Technological and biological aspects of polymeric nanocapsules for the design of new nanovaccines

Resumen

A pesar de la inigualable contribución de las vacunas para la erradicación de ciertas enfermedades infecciosas y para incrementar nuestra esperanza de vida, la vacunación todavía se enfrenta a numerosos retos, tales como la limitada capacidad inmunogénica de los antígenos modernos. En este contexto, la nanotecnología ha surgido como una herramienta útil para superar esta y otras limitaciones. De hecho, los nanovehículos han demostrado proteger la integridad de sus antígenos asociados una vez en el cuerpo y ser capaces de modificar su biodistribución, ofreciendo la posibilidad de modular la respuesta hacia una inmunidad celular o humoral. Teniendo en cuenta los antecedentes en este campo, los principales objetivos en esta tesis han sido: i) desarrollar nuevos métodos para prepara nanocápsulas poliméricas con tamaño de partícula, cubierta polimérica y composición superficial controlables; y ii) estudiar la influencia de estos parámetros en la interacción de las nanocápsulas con las células del sistema inmunitario, su diseminación y drenaje linfático. El primer capítulo describe como las nanocápsulas bicapa de quitosano – sulfato de dextrano desarrolladas pueden proteger y controlar la liberación de su antígeno asociado. En concreto, el antígeno IutA de E. coli uropatogénica fue atrapado entre dos capas poliméricas que rodean un núcleo inmunoestimulante. La segunda capa de sulfato de dextrano incrementó la estabilidad y controló la liberación del antígeno en comparación con las nanocápsulas monocapa de quitosano. Cuando se emplearon para inmunizar ratones, el prototipo bicapa generó mayores niveles de IgG en comparación con el prototipo monocapa y con Alum, el adyuvante de referencia en vacunas. En el capítulo 2 se exploran nuevas posibilidades tecnológicas del método de desplazamiento de disolvente. Distintas modificaciones en el proceso de preparación permitieron el diseño de nanocápsulas a medida, con tamaño de partícula controlable y una o varias capas poliméricas. Además, el método de preparación se ajustó a un procedimiento adaptable a HTS (microlitros) y también se escaló (litro) empleando tanto un método discontinuo en lotes como un método continuo por microfluídica. En los capítulos 3 y 4, y empleando los avances tecnológicos previamente descritos en el capítulo 2, se describe el diseño racional de nanocápsulas de quitosano e inulina con tamaños de partícula controlable. Su toxicidad e interacción con macrófagos y células dendríticas fue evaluado, mostrando un efecto dependiente tanto del tamaño como de la cubierta polimérica. Los estudios de diseminación en peces cebra revelaron diferencias claras en el comportamiento de las nanocápsulas con tamaño pequeño ( < 100 nm) y mediano ( > 100 nm); mostrando las partículas más pequeñas una mayor y más rápida diseminación tras inyección intramuscular e intravenosa. Finalmente, se estudió el drenaje linfático de las nanocápsulas tras ser administradas por vía subcutánea y su acumulación en distintas subpoblaciones de células inmunitarias residentes en los nódulos linfáticos. Los resultados indican que las nanocápsulas pequeñas de inulina poseen la mejor capacidad para acumularse en el nódulo linfático poplíteo y mostraron la mayor interacción con los diferentes tipos de células inmunitarias analizados. En conclusión, este trabajo resalta las posibilidades tecnológicas de las nanocápsulas poliméricas y la importancia transcendental del diseño racional de los nanosistemas para proporcionar una adecuada protección y liberación del antígeno, mostrando al mismo tiempo una adecuada biodistribución e interacción con células inmunitarias. Además, esperamos que estos estudios contribuyan a un mejor diseño de nuevas nanovacunas, empleando partículas con propiedades de direccionamiento a linfa.