康奈尔大学的科学家们已经开发出一种新型的传染病纳米疫苗生物材料，可以提高与肠道细菌相关的代谢紊乱的小鼠的免疫力，这种细菌显示出对传统流感和脊髓灰质炎疫苗的抵抗力。

该研究(“免疫调节纳米凝胶克服肠道微生物介导的代谢综合征的小鼠模型中的限制性免疫”)出现在Science Advances中，探讨了纳米材料，免疫反应和微生物组之间的相互关系。

“本文重点介绍了微生物组如何影响我们的工程疫苗，以及我们如何通过开发先进材料来克服这些问题，”Sibley机械与航空航天工程学院(MAE)和Meinig学院助理教授Ankur Singh博士说。生物医学工程(BME)。

“基于生物材料的纳米线虫，例如由聚(乳酸 - 共 - 乙醇酸)(PLGA)制成的那些，可以在健康的野生型小鼠模型中诱导比可溶性抗原更强的免疫力。然而，代谢综合征是否会影响纳米疫苗的免疫反应仍然知之甚少。在这里，我们首先表明通过Toll样受体5(TLR5)感知肠道微生物组的改变和TLR5- / -小鼠中产生的代谢综合征减少了由PLGA纳米线虫诱导的生发中心免疫应答。意外地，PLGA纳米线虫进一步改变了肠道微生物群，“研究人员写道。

“通过长期用抗生素治疗小鼠，我们发现破坏肠道微生物组导致疫苗反应不良，与肥胖无关。我们接下来证明免疫调节Pyr-pHEMA纳米凝胶疫苗可以挽救低免疫应答，该疫苗通过TLR2刺激，增强运输和诱导比明矾补充的PLGA纳米疫苗更强的生发中心反应起作用。该研究强调了使用先进的纳米材料在肠道介导的代谢综合症状态下进行免疫调节的可能性。“

辛格是该文章的高级作者，该文章发表在3月27日的“科学进步”杂志上。该论文的第一作者是Matthew Mosquera，他是一名工程博士生。

“这项工作开辟了一个新的，非常令人兴奋的调查领域，研究生物因素和潜在的疾病状况如何影响已建立的纳米线虫的表现，”Singh说道，他也是威尔康奈尔医学院英格兰精密医学研究所的成员。新成立的康奈尔免疫学中心。“更重要的是，它展示了如何使用这些工程材料，使它们在更广泛的人群中更有效，以克服对疫苗的免疫力。”

据信全世界超过三分之一的美国人和四分之一的人患有代谢综合征，这是一种针对多种疾病的保护伞，包括肥胖，炎症和胰岛素抵抗。

肠道微生物组是导致代谢综合征的因素之一，研究人员对微生物组诱导的代谢综合征感兴趣，因为有证据表明微生物组和代谢紊乱与免疫系统有关。

“从公共卫生的角度来看，了解微生物组如何影响未来的工程疫苗是至关重要的，”生物医学工程助理教授，该论文的共同作者Ilana Brito博士说。“这项研究将为探索微生物组的特定成分如何改变免疫反应开辟新的途径。在设计新疫苗时，设计对多种微生物组成有效的材料非常重要。“

先前的研究表明，传统的人类流感和脊髓灰质炎疫苗在由于肠道生物群落中断而导致代谢紊乱的小鼠中失败。“这促使我们研究纳米疫苗会发生什么，它可能比可溶性疫苗更好，以更好地了解在肠道改变中发生的潜在肥胖和炎症的作用，”辛格说。

通常由纳米材料组成的纳米线虫可以被免疫系统中的细胞摄取，并且已经发现在临床前模型中诱导比传统可溶性疫苗更强的免疫力。

但研究人员发现，由PLGA制成的最广泛使用的纳米疫苗类型对于肠道引起代谢综合征的小鼠无效。当研究人员在小鼠身上测试PLGA纳米线虫时，即使添加了广泛使用的免疫增强剂，它也不像预期的那样成功。

“我们问，有没有办法通过设计新的纳米材料疫苗来克服这种限制性反应?”辛格说。“然后我们深入研究了一类调节免疫系统的新材料，吡啶官能化的聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)，我们最近发现的潜力。”

新材料形成了具有蛋白质抗原的稳定纳米凝胶，发现其在肠道引发的代谢综合征条件下是有效的。该小组与兽医学院免疫学副教授辛西娅·莱弗(Cynthia Leifer)合作，发现这种新材料可以刺激一种识别微生物致病危险迹象的受体。

“这项研究很重要，因为它表明这些纳米凝胶可以提供抗原和佐剂，而不需要额外的免疫增强剂，这可能有助于它们更强的免疫激活和克服疾病或改变的微生物组所造成的限制的能力，”Leifer解释说。“免疫调节疗法是一个热门话题，基于材料的免疫调节方法尚处于起步阶段。他们可以做很多事情。“

据Singh称，虽然已经确定微生物组会影响免疫系统，但这些研究结果表明纳米线虫可以影响微生物组。

“纳米材料可以调节肠道微生物组的组成。我认为这对整个领域非常重要，可能会对材料设计产生影响，“他说。“它是否是一种致病因素或其背后的原因还不是很清楚。有几个假设仍有待测试，所以这将是我们未来的工作。“