تهیه و ارزیابی نانوذرات آلژینات سدیم حاوی پروتئین CRM197 به روش ژلی شدن یونی
محورهای موضوعی : سنتز و مشخصه یابی نانوساختارها
سمیرا آقامیری
1
,
مجتبی نوفلی
2
,
حمید رضا گودرزی
3
,
پروانه صفاریان
4
,
زهرا صالحی نجف آبادی
5
1 - گروه زیست شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه تحقیق و توسعه، موسسه تحقیقات واکسن و سرم¬سازی رازی، سازمان آموزش و ترویج تحقیقات کشاورزی، کرج، ایران
3 - گروه تحقیق و توسعه، موسسه تحقیقات واکسن و سرم‌سازی رازی، سازمان آموزش و ترویج تحقیقات کشاورزی، کرج، ایران
4 - گروه زیست شناسی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
5 - گروه تحقیق و توسعه، موسسه تحقیقات واکسن و سرم¬سازی رازی، سازمان آموزش و ترویج تحقیقات کشاورزی، کرج، ایران
کلید واژه: CRM197, سیستم انتقال آنتی‌ژن, نانوذرات آلژینات سدیم, ژلی شدن یونی,
چکیده مقاله :
توسعه واکسن های نوترکیب بر علیه بیماری های عفونی وابسته به شناسایی آنتی ژن های ایمنی زا و سیستم های انتقال واکسن مانند نانوذرات پلیمری است که قادر به تحریک پاسخ های ایمنی مشابه یا بیشتر از واکسن های معمولی و کاهش عوارض مرتبط با واکسن سنتی هستند. در پژوهش حاضر به ارزیابی سنتز و بررسی خصوصیات نانوذرات آلژینات سدیم حامل پروتئین CRM197 به‌عنوان سیستم انتقال آنتی‌ژن پرداخته شد. سنتز نانوذرات بلانک بهینه شده بدون بارگذاری پروتئین و نانوذرات حاوی پروتئین انجام شد. پس از طراحی آزمایش و تعیین فاکتورهای فیزیکو شیمیایی موثر در سنتز نانوذرات بهینه، اندازه، پتانسیل زتا، مورفولوژی، راندمان کپسوله سازی، الگوی رهایش، طیف‌سنجی FTIR بررسی شد. نانوذرات بهینه شده در غلظت آلژینات سدیم w/v 2/0%، کلرید کلسیم w/v 1/0%، پلی ال- لایزین w/v 04/0% طی 45 دقیقه هم زدن با دور 2000 دور در دقیقه و 5/6 pH تهیه شدند. متوسط اندازه نانوذرات و پتانسیل زتا برای نانوذرات بلانک و بارگذاری شده با CRM197 به ترتیب 88 و 245 نانومتر وپتانسیل زتا 21- و 2/24- میلی ولت بود. LE و LC به ترتیب بیش از 80% و 20% و رهایش پروتئین از نانوذرات پایدار و طولانی مدت بود. عدم ایجاد علائم موضعی و سیستمیک و همچنین افزایش وزن در گروه موشی مورد مطالعه، نشان دهنده بی ضرر بودن ترکیب نانوذره و پروتئین بود. نانوذرات آلژینات به‌عنوان سیستم انتقال آنتی‌ژن جهت انتقال هدفمند همراه با آزادسازی کنترل شده، آهسته و بهبود پایداری آنتی‌ژن نوترکیب دیفتری (CRM197) جهت ایمن سازی در برابر بیماری دیفتری استفاده کرد.
Development of the recombinant vaccines against infectious diseases is dependent on the identification of immunogenic antigens and vaccine delivery systems such as polymeric nanoparticles that are able to stimulate immune responses similar to or better than conventional vaccines and reduce complications associated with traditional vaccines. At the present study, synthesis and properties of the sodium alginate nanoparticles carrying CRM197 protein as an antigen delivery system were evaluated. Synthesis of the blank optimized without protein loading and protein-containing nanoparticles was performed by ionic gelation method. After designing of the experiment (DoE) and determining the influential physicochemical factors in ideal nanoparticles synthesis; size, zeta potential, morphology, encapsulation efficiency, release pattern and FT-IR spectroscopy were investigated. The optimized nanoparticles were prepared at a concentration of 0.2% w/v sodium alginate, 0.1% w/v calcium chloride, 0.04% w/v poly-L-lysine during 45 minutes of stirring at 2000 rpm and in pH 6.5. The average nanoparticle size for blank and CRM197 loaded nanoparticles were 88 and 245 nm also zeta potential -21 and -24.2 mV, respectively. LE and LC were >80% and >20%, respectively, associated with a stable and long-term encapsulated protein release pattern from nanoparticles. Absence of local and systemic signs, as well as weight gain in the mice group studied, indicated the safety of the nanoparticles and CRM197 protein combination. Based upon the above achievements, alginate nanoparticles can be used as an antigen delivery system for targeted delivery with controlled, slow release and improved stability of recombinant diphtheria antigen (CRM197) for immunization against diphtheria disease.
1.
P. Murray, K. Rosenthal, M. Pfaller, Health Sci. 9, 426 (2020). 2.
K.E. Clarke, A. MacNeil, S. Hadler, C. Scott, T.S. Tiwari, T. Cherian, Emerg. Infect. Dis. 25, 1834 (2019).3. K. Stratton, A. Ford, E. Rusch, E.W. Clayton, Vaccines CtRAEo. Diphtheria Toxoid–, Tetanus Toxoid–, and Acellular Pertussis–Containing Vaccines. Adverse Effects of Vaccines: Evidence and Causality, (National Academies Press, 2011) pp 105-
120. 4.
T. Lampidis, L. Barksdale, J. Bacteriol. 105, 77 (1971).
5.
E. Montomoli, S. Piccirella, B. Khadang, E. Mennitto, R. Camerini, A. De Rosa, Expert Rev. Vacc. 10, 1053 (2011).
6.
T. UCHIDA, D.M. Gill, A. Pappenheimer, Nat. New Bio. 233, 8 (1971).
7.
G. Giannini, R. Rappuoli, G. Ratti, Nucleic Aci. Res. 12, 4063 (1984).
8.
L. Tomljenovic, C.A. Shaw, Lupus. 21, 223 (2012).
9.
N. Principi, S. Esposito, Vacc. 36, 5825 (2018). 10.
J.A. Tonkin, S. Shamsudeen, M.R. Brown, R.E. Serda, P. Rees, H.D. Summers, IET Optoelec. 8, 113 (2014). 11.
T. Akagi, M. Baba, M. Akashi, Polymers Nanomed. 2, 31 (2012). 12.
K.S. Soppimath, T.M. Aminabhavi, A.R. Kulkarni, W.E. Rudzinski, J. Control. Release. 70, 1 (2001). 13.
M.L. Hans, A.M. Lowman, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 6, 319 (2002). 14.
A. Hajizade, F. Ebrahimi, A.H. Salmanian, A. Arpanaei, J. Amani. JABR. 1, 125 (2014). 15.
R. Keikha, K. Daliri, A. Jebali, Vacci. 9, 74 (2021). 16.
V. Wagner, B. Hüsing, S. Gaisser, A.K. Bock, JRC-IPTS, EUR. 23494 (2008). 17.
J. Han, D. Zhao, D. Li, X. Wang, Z. Jin, K. Zhao. Polymers. 10, 31 (2018). 18.
A. Bibi, S. Rehman, A. Yaseen, Mater. Res. Express. 6, 092001 (2019). 19.
S. Pachiyappan, D. Shanmuganatham Selvanantham, S.S. Kuppa, S. Chandrasekaran, A.V. Samrot, IET Nanobiotechnol. 13, 416 (2019). 20.
N.K. Sachan, S. Pushkar, A. Jha, A. Bhattcharya, J. Pharm. Res. 2, 1191 (2009). 21.
U. Remminghorst, B.H. Rehm, Discov. Nano. 28, 1701 (2006). 22.
M. Szekalska, A. Puciłowska, E. Szymańska, P. Ciosek, K. Winnicka, Int. J. Poly. Sci. 2, 20 (2016). 23.
C.K. Kuo, P.X. Ma, Biomat. 22, 511 (2001). 24.
C. Vauthier, K. Bouchemal, Pharm. Res. 26, 1025 (2009). 25.
Y. Fang, S. Al-Assaf, G.O. Phillips, K. Nishinari, T. Funami, P.A. Williams, J. Phys. Chem. B. 111, 2456 (2007). 26.
C. Ouwerx, N. Velings, M. Mestdagh, M.A. Axelos, Polym. Gels Nnetw. 6, 393 (1998). 27.
S. Moradi Bidhendi, H. Zolfagharian, N. Mohamadpour Dounighi, F. Saraei, P. Khaki, F. Inanlou, Arch. Razi Inst. 68, 139 (2013). 28.
H. Daemi, M. Barikani, Sci. Irani. 19, 2023 (2012). 29.
M. Rajaonarivony, C. Vauthier, G. Couarraze, F. Puisieux, P. Couvreur, J. Pharmac. Sci. 82, 912 (1993). 30.
P. Malyala, M. Singh, Vacc. Adju. Meth. Proto. 5, 91 (2010). 31.
F. Sarei, N.M. Dounighi, H. Zolfagharian, P. Khaki, S.M. Bidhendi, Ind. J. Pharm. Sci. 75, 442 (2013). 32. G.S
. Sonavane, P.V. Devarajan, J. Biomed. Nanotechnol. 3, 160 (2007). 33.
M.G. Ferreiro, L. Tillman, G. Hardee, R. Bodmeier, Int. J. Pharmac. 239, 47 (2002). 34.
H.R. Goudarzi, A. Mokarram, M. Noofeli, A. Shirvan, M. Saadati. Int. J. Adv. Biotechnol. Res. 7, 558 (2016). 35.
S. Kriegseis, A.Y. Vogl, L. Aretz, T. Tonnesen, R. Telle, Open Ceram. 4, 100037 (2020). 36.
W. Huo, X. Zhang, K. Gan, Y. Chen, J. Xu, J. Yang, J. Euro. Ceramic Soci. 39, 574 (2019). 37.
J. Emami, M.S. Boushehri, J. Varshosaz, Res. Pharmac. Sci. 9, 301 (2014). 38.
V.K. Gupta, P. Karar, Int. J. Pharm. Sci. 3, 78 (2011). 39.
W. Samprasit, P. Akkaramongkolporn, S. Jaewjira, P. Opanasopit, J. Drug Del. Scie. Tech. 46, 312 (2018). 40.
F.A. Mohamed, F. Laraba-Djebari, Vacci. 34, 2692 (2016). 41.
T. Mateovi, B. Kriznar, M. Bogataj, A. Mrhar, J. Microenca. 19, 29 (2002). 42.
P. Sansdrap, A.J. Moës. Int. J. Pharmac. 98, 157 (1993). 43.
E.B. Denkbaş, E. Kilicay, C. Birlikseven, E. Öztürk, Rea. Func. Poly. 50, 225 (2002). 44.
E.B. Denkbaş, M. Odabaşi, J. Appl. Poly. Sci. 76, 1637 (2000). 45.
F. Baghbani, F. Moztarzadeh, J.A. Mohandesi, F. Yazdian, M. Mokhtari-Dizaji, S. Hamedi, Int. J. Biol. Macromol. 89, 550 (2016). 46.
C. Ravi, K. Zaved Ahmed, M. Abul Kalam Azad. IET Nanobiotechnol. 13, 742 (2019). 47.
M.O. Oyewumi, A. Kumar, Z. Cui, Expert Rev. Vacci. 9, 1095 (2010). 48.
I. Nurdin, The effect of pH and time on the stability of superparamagnetic maghemite nanoparticle suspensions, (MATEC Web of Conferences, 2016), p. 752. 49.
D. Peng, K. Huang, Y. Liu, S. Liu, Int. J. Pharmac. 342, 82 (2007).