Nanopartikuläre Impfstoffe: räumliche und zeitliche Kontrolle des Delivery von Toll-like-Rezeptor (TLR)-Agonisten und Antigen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Miriam Breunig
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546598635

Die Immunisierung ist zwar ein bestechend einfaches Konzept, aber die Zulassung eines Impfstoffs bleibt für viele Krankheitserreger wie HIV-1 eine Herausforderung. Um die Immunogenität des Hüllproteins (Env) von HIV-1 zu verbessern, werden beispielsweise Nanopartikeln angewandt, um das monovalente Antigen in einer polyvalenten Anordnung auf der nanopartikulären Oberfläche zu präsentieren. Das zeigten wir erfolgreich für die kovalente und orientierte Immobilisierung von Env auf Siliziumdioxid-Nanopartikeln (Env-SiNPs). Für dieses Projekt identifizierten wir Toll-like-Rezeptor (TLR)-Agonisten als zusätzliche Stellschraube zur Erhöhung der Immunogenität von Env, da eine orchestrierte Wirkung von TLRs und B-Zell-Rezeptoren (BCRs) die humorale Immunantwort von B-Zellen qualitativ und quantitativ verändern kann. Um dieses Ziel zu verfolgen, werden wir mit einer nanopartikulären Plattform die Präsentation des Env-Antigens in Kombination mit der kostimulierenden Wirkung von TLR-Agonisten auf B-Zellen räumlich und zeitlich steuern. Wir werden SiNPs herstellen und charakterisieren, die mit Env und TLR-Agonisten entweder auf verschiedenen (Env-SiNP, TLR-SiNP) oder auf derselben Oberfläche (Env-TLR-SiNP) dekoriert sind. Die SiNPs werden in TLR-Reporter- und humanen B-Zellen getestet, um sicherzustellen, dass sie die erforderliche Funktionalität aufweisen. Dabei sind folgende Punkte wichtig: 1. Zeitliche Kontrolle: Der erste Schwerpunkt wird sein, herauszufinden, ob es notwendig ist, eine bestimmte Reihenfolge für die Präsentation des Env-Antigens und des TLR-Agonisten auf B-Zellen einzuhalten. Dies wird entweder durch eine zeitlich verzögerte oder gleichzeitige Zugabe von Env-SiNPs und TLR-SiNPs zu B-Zellen realisiert. Darüber hinaus soll auch geklärt werden, ob eine längere Anwesenheit des TLR-Agonisten für die Qualität der B-Zell-Antwort vorteilhaft ist. So werden in einem ersten Schritt TLR-SiNPs in definierten Zeitintervallen wiederholt zugegeben, und in einem zweiten Schritt wird eine prolongierte Freisetzung von TLR-SiNPs aus Hydrogelen realisiert. 2. Räumliche Kontrolle: Der zweite Schwerpunkt wird die Untersuchung der gemeinsamen Immobilisierung von Env und TLR-Agonisten auf einem Partikel (Env-TLR-SiNPs) sein. Ebenso wird die anhaltende Präsenz von Env-TLR-SiNPs auf B-Zellen durch wiederholte Verabreichung in unterschiedlichen Zeitabständen und alternativ durch Freisetzung aus Hydrogelen untersucht. 3. Darüber hinaus werden die SiNP-Formulierungen anhand folgender Parameter optimiert: - Verhältnis zwischen Env-Antigen und TLR-Agonisten, - Auswahl des optimalen TLR-Agonisten in Kombination mit dem Env-Antigen, und - Kombination aus zwei verschiedenen TLR-Agonisten. In der zweiten Projektphase werden wir die Erkenntnisse nutzen, um die Hydrogele hinsichtlich der Freisetzungsdauer und -kinetik von Nanopartikeln zu optimieren und die Freisetzung und Immunogenität der Nanopartikel aus den Hydrogelen in vivo zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Achim Goepferich; Professor Dr. Lutz Nuhn; Professor Dr. Ralf Wagner