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Harvesting Murine Alveolar Macrophages and Evaluating Cellular Activation Induced by Polyanhydride Nanoparticles

Biodegradable nanoparticles have emerged as a  versatile platform for the design and implementation of new intranasal vaccines  against respiratory ...

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Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

Nanoparticulate  systems have emerged as valuable tools in vaccine delivery through their  ability to efficiently deliver cargo, including proteins, to ...

Despite the successes provided by vaccination, many challenges still exist with respect to controlling new and re-emerging infectious diseases. Innovative vaccine platforms composed of adaptable adjuvants able to appropriately modulate immune responses, induce long-lived immunity in a single dose, and deliver immunogens in a safe and stable manner via multiple routes of administration are needed. This work describes the development of a novel biodegradable polyanhydride nanoparticle-based vaccine platform administered as a single intranasal dose that induced long-lived protective immunity against respiratory disease caused by Yesinia pestis, the causative agent of pneumonic plague. Relative to the responses induced by the recombinant protein F1-V alone and MPLA-adjuvanted F1-V, the nanoparticle-based vaccination regimen induced an immune response that was characterized by high titer and high avidity IgG1 anti-F1-V antibody that persisted for at least 23 weeks post-vaccination. After challenge, no Y. pestis were recovered from the lungs, livers, or spleens of mice vaccinated with the nanoparticle-based formulation and histopathological appearance of lung, liver, and splenic tissues from these mice post-vaccination was remarkably similar to uninfected control mice.

Design of a protective single-dose intranasal nanoparticle-based vaccine platform for respiratory infectious diseases.

Trotz der Erfolge bereitgestellt durch Impfung gibt es viele Herausforderungen noch in Bezug auf die Steuerung neu und wieder auf dem Vormarsch Infektionskrankheiten. Innovative Impfstoff Plattformen bestehend aus anpassungsf&auml;higen Adjuvantien entsprechend modulieren Immunantworten, induzieren langlebig Immunit&auml;t in einer einmaligen Dosis, und liefern Immunogenen in einer sicheren und stabilen Weise &uuml;ber mehrere Verabreichungswege sind erforderlich. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung einer neuartigen biologisch abbaubare Polyanhydride Nanopartikel-basierte Impfstoff Plattform verabreicht als Einzeldosis intranasale, die langlebige sch&uuml;tzende Immunit&auml;t gegen respiratorische Erkrankung, die durch Yesinia Pestis, der Erreger der Lungenpest induziert. Relativ zu den Antworten, induziert durch das rekombinante Protein F1-V allein und MPLA-adjuvantierte F1-V, hatte das Nanopartikel-basierte Impfung induziert eine Immunantwort, die von hoher Titer gepr&auml;gt war und die hohe Avidit&auml;t IgG1-Anti-F1-V-Antik&ouml;rper, die f&uuml;r mindestens 23 Wochen Post-vaccination beibehalten. Nach Herausforderung kein Y. Pestis waren erholte sich von der Lunge, Leber oder Milz von M&auml;usen, die mit der Nanopartikel-basierte Formulierung geimpft und histopathologische Darstellung von Lunge, Leber und Milz Gewebe aus dieser M&auml;use-Post-vaccination wurde nicht infizierten Steuerelement M&auml;use bemerkenswert &auml;hnlich.

Entwurf einer Einzel-Dosis intranasale Nanopartikel-basierte Schutzimpfung-Plattform f&uuml;r ansteckende Erkrankungen der Atemwege.

The present study was designed to evaluate the adjuvant activity of polyanhydride microparticles prepared in the absence of additional stabilizers, excipients or immune modulators. Microparticles composed of varying ratios of either 1,6-bis(p-carboxyphenoxy)hexane (CPH) and sebacic acid or 1,8-bis(p-carboxyphenoxy)-3,6-dioxaoctane and CPH were added to in vitro cultures of bone marrow-derived dendritic cells (DCs). Microparticles were efficiently and rapidly phagocytosed by DCs in the absence of opsonization and without centrifugation or agitation. Within 2h, internalized particles were rapidly localized to an acidic, phagolysosomal compartment. By 48 h, only a minor reduction in microparticle size was observed in the phagolysosomal compartment, indicating minimal particle erosion consistent with being localized within an intracellular microenvironment favoring particle stability. Polyanhydride microparticles increased DC surface expression of major histocompatability complex class II, the co-stimulatory molecules CD86 and CD40, and the C-type lectin CIRE (murine DC-SIGN; CD209). In addition, microparticle stimulation of DCs also enhanced secretion of the cytokines IL-12p40 and IL-6, a phenomenon found to be dependent on polymer chemistry. DCs cultured with polyanhydride microparticles and ovalbumin induced polymer chemistry-dependent antigen-specific proliferation of both CD4(+) OT-II and CD8(+) OT-I T cells. These data indicate that polyanhydride particles can be tailored to take advantage of the potential plasticity of the immune response, resulting in the ability to induce immune protection against many types of pathogens.

Polyanhydride microparticles enhance dendritic cell antigen presentation and activation.

Die vorliegende Studie wurde entwickelt, um die Adjuvans-Aktivit&auml;t von Polyanhydride Mikropartikel vorbereitet ohne zus&auml;tzliche Stabilisatoren, Hilfsstoffe oder immun-Modulatoren zu bewerten. Mikropartikel aus unterschiedlichen Verh&auml;ltnisse der beiden 1, 6-Bis(p-carboxyphenoxy)-Hexan (CPH) und Sebacins&auml;ure oder 1,8-Bis(p-carboxyphenoxy)-3, 6-Dioxaoctane und CPH in-vitro-Kulturen von Knochenmark-abgeleitete dendritische Zellen (DCs) hinzugef&uuml;gt wurden. Mikropartikel waren effizient und schnell von DCs in Ermangelung von Opsonization und ohne Zentrifugation oder Unruhe phagozytierte. Innerhalb von 2 Stunden wurden verinnerlichte Teilchen schnell zu einem sauren, Phagolysosomal-Fach lokalisiert. Von 48 h war nur eine geringf&uuml;gige Verringerung Mikropartikel Gr&ouml;&szlig;e im Phagolysosomal Fach, beobachtet angibt, minimale Partikel Aush&ouml;hlung mit innerhalb einer intrazellul&auml;ren Mikromilieu bevorzugen Partikel Stabilit&auml;t lokalisiert wird. Polyanhydride Mikropartikel erh&ouml;ht DC Oberfl&auml;che Ausdruck des gro&szlig;en Histocompatability komplexe Klasse II, die co-stimulatory Molek&uuml;le CD86 und CD40 und das C-f&ouml;rmige Lektin CIRE (murine DC-SIGN; CD209). Dar&uuml;ber hinaus verbessert Mikropartikel Stimulation des DCs auch Sekretion der Zytokine IL - 12 p 40 und IL-6, ein Ph&auml;nomen gefunden um Polymerchemie abh&auml;ngig zu sein. DCs kultivierten mit Polyanhydride Mikropartikel und Eieralbumin induzierte Polymer Chemie-abh&auml;ngigen Antigen-spezifischen Proliferation von CD4(+) OT-II und CD8(+) OT-ich T Zellen. Diese Daten zeigen, dass Polyanhydride Partikel zugeschnitten werden k&ouml;nnen, um die potenziellen Plastizit&auml;t der Immunantwort, wodurch die F&auml;higkeit zu immun-Schutz gegen viele Arten von Krankheitserregern nutzen.

Polyanhydride Mikropartikel verbessern dendritischen Zellen Antigen-Pr&auml;sentation und Aktivierung.

Techniques in materials design, immunophenotyping, and informatics can be valuable tools for using a molecular based approach to design vaccine adjuvants capable of inducing protective immunity that mimics a natural infection but without the toxic side effects. This work describes the molecular design of amphiphilic polyanhydride nanoparticles that activate antigen presenting cells in a pathogen-mimicking manner. Biodegradable polyanhydrides are well suited as vaccine delivery vehicles due to their adjuvant-like ability to: 1) enhance the immune response, 2) preserve protein structure, and 3) control protein release. The results of these studies indicate that amphiphilic nanoparticles possess pathogen-mimicking properties as evidenced by their ability to activate dendritic cells similarly to LPS. Specific molecular descriptors responsible for this behavior were identified using informatics analyses, including the number of backbone oxygen moieties, percent of hydroxyl end groups, polymer hydrophobicity, and number of alkyl ethers. Additional findings from this work suggest that the molecular characteristics mediating APC activation are not limited to hydrophobicity but vary in complexity (e.g., presentation of oxygen-rich molecular patterns to cells) and elicit unique patterns of cellular activation. The approach outlined herein demonstrates the ability to rationally design pathogen-mimicking nanoparticle adjuvants for use in next-generation vaccines against emerging and re-emerging diseases.

Activation of innate immune responses in a pathogen-mimicking manner by amphiphilic polyanhydride nanoparticle adjuvants.

Techniken in Werkstoff-Design, Immunph&auml;notypisierung und Informatik k&ouml;nnen wertvolle Werkzeuge f&uuml;r die Verwendung eines molekularen Ansatzes Impfstoff Hilfsstoffe f&auml;hig zu gestalten werden zeigen, da&szlig; sch&uuml;tzende Immunit&auml;t, die eine nat&uuml;rliche Infektion nachahmt, aber ohne die toxischen Nebenwirkungen. Diese Arbeit beschreibt die MOLEKULARDESIGN AMPHIPHILE Polyanhydride Nanopartikel, die Antigen-pr&auml;sentierende Zellen in gewissem Sinne Pathogen-Nachahmung zu aktivieren. Biologisch abbaubare Polyanhydrides eignen sich gut als Impfstoff Lieferfahrzeuge aufgrund ihrer F&auml;higkeit Adjuvans-wie zu: 1) verbessern die Immunantwort, 2) bewahren Proteinstruktur und 3) control Protein-Freigabe. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass AMPHIPHILE Nanopartikel Pathogen-Nachahmung Eigenschaften besitzen, wie durch ihre F&auml;higkeit, dendritische Zellen &auml;hnlich wie LPS zu aktivieren. Spezifische Molekulare Deskriptoren f&uuml;r dieses Verhalten verantwortlich waren mit Informatik-Analysen, einschlie&szlig;lich der Anzahl der R&uuml;ckgrat Sauerstoff Adsorptionseigenschaften, Ende Hydroxylgruppen, Polymer Hydrophobie und Anzahl der Alkyl-Ether Prozent identifiziert. Zus&auml;tzliche Erkenntnisse aus dieser Arbeit zufolge die molekularen Eigenschaften, die Vermittlung von APC Aktivierung beschr&auml;nken sich nicht auf Hydrophobie aber variieren in der Komplexit&auml;t (z. B. Darstellung des sauerstoffreiches Molekulare Muster auf Zellen) und einzigartige Muster der zellul&auml;re Aktivierung zu entlocken. Der hierin beschriebenen Ansatz demonstriert die F&auml;higkeit, rational Pathogen-Nachahmung Nanopartikel Adjuvantien f&uuml;r den Einsatz in der n&auml;chsten Generation Impfstoffe gegen Schwellen- und ersteht jetzt wieder Krankheiten zu entwerfen.

Aktivierung der angeborenen Immunantwort auf Nachahmung von Pathogen Weise von AMPHIPHILE Polyanhydride Nanopartikel Adjuvantien.

Targeting pathogen recognition receptors on dendritic cells (DCs) offers the advantage of triggering specific signaling pathways to induce a tailored and robust immune response. In this work, we describe a novel approach to targeted antigen delivery by decorating the surface of polyanhydride nanoparticles with specific carbohydrates to provide "pathogen-like" properties that ensure nanoparticles engage C-type lectin receptors on DCs. The surface of polyanhydride nanoparticles was functionalized by covalent linkage of dimannose and lactose residues using an amine-carboxylic acid coupling reaction. Coculture of functionalized nanoparticles with bone marrow-derived DCs significantly increased cell surface expression of MHC II, the T cell costimulatory molecules CD86 and CD40, the C-type lectin receptor CIRE and the mannose receptor CD206 over the nonfunctionalized nanoparticles. Both nonfunctionalized and functionalized nanoparticles were efficiently internalized by DCs, indicating that internalization of functionalized nanoparticles was necessary but not sufficient to activate DCs. Blocking the mannose and CIRE receptors prior to the addition of functionalized nanoparticles to the culture inhibited the increased surface expression of MHC II, CD40 and CD86. Together, these data indicate that engagement of CIRE and the mannose receptor is a key mechanism by which functionalized nanoparticles activate DCs. These studies provide valuable insights into the rational design of targeted nanovaccine platforms to induce robust immune responses and improve vaccine efficacy.

Mannose-functionalized "pathogen-like" polyanhydride nanoparticles target C-type lectin receptors on dendritic cells.

Zielgruppenadressierung Pathogen Anerkennung Rezeptoren auf dendritische Zellen (DCs) bietet den Vorteil der ausl&ouml;senden spezifische Signalwege, um eine ma&szlig;geschneiderte und robuste Immunantwort zu induzieren. In diesem Werk beschreiben wir einen neuartigen Ansatz f&uuml;r gezielte Antigen-Lieferung von schm&uuml;cken die Oberfl&auml;che des Polyanhydride Nanopartikel mit bestimmten Kohlenhydraten &quot;Pathogen-&auml;hnliche&quot; Eigenschaften bereitstellen, die sicherstellen, dass Nanopartikel das C-f&ouml;rmige Lektin-Rezeptoren auf DCs zu engagieren. Die Oberfl&auml;che des Polyanhydride Nanopartikel wurde durch kovalente Bindung von Dimannose und Laktose ein Amin-Carbons&auml;ure Koppelung Reaktion mit funktionalisierten. Coculture von funktionalisierten Nanopartikeln mit Knochenmark abgeleitete DCs deutlich erh&ouml;ht Zelle Oberfl&auml;che Ausdruck von MHC-II, die T-Zelle kostimulatorischen Molek&uuml;le CD86 und CD40, C-Typ-Lektin-Rezeptor CIRE und den Mannose-Rezeptor CD206 &uuml;ber die nonfunctionalized Nanopartikel. Sowohl die nonfunctionalized als auch die funktionalisierten Nanopartikeln waren effizient von DCs, darauf hinweist, dass Internalisierung der funktionalisierten Nanopartikeln war notwendig, aber nicht ausreichend, um die DCs die Mannose-Blockierung aktivieren und CIRE Rezeptoren vor dem Hinzuf&uuml;gen von funktionalisierten Nanopartikeln zur Kultur die Oberfl&auml;che erh&ouml;hte Expression von MHC-II, CD40 und CD86 hemmte verinnerlicht. Zusammen, zeigen diese Daten, dass Engagement von CIRE und den Mannose-Rezeptor ein wichtiges Instrument ist die funktionalisierten Nanopartikeln DCs aktivieren. Diese Studien liefern wichtige Erkenntnisse &uuml;ber die rationale Gestaltung der gezielte Nanovaccine Plattformen zu induzieren robuste Immunantworten und Impfstoff Wirksamkeit verbessern.

&quot;Pathogen-Like&quot;-Polyanhydride Mannose-funktionalisierten Nanopartikeln Ziel C-Typ-Lektin-Rezeptoren auf dendritische Zellen.

An opportunity exists today for cross-cutting research utilizing advances in materials science, immunology, microbial pathogenesis, and computational analysis to effectively design the next generation of adjuvants and vaccines. This study integrates these advances into a bottom-up approach for the molecular design of nanoadjuvants capable of mimicking the immune response induced by a natural infection but without the toxic side effects. Biodegradable amphiphilic polyanhydrides possess the unique ability to mimic pathogens and pathogen associated molecular patterns with respect to persisting within and activating immune cells, respectively. The molecular properties responsible for the pathogen-mimicking abilities of these materials have been identified. The value of using polyanhydride nanovaccines was demonstrated by the induction of long-lived protection against a lethal challenge of Yersinia pestis following a single administration ten months earlier. This approach has the tantalizing potential to catalyze the development of next generation vaccines against diseases caused by emerging and re-emerging pathogens.

Rational design of pathogen-mimicking amphiphilic materials as nanoadjuvants.

Gelegenheit, existiert heute f&uuml;r &uuml;bergreifende Forschung mit Fortschritten in der Materialwissenschaft, Immunologie, mikrobielle Pathogenese und computational Analyse, die n&auml;chste Generation von Hilfsstoffen und Impfstoffe effektiv zu gestalten. Diese Studie integriert diese Fortschritte in einem Bottom-up-Ansatz f&uuml;r die molekulare Gestaltung der Nanoadjuvants welche die Immunantwort induziert durch eine nat&uuml;rliche Infektion aber ohne toxische Nebenwirkungen. Biologisch abbaubare AMPHIPHILE Polyanhydrides besitzen die einzigartige F&auml;higkeit, Krankheitserreger zu imitieren und Pathogen-assoziierte Molekulare Muster in Bezug auf innerhalb beibehalten und Aktivierung von Immunzellen, beziehungsweise. Die molekularen Eigenschaften verantwortlich f&uuml;r die Nachahmung von Pathogen-F&auml;higkeiten dieser Materialien wurden identifiziert. Der Wert der Verwendung Polyanhydride Nanovaccines zeigte die Induktion von langlebigen Schutz gegen eine t&ouml;dliche Herausforderung von Yersinia Pestis nach eine einzige Gabe zehn Monate zuvor. Dieser Ansatz hat das verf&uuml;hrerische Potenzial, die Entwicklung der n&auml;chsten Generation-Impfstoffe gegen Erkrankungen durch Schwellen- und ersteht jetzt wieder Krankheitserreger zu katalysieren.

Rationales Design von Pathogen-Nachahmung AMPHIPHILE Materialien als Nanoadjuvants.

C-type lectin receptors (CLRs) offer unique advantages for tailoring immune responses. Engagement of CLRs regulates antigen presenting cell (APC) activation and promotes delivery of antigens to specific intracellular compartments inside APCs for efficient processing and presentation. In these studies, we have designed an approach for targeted antigen delivery by decorating the surface of polyanhydride nanoparticles with specific carbohydrates to provide pathogen-like properties. Two conserved carbohydrate structures often found on the surface of respiratory pathogens, galactose and di-mannose, were used to functionalize the surface of polyanhydride nanoparticles and target CLRs on alveolar macrophages (AMÏ•), a principle respiratory tract APC. Co-culture of functionalized nanoparticles with AMÏ• significantly increased cell surface expression of MHC I and II, CD86, CD40 and the CLR CIRE over non-functionalized nanoparticles. Di-mannose and galactose functionalization also enhanced the expression of the macrophage mannose receptor (MMR) and the macrophage galactose lectin, respectively. This enhanced AMÏ• activation phenotype was found to be dependent upon nanoparticle internalization. Functionalization also promoted increased AMÏ• production of the pro-inflammatory cytokines IL-1Î², IL-6 and TNF-Î±. Additional studies demonstrated the requirement of the MMR for the enhanced cellular uptake and activation provided by the di-mannose functionalized nanoparticles. Together, these data indicate that targeted engagement of MMR and other CLRs is a viable strategy for enhancing the intrinsic adjuvant properties of nanovaccine adjuvants and promoting robust pulmonary immunity.

Tailoring the immune response by targeting C-type lectin receptors on alveolar macrophages using "pathogen-like" amphiphilic polyanhydride nanoparticles.

Das C-f&ouml;rmige Lektin-Rezeptoren (CLRs) bieten einzigartige Vorteile f&uuml;r das N&auml;hen der Immunantworten. Engagement der CLRs Antigen pr&auml;sentiert ZELLAKTIVIERUNG (APC) reguliert und f&ouml;rdert die Lieferung von Antigenen an bestimmte intrazellul&auml;re F&auml;cher innen APCs f&uuml;r effiziente Verarbeitung und Pr&auml;sentation. In diesen Studien haben wir ein Konzept f&uuml;r die gezielte Antigen Lieferung entworfen, von schm&uuml;cken die Oberfl&auml;che des Polyanhydride Nanopartikel mit bestimmten Kohlenhydraten Pathogen-&auml;hnliche Eigenschaften bereitstellen. Zwei konservierte Kohlenhydrat-Strukturen h&auml;ufig gefunden auf der Oberfl&auml;che der Atemwege Krankheitserreger, Galaktose und di-Mannose, wurden verwendet, um die Oberfl&auml;che des Polyanhydride Nanopartikel Stra&szlig;enschlachten und Ziel CLRs in alveol&auml;re Makrophagen (AM&#x3D5;), ein Prinzip Atemwege APC. Co-Culture von funktionalisierten Nanopartikeln mit AM&#x3D5; deutlich erh&ouml;ht Zelle Oberfl&auml;che Expression von MHC I und II, CD86 CD40 und die CLR-CIRE &uuml;ber nicht-funktionalisierten Nanopartikeln. Di-Mannose und Galaktose Funktionalisierung verbesserte auch den Ausdruck von den Makrophagen-Mannose-Rezeptor (MMR) und die Makrophagen Galaktose Lektin, beziehungsweise. Dieses verbesserte AM&#x3D5;-Aktivierung-Ph&auml;notyp wurde festgestellt, dass Nanopartikel Internalisierung abh&auml;ngig sein. Funktionalisierung bef&ouml;rdert auch erh&ouml;hte AM&#x3D5; Produktion von Pro-inflammatorische Zytokine IL-1&beta;, IL-6 und TNF-&alpha;. Weitere Studien haben gezeigt, das Erfordernis der MMR f&uuml;r die verbesserte Aufnahme und Aktivierung bereitgestellt durch die di-Mannose funktionalisierten Nanopartikeln. Zusammen zeigen diese Daten, dass gezielte Engagement der MMR und anderen CLRs eine tragf&auml;hige Strategie verbessern die systeminterne Adjuvans-Eigenschaften von Nanovaccine Adjuvantien und robuste pulmonale Immunit&auml;t zu f&ouml;rdern.

Schneiderei die Immunantwort durch gezielte C-Typ-Lektin-Rezeptoren auf alveol&auml;re Makrophagen mit &quot;Pathogen-artige&quot; AMPHIPHILE Polyanhydride Nanopartikel.

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Publication title Cited by 16	2012
Publication title Cited by 60	2012

Article	Year
The Canadian veterinary journal. La revue vÃ©tÃ©rinaire canadienne\| PubMed ID: 19119370	2008
Annals of the New York Academy of Sciences\| PubMed ID: 19120246	2008
The Journal of parasitology\| PubMed ID: 19835434	2010
Clinical and vaccine immunology : CVI\| PubMed ID: 20032217	2010
Design of a protective single-dose intranasal nanoparticle-based vaccine platform for respiratory infectious diseases. PloS one\| PubMed ID: 21408610	2011
Polyanhydride microparticles enhance dendritic cell antigen presentation and activation. Acta biomaterialia\| PubMed ID: 21439412	2011
Cellular immunology\| PubMed ID: 21481338	2011
Digestive diseases and sciences\| PubMed ID: 21503679	2011
Activation of innate immune responses in a pathogen-mimicking manner by amphiphilic polyanhydride nanoparticle adjuvants. Biomaterials\| PubMed ID: 21703679	2011
Mannose-functionalized "pathogen-like" polyanhydride nanoparticles target C-type lectin receptors on dendritic cells. Molecular pharmaceutics\| PubMed ID: 21882825	2011
PloS one\| PubMed ID: 22174891	2011
Rational design of pathogen-mimicking amphiphilic materials as nanoadjuvants. Scientific reports\| PubMed ID: 22355713	2011
Tailoring the immune response by targeting C-type lectin receptors on alveolar macrophages using "pathogen-like" amphiphilic polyanhydride nanoparticles. Biomaterials\| PubMed ID: 22465338	2012
The Journal of parasitology\| PubMed ID: 22662870	2012

Amanda E. Ramer-Tait

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