更好的疫苗正在我们的血液中：使用红细胞产生靶向的免疫反应

涂有抗原的纳米颗粒牢固地粘附在红细胞上，足以抵抗在肺中被剪切掉，从而使它们到达脾脏并传递给免疫细胞，从而引发抗原特异性免疫反应。

新的平台技术使用红细胞在小鼠中产生针对性的免疫反应。

红细胞的作用不只是将氧气从肺部输送到器官：它们还可以通过捕获病原体表面上的病原体，中和病原体并将其提供给脾脏和肝脏的免疫细胞来帮助人体抵抗感染。现在，来自哈佛大学怀斯生物启发工程研究所和约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一组研究人员已经利用这种先天能力构建了一种平台技术，该技术利用红细胞将抗原传递给抗原呈递脾脏中的细胞（APC），产生免疫反应。这种方法成功地减缓了小鼠癌性肿瘤的生长，也可以用作多种疫苗的生物相容性佐剂。在美国国家科学院院刊（PNAS）中，已报道了一种称为红细胞驱动的免疫靶向（EDIT）的技术。

高级作者萨米尔·米特拉戈特里（Samir Mitragotri）博士说：“脾脏是产生免疫反应的最佳靶器官之一，因为它是红细胞和白细胞自然相互作用的少数器官之一。” Wyss核心教员，同时还是SEAS的Hiller生物工程教授和HansjörgWyss生物启发工程教授。“红细胞与生俱来的将病原体转移到免疫细胞的先天能力才被发现，这项研究为使用人类细胞进行疾病治疗和预防领域的一系列激动人心的未来发展打开了大门。”

不要吃我，就检查我

使用红细胞作为药物的输送工具并不是一个新主意，但是绝大多数现有技术都瞄准了肺部，因为它们密集的毛细血管网络会导致货物在挤过细小的血管时从红细胞中切出。Mitragotri的研究小组首先需要弄清楚如何使抗原牢固地粘附在红细胞上，以抵抗剪切并到达脾脏。

他们用卵清蛋白（一种已知会引起轻度免疫反应的抗原蛋白）包被聚苯乙烯纳米颗粒，然后将它们与小鼠红细胞一起孵育。每个血细胞300个纳米颗粒的比例导致与细胞结合的纳米颗粒数量最多，当细胞暴露于肺毛细血管中发现的剪切应力时，纳米颗粒的保留率约为80％，并且脂质体的中等表达称为细胞膜上的磷脂酰丝氨酸（PS）。

“红细胞上高水平的PS本质上是一个'吞噬我'的信号，当它们受到压力或损坏时，它们会被脾脏消化，我们希望避免这种情况。我们希望，少量的PS可以暂时向脾脏APC发出信号，“将我检查出来”，然后将其吸收红细胞的抗原包裹的纳米颗粒，而不会破坏细胞本身，毕业的Anvay Ukidve说是Mitragotri实验室的学生，也是该论文的第一作者。

为了验证这一假设，研究小组将涂有纳米颗粒的红细胞注入小鼠体内，然后追踪它们在体内的积累情况。注射后20分钟，已经从动物血液中清除了超过99％的纳米颗粒，并且脾脏中存在的纳米颗粒多于肺部。脾脏中较高的纳米颗粒积聚持续长达24小时，循环中的EDIT红细胞数量保持不变，表明红细胞已成功地将其货物递送至脾脏而没有被破坏。

有效的无佐剂疫苗

研究人员确认了他们的纳米颗粒已成功地体内递送至脾脏后，接下来评估了纳米颗粒表面上的抗原是否诱导了免疫反应。每周一次给小鼠注射EDIT，持续三周，然后分析它们的脾细胞。与给予“游离”纳米颗粒或未经治疗的小鼠相比，治疗的小鼠显示出的卵清蛋白抗原显示出的T细胞多出8倍和2.2倍。与其他两组小鼠相比，接受EDIT处理的小鼠的血液中还产生了更多的针对卵白蛋白的抗体。

“红细胞可以用作外国佐剂的安全替代品，以提高疫苗效力并加快疫苗生产。”—赵宗敏

为了研究这些EDIT诱导的免疫反应是否可能预防或治疗疾病，研究小组重复了对小鼠进行为期三周的预防性EDIT注射，然后向其接种了在其表面表达卵清蛋白的淋巴瘤细胞。与对照组和接受游离纳米颗粒的组相比，接受EDIT的小鼠的肿瘤生长慢了大约三倍，并且存活的癌细胞数量更少。这一结果显着增加了在小鼠屈服于疾病之前可以治疗肿瘤的时间范围。

“ EDIT本质上是一个无佐剂的疫苗平台。今天的疫苗开发需要这么长时间的部分原因是，与每种抗原一起提供的外来佐剂必须与每种新疫苗一起进行完整的临床安全性试验，” Mitragotri博士后研究员Zongmin Zhao博士说。实验和该论文的第一作者。“几个世纪以来，红细胞已被安全地输入患者体内，它们增强免疫反应的能力可能使其成为外来佐剂的安全替代品，从而提高了疫苗的效力和疫苗生产的速度。”

研究小组正在继续努力，准确地了解脾脏APC如何产生针对EDIT抗原的特异性免疫反应，并计划用卵白蛋白以外的其他抗原对其进行测试。他们希望利用这些额外的见识来推动他们追求该技术的最佳临床环境。

“人体是解决医疗问题的绝妙解决方案的宝库，虽然医学在理解这些机制方面已经走了很长一段路，但我们仍处于利用它们来改善人类寿命和改善生活质量的早期阶段。 。这项研究是朝着这个目标迈出的令人振奋的一步，并且可能极大地改变患者免疫应答的调控方式。医学院和波士顿儿童医院，SEAS生物工程教授。

参考：Anvay Ukidve，Zongmin Zhao，Alexandra Fehnel，Vinu Krishnan，Daniel C. Pan，Yongsheng Gao，Abhirup Mandal，Vladimir Muzykantov和Samir Mitragotri的“通过仿生天然抗原呈递功能的红细胞驱动的免疫”，2020年7月14日，会议记录美国国家科学院
10.1073 / pnas.2002880117

该论文的其他作者包括Wyss Institute和SEAS的Vinu Krishnan，Daniel C. Pan，Yongsheng Gao和Abhirup Mandal；来自SEAS的Alexandra Fehnel和来自宾夕法尼亚大学Perelman医学院的Vladimir Muzykantov。这项研究得到了哈佛大学Wyss研究所和美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的资助，编号为1R01HL143806-01。