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在含铝佐剂的疫苗制剂中，佐剂与抗原相互作用以增强抗原特异性免疫反应。研究表明，佐剂和抗原吸附参数，如吸附能力、吸附强度等，对免疫效应的启动至关重要。然而，由于不同佐剂和抗原物化特性不同，佐剂的物理化学性质如何影响它们与抗原的相互作用机制尚不明确。因此，探究影响抗原吸附的工程纳米铝佐剂的关键物理化学性质及佐剂和抗原在纳米生物界面上的相互作用机制，有利于开发新型疫苗佐剂，进一步优化疫苗配方。
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图1.表面羟基对抗原吸附及稳定性的影响示意图
近日，大连理工大学化工学院孙冰冰教授课题组设计并合成了物化特性可控的羟基氧化铝纳米佐剂（AlOOH NRs），并成功验证了佐剂的关键物性参数对抗原吸附及吸附后抗原稳定性的影响。研究选择乙型肝炎表面抗原（HBsAg）、SARS-COV-2刺突蛋白受体结合域（RBD）、牛血清白蛋白（BSA）和卵清蛋白（OVA）作为模型抗原，通过构建佐剂与抗原的吸附等温线，揭示了抗原的吸附能力、吸附强度与纳米佐剂的比表面积、表面羟基的相关性。同时，使用OVA作为模型抗原，通过生物物理方法对吸附后抗原结构和稳定性进行评估。研究发现，吸附在佐剂上的抗原稳定性明显降低。
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图2. AlOOH佐剂对(A) HBsAg、(B) RBD、(C) OVA和(D) BSA的吸附等温线
以上研究成果发表在“npj Vaccines”上，文章题为“Engineering the Hydroxyl Content on Aluminum Oxyhydroxide Nanorod for Elucidating the Antigen Adsorption Behavior” （npj Vaccines 7，62，2022），第一作者是大连理工大学化工学院博士研究生鱼歌，通讯作者为大连理工大学精细化工国家重点实验室及化学工程系孙冰冰教授。
在此研究成果的基础上，课题组对疫苗在储存中的科学问题进行研究。疫苗是温度敏感的药物制剂，运输及保存过程中的意外冷冻可诱导佐剂的物化特性改变。然而，冷冻对佐剂的物化特性的影响尚未被阐明。课题组同样以工程的羟基氧化铝纳米颗粒（AlOOH NPs）为研究对象，证明了低温冷冻下机械压力诱导的AlOOH NPs表面羟基的损失。糖基表面活性剂辛基葡萄糖苷（OG）可以通过抑制重结晶引起的机械应力来保护AlOOH NPs免受冻结引起的羟基含量损失和聚集。该疫苗配方有效地保护了AlOOH NPs的抗原吸附性能。当与HBsAg共同配制时，OG保护的AlOOH NPs也表现出更有效的佐剂作用和增强的体液免疫反应。该研究成果发表在“iScience”上，题为“Mechanistic Elucidation of Freezing-Induced Surface Decomposition of Aluminum Oxyhydroxide Adjuvants”（iScience 25, 104456, 2022）,第一作者是大连理工大学化工学院硕士研究生李嘉欢和博士研究生鱼歌。
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图3.低温冷冻诱导AlOOH NPs表面羟基损失示意图
以上研究均基于工程纳米佐剂物化特性的调控，建立了佐剂-抗原在纳米生物界面的研究方法，明确了疫苗配方过程中纳米佐剂的关键物性参数。与传统的经验方法相比，工程的方法将有利于靶向抗原的佐剂和保护剂的设计，简化疫苗配方的筛选，提高疫苗制剂的稳定性，造福于公众健康。
研究项目得到了国家自然科学基金面上项目、辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才、大连市科技创新基金重点学科重大课题和中央高校基本科研业务费专项基金的支持。
来源：大连理工大学
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41541-022-00495-9
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222007271
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