Đây là nghiên cứu đầu tiên về mối tương quan giữa các vật liệu nano, phản ứng miễn dịch và microbiome, một lĩnh vực nghiên cứu rất quan trọng hiện nay. Microbiome là tập hợp các vi sinh vật sống trong cơ thể, có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người.
"Nghiên cứu cho thấy cách microbiome có thể tác động đến các loại vaccine được tạo ra, và cách để khắc phục vấn đề này với các vật liệu tiên tiến", Ankur Singh, trợ lý giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vũ trụ Sibley (MAE) và Trường Kỹ thuật Y sinh học Meinig, nói. (BME).
"Công trình này mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới, rất thú vị về cách các yếu tố sinh học và các bệnh tiềm ẩn tác động đến hiệu suất của các nanovaccine", Singh, người cũng là thành viên của Viện Y học Chính xác Anh tại Weill Cornell Medicine và Trung tâm Miễn dịch học Cornell mới thành lập, nói. "Quan trọng hơn, nó cho thấy cách sử dụng loại vật liệu này và phát triển chúng để có thể tạo được miễn dịch với vaccine."
Hơn 1/3 người Mỹ và 1/4 dân số trên toàn thế giới có thể mắc hội chứng chuyển hóa (liên quan đến các rối loạn béo phì, viêm và kháng insulin). Hệ vi sinh vật đường ruột là một trong những yếu tố gây ra hội chứng chuyển hóa. Các nhà khoa học đã nghiên cứu hội chứng chuyển hóa do microbiome gây ra, do có sự liên quan giữa microbiome và rối loạn chuyển hóa đối với hệ miễn dịch.
Ilana Brito, trợ lý giáo sư kỹ thuật y sinh và đồng tác giả của bài báo cho biết: "Hiểu cách microbiome tác động đến vaccine là vô cùng quan trọng đối với sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này tạo cơ sở cho các phương pháp mới để khám phá cách thức thay đổi phản ứng miễn dịch từ các thành phần cụ thể của microbiome. Khi sản xuất vaccine mới, điều quan trọng là phải sử dụng các nguyên liệu hiệu quả từ đa dạng các microbiome."
Nghiên cứu trước đây cho thấy, vaccine cúm và bại liệt truyền thống cho người không tác dụng với các con chuột bị rối loạn chuyển hóa. "Điều này thúc đẩy chúng tôi nghiên cứu những tác động lên nanovaccine, vốn tốt hơn vaccine hòa tan, để hiểu rõ hơn về sự phát triển của bệnh béo phì và viêm khi có các biến đổi trong ruột", Singh nói.
Nanovaccine, thường làm từ các vật liệu nano, được các tế bào trong hệ thống miễn dịch đưa lên và có khả năng tạo ra miễn dịch mạnh hơn so với vaccine hòa tan truyền thống. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra loại nanovaccine được sử dụng rộng rãi nhất được làm từ poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), không hiệu quả ở những con chuột mắc hội chứng chuyển hóa ruột. Khi thử nghiệm các nanovaccine PLGA trên chuột, nó đã không cho kết quả như mong đợi, ngay cả khi bổ sung một loại thuốc tăng cường miễn dịch đang được sử dụng rộng rãi.
"Chúng tôi tự hỏi, liệu có thể khắc phục hạn chế này bằng cách tạo ra vaccine từ vật liệu nano không?" Singh nói. "Sau đó, chúng tôi đã tìm hiểu sâu hơn về loại vật liệu mới, poly có chức năng pyridine (2-hydroxyethyl methacrylate), có thể điều chỉnh hệ thống miễn dịch đầy tiềm năng mà chúng tôi mới phát hiện."
Vật liệu mới hình thành một nanogel ổn định với kháng nguyên protein, cho thấy có hiệu quả với điều kiện hội chứng chuyển hóa trong ruột. Phối hợp với Cynthia Leifer, phó giáo sư miễn dịch học tại Đại học Veterinary Medicine, nhóm nghiên cứu đã phát hiện loại vật liệu mới này kích ứng một thụ thể có nhiệm vụ nhận diện các dấu hiệu nguy hiểm gây bệnh trên vi khuẩn.
"Nghiên cứu này rất quan trọng, vì nó cho thấy các hạt nano này có thể cung cấp cả kháng nguyên và tá dược mà không cần tăng cường miễn dịch, nâng cao khả năng kích hoạt miễn dịch và khắc phục những hạn chế do bệnh tật hoặc vi khuẩn biến đổi", Leifer nói. "Các liệu pháp điều trị miễn dịch là chủ đề nóng và các phương pháp điều hòa miễn dịch dựa trên vật liệu còn đang ở giai đoạn sơ khai. Có rất nhiều điều có thể thực hiện."
Mặc dù người ta đã biết microbiome tác động đến hệ thống miễn dịch, những phát hiện này cho thấy rằng nanovaccine có thể ảnh hưởng đến microbiome.
"Vật liệu nano có thể điều chỉnh thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột. Điều đó có tầm quan trọng rất lớn, và rất có ý nghĩa trong thiết kế vật liệu", ông nói. "Cho dù còn bất kỳ nguyên nhân nào tác động mà chưa được hiểu rõ, cũng như một số giả thuyết cần phải được thử nghiệm, đây sẽ là công việc mà chúng tôi phải giải quyết trong tương lai."