Chitosan in einem inhalierbaren Nanoimpfstoff gegen SARS-CoV-2

Die globale Corona-Pandemie erfordert effektive Impfstoffe um eine Herdenimmunitiät zu erreichen. In der hier vorgestellten Studie wurde daher ein inhalierbarer chitosanbasierter Nanoimpfstoff mit dem viralen Spikeprotein (S) entwickelt, der gezielt Immunität an den Schleimhäuten der Atemwege auslösen soll.

EIN CHITOSAN-BASIERTER INHALIERBARER NANOIMPFSTOFF GEGEN SARS-COV-2

Zhuo, SH., Wu, JJ., Zhao, L. et al. A chitosan-mediated inhalable nanovaccine against SARS-CoV-2. Nano Res. (2022). https://doi.org/10.1007/s12274-021-4012-9

SARS-CoV-2 hat seit Ende 2019 Millionen von Menschen infiziert und viele Todesopfer gefordert. Vor allem durch das Auftreten immer neuer Mutationen ist es notwendig eine Herdenimmunität zu erreichen um die Pandemie zu beenden. Dafür werden geeignete Impfstoffe benötigt.
Das Virus dringt bevorzugt über die Atemwege, die Nase und die Schleimhäute durch das Zelloberflächen-Rezeptor-Angiotensin-konvertierende Enzym 2 (ACE2) und das virale Spikeprotein (S) in den menschlichen Körper ein. Aus dem Grund spielt für einen direkten und effektiven Schutz gegen SARS-CoV-2 die Schleimhautimmunität eine wichtige Rolle. Neuere Erkenntnisse zeigten, dass auch Schleimhaut bezogene Impfstoffe eine starke IgA und IgG-Reaktion auslösten. Zudem hätten solche Impfstoffe, die z.B. als Nasenspray verabreicht werden könnten, den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu herkömmlichen Impfstoffen keine Nadeln und weniger medizinisches Personal benötigen, sowie ein einfacheres Handling ermöglichen würden.
Um solch einen Impfstoff zu realisieren werden Mucoadhäsive benötigt. Chitosan ist ein natürliches Mucoahäsiv, dass durch seine positive Ladung als Zusatzstoff für viele Antigene geeignet ist. Zudem ist es in der Lage tight junctions temporär zu öffnen um ein leichteres Eindringen von Wirkstoffen in den interzellularen Raum zu ermöglichen.
In der vorgestellten Studie wurde daher ein pulmonaler, inhalierbarer Nanoimpfstoff (S@CS) gegen SARS-CoV-2 mit dem positiv geladenen Chitosan (CS) und dem negativ geladenen Spikeprotein S (S) entwickelt. CS und S wurden dafür über physikalisches Mischen und elektrostatische Wechselwirkung zu Nanopartikeln (NP) zusammengestellt. Nach Überprüfen der NP Bildung, wurde die immunologische Wirkung und Toxizität des Nanoimpfstoffes in vitro an dendritischen Knochenmarkszellen untersucht (BMDCs). Anschließend wurde die Immunität gegen das Spikeprotein in vivo an BALB/c Mäusen getestet.

ERGEBNISSE

• sphärische Morphologie der Nanopartikel mit einem mittleren Durchmesser von 210 nm
• Veränderung des Zeta-Potentials nach physikalischem Mischen von S und CS→ Nachweis elektrostatischer Interaktion und NP-Bildung
• Signifikanter Anstieg der Zytokine CXCL10, FN-β, IL-0, TFN-α in vitro (BMDC-Zellen)
• Kein Nachweis von Zytotoxizität in vitro
• In Anwesenheit von CS kam es in vivo zu 113,3 bzw. 10,6-fach höheren Antigentitern von IgG im Vergleich zu der Gabe von nur S und der Injektion von S
• Zusätzlich zu der Ratio von 2,4 zwischen IgG1 und IgG2a, induzierten die Ergebnisse eine humorale und moderate zellulare Immunität gegen SARS-CoV-2
• Analyse des bronchoaveolaren Flüssigkeit über ELISA ergab, dass S@CS die Spikeproteine spezifische Immunantwort erhöhte und nicht das freie Spikeprotein

Zusammenfassung: In der vorgestellten Studie wurde ein pulmonaler inhalierbarer Nanoimpfstoff aus Chitosan und dem Spikeprotein S gegen SARS-CoV-2 entwickelt. Der chitosanbasierte Impfstoff war in der Lage sowohl eine humorale als auch eine zelluläre Immunität herbeizuführen. Außerdem wurde eine vergleichbare Immunität zu einem injizierten Impfstoff. Ein inhalierbarer Nanoimpfstoff zur Indizierung einer Schleimhautimmunität könnte daher eine Alternative zu herkömmlichen Impfstoffen bieten. Link zum Artikel: https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-021-4012-9