Exploring the follicular route for transcutaneous vaccination using nanoparticles

Abstract

Transcutaneous vaccination refers to the needle-free delivery of vaccines across the skin. In particular, transfollicular vaccination aims to deliver antigens to the abundant peri-follicular antigen presenting cells. Many of the studies conducted to date to explore this route have been done after pre-treating the skin using techniques such as tape stripping. The presented work evaluates the potential of the transfollicular route as a perspective for transcutaneous vaccination using nanoparticles (NPs) without compromising the stratum corneum barrier by any pre-treatment. The results presented in this thesis showed that the model antigen ovalbumin can be delivered via the transfollicular route by encapsulating into polymeric NPs (polylactic-co-glycolide (PLGA) and Chitosan-PLGA), and that immunization by this route is able to elicit the same proliferation of antigen-specific CD4+ T cells as an intramuscular injection of ovalbumin in an adoptive transfer mouse model. Moreover, immune responses generated by this pathway using a conventional mouse model demonstrated that inclusion of an adjuvant (bis-(3',5')-cyclic adenosine monophosphate, c-di-AMP) in the NP formulation is essential to evoke efficient humoral as well as cellular immune responses. Furthermore, a new particulate carrier system (inverse micelles sugar glass NPs) was prepared, which allowed co-encapsulation of adjuvant and antigen, and showed enhanced stability of encapsulated antigen, better follicular uptake, as well as efficient transfollicular vaccination.

Transkutane Impfungen ermöglichen eine nadelfreie Anwendung von Impfstoffen. Insbesondere die transfollikuläre Vakzinierung erlaubt es, Antigene direkt zu den antigen-präsentierenden Zellen im perifollikulären Bereich zu bringen. Bei der überwiegenden Zahl bisheriger Studien wurden die Formulierungen auf vorbehandelter Haut (z.B. tape stripping) eingesetzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Potenzial nanopartikulärer Arzneistoffträgersysteme mittels transkutaner Vakzinierung ohne Vorbehandlung der Haut über die transfollikuläre Route zu untersuchen. In den vorgestellten Studien wurde das Modell-Antigen Ovalbumin in nanoskalige Trägersysteme, bestehend aus Polylactid-co-Glycolid- (PLGA) bzw. Chitosan-PLGA, verkapselt. Kutan verabreicht, zeigten diese in einem adoptiven Transfermodel der Maus, dass die Proliferation von antigenspezifischen CD4+ T-Zellen im gleichen Maße hervorgerufen wird wie durch eine klassische intramuskuläre Injektion. Zusätzlich konnte in einem Mausmodel gezeigt werden, dass der Zusatz des Adjuvants (bis-(3',5')-cyclo-Adenosin-Monophosphat, c-di-AMP) zur Arzneistoffträgerformulierung notwendig ist, um eine ausreichende humorale und zelluläre Immunstimulierung hervorzurufen. Neuartige Carriersysteme in Form von glasartigen inversen Mizellen verbesserten die Stabilität des verkapselten Modelantigens, ermöglichten die Co-Verkapslung des Adjuvants, sowie auch die follikuläre Aufnahme und damit eine effiziente transfollikuläre Vakzinierung.