病毒樣顆粒疫苗(VLP)由于具有類(lèi)似病毒的結(jié)構(gòu)，在新冠肺炎大流行期間顯示出巨大的潛力，被認(rèn)為是下一代抗病毒疫苗技術(shù)。目前基于重組蛋白的病毒樣顆粒疫苗雖然能夠提供更高的蛋白活性和更精確的表位刺激，但存在制備耗時(shí)較長(zhǎng)和工藝復(fù)雜的問(wèn)題，這限制了其在大流行爆發(fā)時(shí)的快速投放。根據(jù)WHO于2023年3月30日公布的數(shù)據(jù)，臨床期SARS-CoV-2候選疫苗中只有4%是VLP疫苗。而新開(kāi)發(fā)的模塊化分子組裝方法，如基于Spy-Tag技術(shù)組裝的VLP，還需要進(jìn)一步對(duì)亞基蛋白進(jìn)行遺傳設(shè)計(jì)和修飾，無(wú)法實(shí)現(xiàn)從亞基蛋白到VLPs的直接轉(zhuǎn)變。
為此，長(zhǎng)春應(yīng)化所的會(huì)員提出了基于合成聚合物納米顆粒和點(diǎn)擊化學(xué)偶聯(lián)的兩步法制備VLP納米顆粒疫苗的方法。使用FDA批準(zhǔn)的聚乙二醇-b-聚乳酸(PEG-b-PLA)組裝制備納米顆粒載體，使用SARS-CoV-2亞基受體結(jié)合域(RBD)蛋白作為抗原，兩步法重構(gòu)病毒樣顆粒疫苗(VPNVax)。該VPNVax平臺(tái)不需要基因改造修飾即可將RBD蛋白快速穩(wěn)定地裝載到納米顆粒載體表面，與基于重組蛋白技術(shù)的病毒樣顆粒疫苗相比，聚合物納米載體具有較低的異質(zhì)免疫原性，可以快速批量生產(chǎn)，并且具有更大的靈活性，使得在出現(xiàn)不同病毒變體時(shí)快速替換抗原并構(gòu)建匹配的疫苗成為可能（圖1）。
 圖1. 基于合成材料的仿病毒納米顆粒疫苗（VPNVax）的制備方法
利用納米沉淀法組裝制備穩(wěn)定的PEG-b-PLA膠束顆粒，在其表面加載抗原制備得到VPNVax；參考Fibonacci球點(diǎn)陣算法對(duì)納米疫苗建立了三維球晶格模型，根據(jù)球半徑R和分布點(diǎn)數(shù)N計(jì)算出疫苗實(shí)際價(jià)數(shù)，并證明斐波那契球格擬合模型的準(zhǔn)確性；根據(jù)此模型，可得出不同抗原加載下VPNVax的價(jià)態(tài)分布規(guī)律；透射電子顯微鏡觀察到所制備的納米顆粒疫苗具有非常類(lèi)似于病毒顆粒的形貌（圖2）。
圖2. VPNVax納米顆粒疫苗的制備及表征
使用Delta變異株RBD作為抗原，選擇最優(yōu)價(jià)數(shù)制備VPNVax疫苗。研究人員對(duì)游離RBD抗原和VPNVax疫苗組進(jìn)行比較，證明在單針和兩次給藥后，相同劑量下VPNVax疫苗激活了顯著優(yōu)于游離RBD組的體液免疫響應(yīng)，且能在低劑量下獲得高抗體反應(yīng)。增強(qiáng)注射后，VPNVax疫苗組平均滴度可達(dá)等劑量游離RBD組的30倍，并保持長(zhǎng)達(dá)180天的高滴度水平（圖3）。
圖3. VPNVax負(fù)載SARS-CoV-2變異株RBD蛋白制備得到疫苗的體內(nèi)免疫水平測(cè)試。
進(jìn)一步探究VPNVax對(duì)淋巴結(jié)的長(zhǎng)時(shí)和強(qiáng)效刺激，研究人員對(duì)抗原在淋巴結(jié)中的滯留情況進(jìn)行追蹤，證實(shí)與快速清除的游離抗原組以及鋁佐劑組相比，VPNVax組可實(shí)現(xiàn)抗原在淋巴結(jié)內(nèi)長(zhǎng)達(dá)14天的滯留。這種延長(zhǎng)的抗原保留和分布模式有利于其被濾泡樹(shù)突狀細(xì)胞捕獲，生成快速且強(qiáng)大的生發(fā)中心反應(yīng)，增加抗原與B細(xì)胞的接觸時(shí)間，從而誘導(dǎo)更為強(qiáng)烈的體液免疫響應(yīng)（圖4）。
 圖4. VPNVax納米顆粒疫苗的淋巴結(jié)駐留及引起的生發(fā)中心反應(yīng)。
研究人員利用以PLA為核心的聚合載體的靈活性和可設(shè)計(jì)性，進(jìn)一步優(yōu)化VPNVax以提升其免疫效力。首先，在疏水聚乳酸納米核上加載免疫佐劑，進(jìn)一步增強(qiáng)免疫效果；其次，作為合成材料，通過(guò)手性調(diào)控等明確可控的化學(xué)分子設(shè)計(jì)，可以賦予PLA載體更多的功能。結(jié)果證明，在聚乳酸納米核中裝載TLR7/8激動(dòng)劑R848或IMDQ后，oVPNVax@R848-RBD和oVRNVax@IMDQ-RBD誘導(dǎo)的抗原特異性抗體滴度水平比單獨(dú)的oVPNVax-RBD組高約10倍，并能同時(shí)激活Th1介導(dǎo)的細(xì)胞免疫響應(yīng)。證實(shí)了該納米疫苗平臺(tái)具有優(yōu)越的可開(kāi)發(fā)性和免疫效力潛力（圖5）。
圖5. VPNVax擔(dān)載免疫激動(dòng)劑或采用手性PLA制備的納米顆粒疫苗的體內(nèi)免疫活性測(cè)試。
該研究成果以Modularized viromimetic polymer nanoparticle vaccines (VPNVaxs) to elicit
durable and effective humoral immune responses為題在線發(fā)表于National Science Review（doi: 10.1093/nsr/nwad310）。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所黃子超博士為本文第一作者，長(zhǎng)春獸醫(yī)研究所田明堯副研究員，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所宋萬(wàn)通研究員(第十批會(huì)員)和陳學(xué)思院士為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、長(zhǎng)春市科技局等項(xiàng)目的支持。
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