Recherche sur les systèmes de nanotransporteurs pour les vaccins nasaux

Research on nanodelivery systems for nasal vaccine

• Auteur / Autrice : Minh Quan Le
• Direction : Didier Betbeder
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomolécules, pharmacologie, thérapeutique
• Date : Soutenance le 25/10/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Inflammation Research International Center (Lille) - Lille Inflammation Research International Center

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grippe humaine

Vaccins antigrippaux

Administration par voie nasale

Systèmes de délivrance de médicaments

Dissertations universitaires

Nanoparticules

Grippe

Vaccin antigrippal

Voie nasale

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Délivrance

Administration intranasale

Vaccin

Grippe

Nanoparticles

Intranasal vaccine delivery

Influenza

Mucoadhesive

Résumé

L'administration nasale a un grand avantage pour stimuler l'immunité protectrice locale et systémique. Cependant, des systèmes d'administration et des adjuvants sont souvent nécessaires pour améliorer l'efficacité du vaccin intranasal. Nous avons appliqué la technologie des nanoparticules en tant que système universel de délivrance de vaccins contre la grippe dans le projet européen FP7 appelé UniVacFlu.Nous avons évalué différentes nanoparticules (NP) pour rechercher le meilleur nanovecteur. Pour cela, nous avons comparé 5 types de nanoparticules avec différentes charges de surface (anioniques ou cationiques) et diverses compositions internes comme vecteurs potentiels: des liposomes cationiques ou anioniques, des NP de PLGA cationique ou anionique (poly acide lactique co-glycolique) et une NP cationique composée de maltodextrine fonctionnalisée par un agent cationisant avec un coeur de lipides anioniques (NPL). Nous avons d'abord quantifié leur temps de résidence nasale après l'administration nasale chez la souris en utilisant l'imagerie in vivo et les NPL ont montré le plus long temps de résidence. L'endocytose in vitro sur des cellules muqueuses (cellules épithéliales des voies respiratoires, macrophages et cellules dendritiques) en utilisant des nanoparticules marquées a été réalisée par cytométrie de flux et microscopie confocale. Parmi les 5 nanoparticules, les NPL ont été majoritairement captées par 3 lignées cellulaires différentes représentatives d’un épithélium respiratoire et les mécanismes d'endocytose ont été caractérisés. Afin d’évaluer le meilleur vecteur en tant que véhicules, le chargement d'antigènes et la délivrance intracellulaire ont été évalués dans des cellules de la muqueuse des voies respiratoires (cellules épithéliales des voies aériennes, macrophages et cellules dendritiques) par cytométrie de flux. Nous montrons que les NPL sont les meilleurs candidats capables de délivrer la plus grande quantité de protéines dans les cellules. Pris ensemble, notre étude a révélé que parmi 5 nanoparticules, la NPL était le meilleur nanovecteur en termes de temps de résidence nasale, d'endocytose par les cellules et de délivrance de protéines dans l'épithélium des voies respiratoires. Les NPL ont donc été sélectionnées comme nanovecteurs pour le projet UniVac Flu.Les antigènes de la grippe CTA1-3M2e-DD et HA ont été formulés avec les NPL. Le CTA1-3M2e-DD est un antigène chimérique adjuvanté et ciblé. Il est composé de la sous-unité A1 de la toxine du choléra et un épitope conservé du virus grippal A (M2e), ainsi que le dimère de l'analogue synthétique de la protéine A de Staphylococcus aureus (DD) utilisé comme agent de ciblage des lyphocytes B. Pour améliorer l'effet antigénique, l’HA recombinant de H1N1 a été combinée avec CTA1-3M2e-DD. Ces formulations ont été évaluées chez la souris par le consortium UniVacFlu. Les résultats ont montré que CTA1-3M2e-DD et HA chargé dans les NPL formeraient un vaccin intranasal prometteur contre la grippe. Ce travail de thèse montre que les NPL sont des nanovecteurs d’intérêt pour le vaccin nasal.

Nasal administration has great advantage for stimulating the immune system, such as stimulating local and systemic protective immunity. However, delivery systems and adjuvants are often necessary to improve the efficacy of the intranasal vaccine. We applied nanoparticle technology to deliver a universal influenza vaccine via the nasal route in a European FP7 project called UniVacFlu.We evaluated different nanoparticles to search the best nanocarrier for an intranasal vaccine. Here we compared 5 types of nanoparticles with different surface charges (anionic or cationic) and various inner compositions as potential vectors: cationic and anionic liposomes, cationic and anionic PLGA (Poly Lactic co-Glycolic Acid) nanoparticles and zwitterionic maltodextrin nanoparticles (cationic surface with an anionic lipid core: NPL). We first quantified their nasal residence time after nasal administration in mice using in vivo live imaging and NPL showed the longest residence time. In vitro endocytosis on mucosal cells (airway epithelial cells, macrophages and dendritic cells) using labeled nanoparticles were performed by flow cytometry and confocal microscopy. Among the 5 nanoparticles, NPL were taken up to the greatest extent by the 3 different cell lines and the endocytosis mechanisms of NPL were characterized. In order to compare different nanoparticles as vaccine carriers, antigen loading and cell delivery were evaluated. In this study, we compared the loading and delivery of labeling ovalbumin with airway mucosa cells (airway epithelial cells, macrophages and dendritic cells) by flow cytometry. Our data showed that NPL were the best candidate that can payload with highest amount of protein and eventually the most efficient cellular protein delivery capacity. Taken together, our study revealed that among 5 nanoparticles, NPL were the best nanocarrier that own longer nasal residence time, efficiently uptake and deliver protein into airway epithelium. NPL were then selected as nanocarrier for the UniVac Flu project.The flu antigens CTA1-3M2e-DD and HA were formulated with NPL. The CTA1-3M2e-DD is an adjuvanted antigen composed of the A1 subunit of cholera toxin and a conserved epitope of influenza A virus (M2e), as well as the dimer of the synthetic analogue of Staphylococcus aureus protein A (DD) used to target B cells. To improve antigenic effect, recombinant HA from H1N1 was combined with CTA1-3M2e-DD. These formulations were evaluated in mice by the UniVacFlu consortium. We observed that CTA1-3M2e-DD and HA loaded into NPL could be a promising universal intranasal influenza vaccine.