от това, малко или никаква защита не се наблюдава при мишки, получаващи същата грипна ваксина в отсъствието на NAFL, както се измерва както от степента на преживяемост, така и от загубите на телесно тегло (Фиг. 4). Възможно е включването на NAFL във ваксинацията срещу грип да увеличи значително ефикасността на ваксините дори при несъответстващи вирусни щамове, циркулиращи през грипния сезон.

NAFL разширява кръстосано-защитния имунитет срещу грипния вирус. Швейцарските мишки Webster бяха имунизирани с грипна ваксина (щам PR8, 0,4 µg HA) само от MNs или в присъствието на NAFL. Две седмици след имунизацията, мишките бяха предизвикани с посочени хетерологични щамове на грипни вируси в доза 10 × LD50 на мишка. Степента на оцеляване (A, C и E) и промените в телесното тегло (B, D и F) се наблюдават в продължение на 14 дни. n = 6. Всички експерименти бяха повторени два пъти с подобни резултати.

Валидиране на ефективна ваксинация при свине без лезии.

Валидиране на ефективна, без лезии ваксинация при свине. (А) Йоркширските прасета са имунизирани с противогрипна ваксина (PR8) чрез ID, MNs самостоятелно или MNs след лечение с NAFL. Сезонната противогрипна ваксина (формулировка 2013–2014) е приложена като контролна реакция на кожната реакция. Снимките са правени в посочените часове след имунизацията. Всяка снимка представлява четири подобни резултата. Пунктираният правоъгълник показва мястото на приложението MNs. (Скала, 5 mm.) (B) HAI титрите се измерват 2 седмици след имунизация. * P 5 × основни MN осигуряват най-добрата способност за проникване в човешката кожа (29, 30). Това, заедно с констатацията ни, че 5 × основни MN предлагат доставка без лезии, твърди твърдо, че 5 × базови MN биха били идеални за доставка на ваксини, но такива по-малко плътни MN допълнително биха ограничили товароносимостта на биоразградимите MN. Тази дилема може да бъде ефективно разрешена чрез наемане на работа на NAFL, както е показано в нашето проучване. Предварителната обработка на мястото за инокулация с NAFL увеличи ефикасността на доставената с MN противогрипна ваксина най-малко четири пъти (фиг. 3А) и по този начин намали размера на пластира с ~ 75%.

Настоящото проучване демонстрира ефективна и кожна ваксинация без лезии чрез комбиниране на MN и NAFL за частично доставяне на ваксини/адювант в десетки микропори в кожата. Микрофракционното доставяне енергично намалява кожните лезии и възпаления, но увеличава имунните реакции, провокирани от ваксината, с преобладаващ Th1, по-широк имунен отговор. Ефективната и безопасна стратегия изисква незабавни клинични проучвания. В бъдеще NAFL и приложението на MN могат да бъдат проектирани в едно, малко ръчно устройство и многократно използвани за ваксинация срещу грип по рентабилен начин.

Материали и методи

При мишки е използван одобрен от FDA неаблативен фракционен лазер, PaloVia, (PaloVia, Palomar Medical Technologies). Свинете са третирани с лазер Fraxel SR-1500 (Solta Medical). Масивите на микроигли бяха подготвени, както е описано (14, 16). Данните са представени като средно ± SEM; Стойността на P се изчислява от софтуера PRISM (GraphPad) и разликата се счита за значителна, ако стойността на P е по-малка от 0,05. Пълните подробности за методите са описани в SI Материали и методи.

Благодарности

Благодарим на Photopathology Core за помощта при хистологията и анализа на поточната цитометрия по време на този проект и Jeffrey H. Wu за редактирането. Тази работа е частично подкрепена от Националните здравни институти AI089779, AI070785, AI097696 и DA028378 (към M.X.W.).

Бележки под линия

↵ 1 J.W. и B.L. допринесе еднакво за тази работа.

Принос на автора: M.X.W. проектирани изследвания; J.W. и B.L. извършени изследвания; J.W., B.L. и M.X.W. анализирани данни; и J.W. и M.X.W. написа вестника.

Авторите не декларират конфликт на интереси.