通过在水凝胶储库中招募关键免疫细胞生成炎症微环境提升 mRNA 疫苗疗效

《SCIENCE ADVANCES》：Generation of an inflammatory niche in a hydrogel depot through recruitment of key immune cells improves efficacy of mRNA vaccines

为解决 mRNA 疫苗在耐久性和体液反应广度方面的不足，研究人员开展了以可注射聚合物纳米颗粒（PNP）水凝胶技术将 mRNA/LNP 靶向抗原呈递细胞（APCs）的研究。结果显示该技术可改善生发中心反应及体液反应，意义在于为精确调节 mRNA/LNP 疫苗提供了新策略。

　　在过去的几十年间，mRNA 技术作为一种极具潜力的治疗手段，在多种疾病的治疗和预防领域不断发展。在新冠疫情期间，脂质纳米颗粒（LNP）递送的 mRNA 疫苗凭借其安全性、快速可扩展性以及对病毒变异的适应性，成为疫苗研发的焦点，像 Moderna 和 Pfizer - BioNTech 的 mRNA 疫苗在遏制新冠病毒传播方面发挥了重要作用。然而，mRNA 疫苗仍存在诸多亟待解决的问题，例如在全球资源匮乏地区，其储存、运输和部署的稳定性有待提高；同时，在体液免疫反应的耐久性和广度方面也有很大的提升空间。为了攻克这些难题，来自国外研究机构的研究人员开展了一项深入研究，旨在探索一种创新策略来优化 mRNA 疫苗。研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，通过简单混合疏水改性的羟丙基甲基纤维素（HPMC - C₁₂）和聚（乙二醇） - 聚（乳酸）纳米颗粒（PEG - PLA NPs）制备 PNP 水凝胶。在实验检测中，利用流式细胞术对免疫细胞进行表型分析和功能检测；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定抗体滴度；运用中和试验评估抗体功能；借助 ELISpot 检测 T 细胞反应等。

研究结果如下：

1. 负载 mRNA/LNPs 的超分子水凝胶的表征和体外验证：研究发现，mRNA/LNPs 的加入不会影响 PNP 水凝胶的关键机械性能，且水凝胶也不会对 mRNA/LNPs 的转染效率和稳定性造成不良影响。这表明该水凝胶可作为一种稳定的载体，为后续研究奠定了基础。
2. 体内 PNP 水凝胶中形成的可调免疫微环境：通过对体内免疫微环境的研究发现，不同的佐剂（如 MPLAs 和 3M - 052）能显著影响 PNP 水凝胶中免疫细胞的浸润和组成。例如，在第 3 天，MPLAs 和 3M - 052 组的中性粒细胞和单核细胞数量明显多于 LNP - 仅水凝胶组；到第 7 天，3M - 052 水凝胶组的 NK 细胞数量显著增加。这充分说明 PNP 水凝胶能够形成高度可塑性和可调性的炎症微环境。
3. PNP 水凝胶细胞微环境中递送的 mRNA 的表达模式：研究证实，在 PNP 水凝胶细胞微环境中的细胞能够摄取 LNPs 并翻译 mRNA。且表达 mRNA 的细胞主要是抗原呈递细胞（APCs），包括树突状细胞（DCs）、单核细胞和巨噬细胞。这一结果表明，PNP 水凝胶可有效将 mRNA/LNPs 靶向 APCs，从而促进适应性免疫反应的启动。
4. PNP 水凝胶对商业 mRNA 疫苗的体液和细胞反应的改善：与传统的临床标准给药方式（PBS 推注）相比，使用 PNP 水凝胶递送 mRNA 疫苗能够显著提高体液免疫反应的强度、耐久性和广度。例如，在接种疫苗 8 周后，PNP 水凝胶组中可检测到抗体滴度的动物数量明显多于推注对照组；在 4 个月后的加强免疫中，佐剂化的 PNP 水凝胶组平均抗体滴度更高。同时，细胞免疫反应也得到了改善，如 3M - 052 佐剂化的 PNP 水凝胶组产生了更强的 T 细胞反应。
5. PNP 水凝胶递送 mRNA 疫苗增加了体液反应的广度：研究表明，PNP 水凝胶递送 mRNA 疫苗可显著提高体液反应的广度。例如，PNP 水凝胶与 3M - 052 佐剂联合使用时，能够诱导产生更高的 IgG2c 抗体滴度，促进 T_H1 极化，增强对多种 SARS - CoV - 2 变异株的免疫反应。此外，还减少了对某些变异株无应答的动物数量，提高了免疫反应的一致性。
6. mRNA 疫苗联合 PNP 水凝胶接种提高了生发中心反应的强度和耐久性：通过对生发中心反应的研究发现，PNP 水凝胶免疫接种能够在接种后第一周诱导更高比例的活化 B 细胞，并增加生发中心的光区与暗区（LZ:DZ）比例。同时，还能提高生发中心 B（B_GC）细胞和 T 滤泡辅助（T_FH）细胞的数量和质量，从而改善生发中心反应的强度、持续时间和质量。

研究结论和讨论部分指出，该研究表明将商业 SARS - CoV - 2 mRNA/LNP 疫苗递送至可注射的 PNP 水凝胶储库中，可通过增强和延长生发中心反应，显著改善体液和细胞免疫反应。PNP 水凝胶具有诸多优势，它能够方便地将现成的 mRNA/LNPs 与各种佐剂进行配方，在体内创建基于不同佐剂的可调免疫微环境，并且无需对 LNP 进行任何修饰即可促进 APCs 的转染。然而，研究也存在一定的局限性，如仅针对 SARS - CoV - 2 这一单一疾病靶点进行研究，对免疫微环境和 mRNA 表达的动力学研究不够深入等。尽管如此，该研究仍为 mRNA 疫苗的优化提供了新的思路和策略，在疫苗研发领域具有重要的意义，为后续进一步研究奠定了坚实的基础。