Phát triển nanovaccine đường uống cho cá

Công nghệ nano được áp dụng để phát triển vaccine tiêm phòng đại trà cho cá bằng cách kết hợp trong thức ăn hoặc thông qua ngâm nước điều này phù hợp với điều kiện đồng ruộng. Do đó một số vắc xin đường uống đã được phát triển bằng cách sử dụng nano (NP), dẫn đến kết quả đầy hứa hẹn về khả năng bảo vệ chống lại các bệnh truyền nhiễm. Hiện nay một số vật liệu hữu cơ như chitosan, poly, nanopoliplexes và các hạt giống virus (VLP) đã được sử dụng để phát triển nano vaccine nhằm chống lại bệnh tật cho cá.

Ưu điểm của vaccine dựa trên vật liệu nano là tính ổn định của kháng nguyên, khả năng phân phối trong cơ thể và tăng cường khả năng sinh miễn dịch của vật chủ. Sự hấp phụ của kháng nguyên thường được thực hiện bởi các liên kết vật lý yếu như: lực tĩnh điện… mà chúng thường bị phân ly bởi những thay đổi của môi trường như: pH và nhiệt độ. Do đó, sự liên hợp của kháng nguyên vào NPs mang lại sự liên kết ổn định hơn vì nó tạo phức hóa học bằng liên kết cộng hóa trị.

Việc lựa chọn vật liệu nano trong nano vaccine không phải là một việc dễ dàng. Ví dụ, các hạt nano vô cơ cho thấy sự ổn định về mặt hóa học và nhiệt cho các kháng nguyên. Tuy nhiên, sự tương tác sinh học của chúng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và bề mặt hạt, nếu không có đầy đủ các tính chất trên có thể gây ra độc tính. Mặt khác, các hạt nano hữu cơ dựa trên chitosan, poly (PLGA), liposome, những hạt này có ưu điểm hơn như: độc tính thấp hơn, phân phối sinh học tốt hơn. Tuy nhiên, chúng có độ bền hóa học và nhiệt kém. Đối với cá, cho đến nay sự phát triển của nanovaccine tập trung vào các vật liệu nano hữu cơ.

Nhìn chung, các nanovaccine có thể tạo ra các phản ứng miễn dịch tế bào và dịch thể ở cá, nhưng các phản ứng tế bào vẫn khó nắm bắt được. Người ta cho rằng các vaccine nano đường miệng có thể cung cấp một cách hiệu quả các kháng nguyên tinh khiết hoặc vắc-xin DNA cho ruột, mang, gan, cơ, tim, máu, lá lách và đầu thận. Để đối phó với nano vaccine đường miệng, các tế bào miễn dịch bẩm sinh cá tăng cường hoạt động hô hấp và các hoạt động miễn dịch của các enzyme lysozyme, myeloperoxidase và superoxide dismutase.

Ba hợp chất chủ yếu được sử dụng để phát triển các nanovaccine đường uống chống lại các bệnh truyền nhiễm cho cá: chitosan, poly (PLGA) và nanopoliplexes. Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây sử dụng các hạt giống virus (VLP) làm chất mang cho các nanovaccine đường uống đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn.

NPs Chitosan

Chitosan đã được sử dụng như một phương tiện cung cấp nanovaccine đường uống cho nuôi trồng thủy sản tạo ra giải pháp thay thế để ngăn ngừa và kiểm soát các bệnh do vi khuẩn và vi rút. Chitosan không độc hại và có thể phân hủy sinh học. Khả năng phân hủy sinh học bao gồm sự biến đổi chitosan thành các polysaccharid nhỏ, được sinh vật bài tiết hoặc đồng hóa. Đặc điểm quan trọng này chủ yếu là do ba yếu tố: (1) tính toàn vẹn về mặt lý hóa mà chitosan trao cho các kháng nguyên để ngăn chặn sự phân hủy của chúng, (2) cải thiện việc vận chuyển các kháng nguyên đến mô niêm mạc và đạt được các đáp ứng miễn dịch và (3) tăng thời gian lưu trú của nanovaccine trên bề mặt niêm mạc.

PLGA NPs

Poly (axit lactic-co-glycolic) là một trong những polyme phân hủy sinh học hứa hẹn nhất cho sự phát triển nanovaccine vì các sản phẩm của chúng dễ dàng được chuyển hóa thông qua chu trình Krebs. Các dạng PLGA thường được xác định bằng tỷ lệ các monome được sử dụng để tổng hợp (axit lactic và axit glycolic). Hàm lượng axit glycolic cao dẫn đến tốc độ phân hủy nhanh hơn. Khi vào trong cơ thể, các hạt nano PLGA có thể được các tế bào miễn dịch tiếp nhận thông qua quá trình pinocytosis (pinocytosis - hiện tượng ẩm bào: các dịch ngoại bào và các phân tử hòa tan ở phía ngoài tế bào được đưa vào bên trong tế bào).

Các nghiên cứu tiền lâm sàng về các nanovaccine từ PLGA NP đã kết luận rằng các hệ thống này được coi là hiệu quả cao về khả năng đóng gói, vận chuyển và bảo vệ thuốc cũng như cảm ứng các phản ứng miễn dịch chống lại các kháng nguyên đích.

Nanopolyplexes

Nanopolyplexes là các hạt nano, thường có đường kính khoảng 100 nm, được hình thành bằng cách tạo phức tĩnh điện của các polyme cation (hoặc polypeptit) và DNA. Các polyme cation bao gồm các protein liên kết tự nhiên với DNA (ví dụ như histon), polypeptit. Các tính chất của các phức hợp đã giành được sự quan tâm trong lĩnh vực công nghệ nano, bao gồm việc sử dụng chúng cho nanovaccine. Bản chất cation của polyplexes làm cho chúng trở thành hệ thống để vận chuyển và giải phóng các axit nucleic đạt hiệu quả cao, chẳng hạn như pDNA, siRNA, ODN và miRNA.

Nanopolyplexes

Nanopolyplexes là các hạt nano, thường có đường kính khoảng 100 nm, được hình thành bằng cách tạo phức tĩnh điện của các polyme cation (hoặc polypeptit) và DNA. Các polyme cation bao gồm các protein liên kết tự nhiên với DNA (ví dụ như histon), polypeptit. Các tính chất của các phức hợp đã giành được sự quan tâm trong lĩnh vực công nghệ nano, bao gồm việc sử dụng chúng cho nanovaccine. Bản chất cation của polyplexes làm cho chúng trở thành hệ thống để vận chuyển và giải phóng các axit nucleic đạt hiệu quả cao, chẳng hạn như pDNA, siRNA, ODN và miRNA.

Tiêm phòng là một biện pháp can thiệp cần thiết để giảm tác động của các bệnh truyền nhiễm trong nuôi trồng thủy sản. Bằng cách kích thích hệ thống miễn dịch, tiêm phòng tạo ra các phản ứng miễn dịch để vật chủ chống lại các tác nhân gây bệnh. Các tiến bộ khoa học trong công nghệ nano đã xác định được: chỉ nên sử dụng các NP hữu cơ như vật liệu nano chitosan và PLGA. Hầu hết các nanovaccine đường uống đều tăng tỷ lệ sống sót so với sử dụng đường dùng khác và nano vaccine cần được sản xuất và thử nghiệm ở quy mô công nghiệp. 

Developing oral nanovaccines for fish: a modern trend to fight infectious diseases by Carlos Angulo, Marlene Tello‐Olea, Martha Reyes‐Becerril, Elizabeth Monreal‐Escalante, Luis Hernández‐Adame, Miriam Angulo, José M. Mazon‐Suastegui.