Polymeric nanocapsules for vaccine delivery: influence of the polymeric shell on the interaction with the immune system

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Polymeric nanocapsules for vaccine delivery: influence of the polymeric shell on the interaction with the immune system

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Title: Polymeric nanocapsules for vaccine delivery: influence of the polymeric shell on the interaction with the immune system
Author: Peleteiro Olmedo, Mercedes; Presas, Elena; González Aramundiz, José Vicente; Sánchez Correa, Beatriz; Simón Vázquez, Rosana; Csaba, Noemí Estefanía; Alonso Fernández, María José; González Fernández, África
Abstract: El uso de biomateriales y nanosistemas en la administración de antígenos ha desempeñado un papel importante en el desarrollo de nuevas formulaciones de vacunas en los últimos decenios. Con el fin de comprender mejor las interacciones entre estos sistemas y las células inmunocompetentes, describimos aquí un estudio sistemático in vitro e in vivo de tres tipos de nanocápsulas poliméricas (NC). Se prepararon estos portadores, que contenían protamina (PR), polarginina (PARG) o quitosano (CS) en la envoltura externa, y su correspondiente nanoemulsión, y se caracterizaron sus principales propiedades fisicoquímicas. Las partículas tenían un tamaño medio de partícula en el rango de 250-450 nm y un potencial zeta positivo (~30-40 mV). Se investigó la interacción de los nanosistemas con diferentes componentes del sistema inmunológico midiendo la captación celular, la producción de especies reactivas de oxígeno, la activación de la cascada del complemento, el perfil de secreción de citoquinas y la activación del factor nuclear/quinasas MAP κB. Los resultados de estos experimentos con células in vitro demostraron que las formulaciones de NC que incluían los polímeros ricos en arginina (PR y PARG) mostraban una capacidad superior para desencadenar diferentes procesos inmunológicos. Teniendo en cuenta este hallazgo, se seleccionaron las nanocápsulas de protamina y polarginina (NC PR y PARG) para evaluar la asociación del antígeno de superficie de la hepatitis B recombinante (rHBsAg) como antígeno modelo para evaluar su capacidad de producir una respuesta inmunológica protectora en los ratones. En este caso, los resultados mostraron que los PR NCs provocaban niveles de IgG más altos que los PARG NCs y que esta respuesta de IgG era una combinación de anti-rHBsAg IgG1/IgG2a. Este trabajo destaca el potencial de los PR NC para la entrega de antígenos como una alternativa a otros nanotransportadores con carga positiva.The use of biomaterials and nanosystems in antigen delivery has played a major role in the development of novel vaccine formulations in the last few decades. In an effort to gain a deeper understanding of the interactions between these systems and immu-nocompetent cells, we describe here a systematic in vitro and in vivo study on three types of polymeric nanocapsules (NCs). These carriers, which contained protamine (PR), polyarginine (PARG), or chitosan (CS) in the external shell, and their corresponding nanoemulsion were prepared, and their main physicochemical properties were character-ized. The particles had a mean particle size in the range 250–450 nm and a positive zeta potential (~30–40 mV). The interaction of the nanosystems with different components of the immune system were investigated by measuring cellular uptake, reactive oxygen species production, activation of the complement cascade, cytokine secretion profile, and MAP kinases/nuclear factor κB activation. The results of these in vitro cell experi-ments showed that the NC formulations that included the arginine-rich polymers (PR and PARG) showed a superior ability to trigger different immune processes. Considering this finding, protamine and polyarginine nanocapsules (PR and PARG NCs) were selected to assess the association of the recombinant hepatitis B surface antigen (rHBsAg) as a model antigen to evaluate their ability to produce a protective immune response in mice. In this case, the results showed that PR NCs elicited higher IgG levels than PARG NCs and that this IgG response was a combination of anti-rHBsAg IgG1/IgG2a. This work highlights the potential of PR NCs for antigen delivery as an alternative to other positively charged nanocarriers.
URI: http://hdl.handle.net/10662/11281
Date: 2018


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