Uma nova revisão mostra como as nanovacinas à base de quitosana poderiam proteger antígenos frágeis, aumentar a imunidade das mucosas e reduzir a dependência da cadeia de frio, mas a aprovação clínica ainda depende de evidências mais fortes de segurança, estabilidade e fabricação.
Estudar: Nanopartículas de quitosana para vacinação em mucosas e sem agulhas. Crédito da imagem: Corona Borealis Studio / Shutterstock
O desenvolvimento de vacinas explora cada vez mais biomateriais avançados para superar as limitações logísticas e biológicas das vacinas convencionais. Uma revisão recente publicada na revista Vacinas npj examinou como nanotecnologia poderia apoiar sistemas de distribuição de vacinas mais termoestáveis e potencialmente independentes da cadeia de frio.
Ao focar na quitosana, um polímero catiônico pure, a revisão descreve como os pesquisadores desenvolveram nanoestruturas que protegem antígenos frágeis, ao mesmo tempo que melhoram as respostas imunológicas sistêmicas e mucosas. As descobertas destacam as principais relações estrutura-função subjacentes a estas plataformas e o seu potencial para apoiar estratégias de vacinação escalonáveis e sem agulhas.
Enfrentando desafios logísticos no armazenamento de vacinas
As vacinas convencionais enfrentam desafios, incluindo a dependência do armazenamento refrigerado e a eficácia limitada nas superfícies mucosas, os principais pontos de entrada para agentes patogénicos infecciosos. Para resolver essas limitações, os pesquisadores exploraram a quitosana, um polissacarídeo catiônico pure derivado da quitina. Sua estrutura molecular se assemelha à da matriz extracelular de mamíferos, proporcionando excelente biocompatibilidade e biodegradação controlada.
A quitosana é gradualmente decomposta pelas enzimas lisozimas em subprodutos não tóxicos, permitindo uma interação segura com os tecidos; no entanto, as taxas de degradação variam com a formulação, peso molecular, grau de desacetilação e estratégia de reticulação. Suas propriedades podem ser ainda mais ajustadas ajustando o grau de desacetilação ou por meio de estratégias de reticulação, como o tratamento com genipina, que melhora a estabilidade estrutural e protege antígenos vacinais sensíveis.
Técnicas de Fabricação e Modificação
Os pesquisadores examinaram os métodos de fabricação, modificações químicas e controle de qualidade necessários para desenvolver nanovacinas à base de quitosana. Eles se concentraram no desenvolvimento de derivados de quitosana com melhor solubilidade, estabilidade e desempenho de entrega de antígeno.
A quaternização produz derivados como N-trimetilquitosana (TMC) e N-(2-hidroxipropil)-3-trimetil quitosana (HTCC), que carregam uma carga positiva permanente que aumenta a ligação e a entrega do ácido nucleico. A carboximetilação melhora a solubilidade em pH fisiológico, facilitando o encapsulamento de proteínas sensíveis e antígenos virais. A acilação e a alquilação geram derivados anfifílicos que fortalecem as interações com as membranas biológicas e melhoram a absorção celular.
O estudo também discutiu diversas técnicas de fabricação. A gelificação iônica usando tripolifosfato é usada porque opera sob condições suaves que preservam a integridade do antígeno. A nanoprecipitação pode produzir nanopartículas com diâmetros variando de 20 a 100 nanômetros, adequados para entrega intracelular. A secagem por pulverização permitiu a conversão de líquido em pós secos estáveis para armazenamento e aplicações de vacinas inaláveis.
Para garantir um desempenho consistente, estes nanomateriais passar por extensa caracterização. DLS mede o tamanho das partículas e a polidispersidade, enquanto a análise do potencial zeta avalia a estabilidade coloidal, visando valores superiores a ±30 mV. Características estruturais, como morfologia das partículas e arquitetura core-shell, são examinadas usando TEM, SEMe AFM.
Mecanismos que melhoram a ativação da resposta imunológica
A revisão destacou mecanismos através dos quais as nanoestruturas baseadas em quitosana podem melhorar as respostas imunológicas após a captação pelas células apresentadoras de antígenos.APCs), incluindo macrófagos e células dendríticas. Após a endocitose, os grupos amino da quitosana tornam-se cada vez mais protonados no ambiente endossomal ácido. Isto pode promover o inchaço endossomal e a desestabilização da membrana, facilitando assim a libertação de antigénios encapsulados no citosol. Os antígenos liberados são então processados proteassomicamente e apresentados através do MHC I caminho.
A ruptura endossomal também pode servir como um sinal imunoestimulador chave em formulações selecionadas à base de quitosana, ativando o inflamassoma NLRP3 e levando à maturação e liberação de citocinas pró-inflamatórias, incluindo IL-1β e IL-18, amplificando assim as respostas imunes. O estudo também descreveu a ativação do cGAS-By way of STING, na qual o estresse celular e a liberação de DNA mitocondrial estimulam o cGAS, desencadeando a sinalização STING a jusante e a produção de interferons tipo I, que são cruciais para a imunidade antiviral.
Melhorando a entrega da mucosa e a administração direcionada
Os nanoadjuvantes à base de quitosana são considerados promissores para a administração de vacinas nas mucosas devido às suas fortes propriedades mucoadesivas. Em aplicações intranasais e pulmonares, as nanopartículas carregadas positivamente interagem com resíduos de ácido siálico carregados negativamente nas superfícies epiteliais. Isto prolonga o tempo de residência, reduzindo a depuração mucociliar e pode abrir temporariamente as junções estreitas epiteliais, aumentando o transporte do antígeno para os tecidos linfóides.
Para a vacinação oral, as nanopartículas de quitosana são frequentemente incorporadas em sistemas compósitos protetores, como formulações revestidas com alginato. Esses revestimentos protegem os antígenos da vacina contra condições gástricas ácidas e degradação enzimática durante o trânsito gastrointestinal. Uma vez que as partículas atingem com sucesso o intestino delgado, a camada protetora se dissolve, liberando a carga útil do antígeno e melhorando a absorção pelos tecidos linfóides associados ao intestino.
Direções Futuras para Plataformas de Vacinas Escaláveis
Em resumo, estudos pré-clínicos indicam que os sistemas de nanovacinas baseados em quitosana podem melhorar substancialmente a estabilidade e a distribuição da vacina. Num exemplo de estabilidade acelerada, os pós de vacina contra a gripe secos por pulverização utilizando transportadores de quitosana preservaram a integridade do antigénio durante até três meses a temperaturas tão elevadas como 60°C, destacando o seu potencial para reduzir ou eliminar a dependência do armazenamento em cadeia de frio durante a distribuição. Contudo, os dados de estabilidade a longo prazo em tempo actual sob condições regulamentares permanecem limitados.
Apesar destes resultados, a tradução clínica permanece numa fase inicial. Estudos iniciais de Fase I e II de vacinas intranasais contra influenza baseadas em quitosana mostraram perfis de segurança favoráveis e respostas locais de IgA na mucosa. No entanto, as respostas imunitárias em humanos têm sido menos consistentes do que as observadas em modelos animais, sublinhando os desafios de traduzir os resultados pré-clínicos em eficácia clínica. Nenhuma vacina baseada em nanopartículas de quitosana recebeu ainda aprovação clínica. O progresso futuro dependerá do desenvolvimento de materiais de quitosana padronizados, de qualidade farmacêutica, com pesos moleculares e graus de desacetilação bem definidos, para garantir uma produção reprodutível sob Boas Práticas de Fabricação.
Trabalhos futuros devem esclarecer a segurança a longo prazo, a recuperação da barreira epitelial após a abertura transitória de junções estreitas e as interações moleculares entre antígenos e matrizes poliméricas. Globalmente, enfrentar estes desafios será elementary para o avanço de vacinas auto-administráveis e sem agulhas para a imunização de rotina e para a preparação para futuras pandemias.