生物材料疫苗可预防广泛的细菌感染和感染性休克

由于耐药微生物感染的数量不断增加、致病菌的流行以及未来可能出现的新生物威胁的持续可能性，目前的传染病临床干预措施正面临越来越多的挑战。有效的疫苗可以作为一道屏障，防止许多细菌感染及其一些最严重的后果，包括败血症。

根据《Nature Biomedical Engineering》的报道，哈佛大学威斯生物工程研究所和约翰保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一个多学科研究团队开发了一种基于生物材料的感染疫苗(ciVAX)方法，作为一种可以广泛应用于这一普遍问题的解决方案。ciVAX疫苗结合了两种目前正在临床开发用于其他应用的技术，这两种技术使从广泛的病原体中捕获免疫原性抗原并将其纳入免疫细胞招募生物材料支架中成为可能。ciVAX疫苗被注射或植入皮下，然后重新编程免疫系统，以对抗病原体。

在他们的研究中，研究人员成功地测试了ciVAX技术作为一种预防最常见的败血症原因的措施，包括革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌菌株。为了突出这项技术的潜力，他们发现了一种预防性的ciVAX疫苗，能够保护所有接种过的小鼠免受耐抗生素大肠杆菌菌株的致命攻击，而对照组中只有9%的未接种疫苗的小鼠存活。在由不同的人类大肠杆菌分离物引起的猪脓毒症休克模型中，ciVAX疫苗阻止了所有4只动物发生脓毒症，而4只未接种疫苗的动物在12小时内发生了严重和突然的脓毒症。最后，使用一种模拟人类或动物群体的环式疫苗接种方案的方法，当一种CiVax疫苗装载从感染了一种致命大肠杆菌的动物身上分离出来的病原体源物质时，能够交叉保护动物免受另一种致命大肠杆菌菌株的感染。

“我们的方法从病原体中捕获大多数糖蛋白(和糖脂)抗原，并将它们以自身的形式呈现给免疫系统，这使我们比由单一抗原或重组抗原混合物组成的疫苗获得更大范围的潜在抗原。ciVAX疫苗可以制造和存储针对已知的病原体，但除此之外，除细菌抗原外的所有成分都可以从耐储存的cGMp产品中预先组装。一旦抗原得到，完整的疫苗可以在不到一个小时内组装起来，这使这项技术在需要快速反应时比其他疫苗方法具有独特的优势。”第一作者Edward Doherty说。

ciVAX组件的第二项技术是基于生物材料的疫苗技术，是由Wyss研究所和SEAS团队以及Dana-Farber癌症研究所的临床合作者开发的一种新型癌症免疫疗法。一种特别设计的癌症疫苗在人类癌症患者的临床试验中得到验证，刺激了显著的抗肿瘤免疫反应。诺华目前正致力于将疫苗技术商业化，用于某些癌症的应用，而Wyss的初创公司Attivare Therapeutics正在研究一种基于生物材料的相关疫苗方法，Doherty和前Wyss研究人员Benjamin Seiler和Fernanda Langellotto博士作为创始成员也参与了这项研究。

为了组装ciVAX疫苗，研究小组使用磁珠上的FcMBL从选择的病原体中捕获灭活的细菌碳水化合物分子，称为病原体相关分子模式（pAMps），然后简单地将复合物与介孔二氧化硅（MpS）颗粒和免疫细胞招募和激活因子混合。在皮肤下，多磺酸粘多糖形成了一个可渗透的、可生物降解的支架，它可以招募免疫系统的树突状细胞，对它们进行重新编程以呈现捕获的多磺酸粘多糖的片段，并再次释放它们。然后，树突状细胞迁移到附近的引流淋巴结，在那里它们对细菌病原体产生广泛的免疫反应。研究小组发现，ciVAX疫苗能迅速增强树突状细胞，在注射部位的积累和激活，并增加树突状细胞、产生抗体的B细胞和引流淋巴结中不同类型的T细胞的数量，从而产生有效的病原体导向免疫反应。

“除了降低医院内外感染败血症的风险外，我们的ciVAX疫苗技术还有可能挽救许多受到多种病原体威胁的人的生命，此外还可能防止感染在动物群体或牲畜感染人类之前传播。这是一个很好的例子，来自不同学科和经验的Wyss研究人员如何围绕迫切需要解决的医学问题进行自我组装，以创造强有力的新方法，”研究人员总结道。

Michael Super, Edward J. Doherty, Mark J. Cartwright, Benjamin T. Seiler, Fernanda Langellotto, Nikolaos Dimitrakakis, Des A. White, Alexander G. Stafford, Mohan Karkada, Amanda R. Graveline, Caitlin L. Horgan, Kayla R. Lightbown, Frank R. Urena, Chyenne D. Yeager, Sami A. Rifai, Maxence O. Dellacherie, Aileen W. Li, Collin Leese-Thompson, Hamza Ijaz, Amanda R. Jiang, Vasanth Chandrasekhar, Justin M. Scott, Shanda L. Lightbown, Donald E. Ingber, David J. Mooney. Biomaterial vaccines capturing pathogen-associated molecular patterns protect against bacterial infections and septic shock. Nature Biomedical Engineering, 2021; DOI: 10.1038/s41551-021-00756-3