Alginate coated chitosan nanoparticles as adjuvant for mucosal vaccination with hepatitis B antigen

Abstract

A nova geração de vacinas são, na maioria dos casos, resultado dos rápidos avanços que se têm verificado nos últimos anos na área da biologia molecular e da imunologia, permitindo o uso da biotecnologia na produção de proteínas recombinantes com acção imunológica protectora. A vacina contra o vírus da hepatite B é disso o melhor exemplo. Esta vacina foi licenciada pela primeira vez em 1981, sendo nesta altura um produto derivado do plasma de portadores crónicos da hepatite B. Só mais tarde, em 1986, o mesmo antigénio, uma proteína de superfície do vírus da hepatite B, começou a ser produzido em sistemas de cultura celular. A vacina da hepatite B foi a primeira vacina recombinante a ser licenciada e a sua concepção tem servido de modelo ao desenvolvimento de novas vacinas, nomeadamente em doenças provocadas por vírus. Por outro lado, tem sido constatado pela comunidade científica que estas vacinas recombinantes são em geral antigénios fracos e por isso necessitam de ser administrados conjuntamente com substâncias que ampliem o seu efeito, os adjuvantes. Assim, paralelamente ao crescente desenvolvimento, que se tem verificado nos últimos anos, da tecnologia para o desenvolvimento e produção de novas vacinas, assiste-se também a uma crescente investigação na descoberta de adjuvantes mais seguros e potentes que tornem essas vacinas mais eficazes e estáveis. O termo “adjuvante” vem do termo latim adjuvare que significa ajuda. Recentemente, num livro editado por Virgil Schijns e Derek O’Hagan, dois de entre os maiores especialistas na área das vacinas e adjuvantes, o termo adjuvante é definido tendo em conta o seu efeito biológico. Estes investigadores classificam-nos em duas categorias principais: os adjuvantes cuja função principal é o controlo da biodisponibilidade da vacina nos tecidos linfoides (“delivery mechanism”) e os imunopotenciadores que têm uma acção directa sobre componentes da resposta imune inata. O presente trabalho teve por objectivo desenvolver um sistema nanoparticular (“delivery mechanism”), com potencial para a encapsulação de vacinas resultantes da tecnologia recombinante, com a finalidade de transportar e controlar a apresentação do antigénio nos tecidos linfóides. Tem sido referido por alguns investigadores que o sistema de libertação de vacinas ideal deve ter em conta o fenómeno de maturação da afinidade, que ocorre durante uma resposta imune. Quando a concentração de um antigénio é reduzida, as células com elevada afinidade para os receptores são estimuladas selectivamente. De acordo com este modelo, o padrão do sistema ideal deve imitar os perfis de concentração de antigénios que são observados no decurso de uma infecção natural: elevadas doses de antigénios, nos primeiros dias da administração, seguidos por um período em que há decréscimo da quantidade de antigénios. A biodisponibilidade inicial dos antigénios irá influenciar a extensão da formação da memória das células T, enquanto a subsequente diminuição dos antigénios irá beneficiar o desenvolvimento da maturação da afinidade dos anticorpos. Por outro lado, será útil fazer uma reflexão sobre qual a via de administração mais indicada para a administração de vacinas. Visto que as mucosas, nomeadamente a oral, a nasal, a pulmonar e genitourinária, são os locais por onde entram a maior parte dos microorganismos patogénicos, então a protecção contra esses microorganismos será mais eficiente pela presença de anticorpos nas secreções locais do que no soro. Alguns autores referem mesmo que a imunoglobulina A secretória (sIgA) local previne de forma mais eficiente, não só a colonização dos tecidos das mucosas, mas também a entrada de microorganismos na corrente sanguínea, quando comparada com a acção dos anticorpos sistémicos. Por outro lado, a indução de anticorpos nas mucosas não parece ser possível através da administração subcutânea ou intramuscular, usadas vulgarmente nos esquemas de vacinação. As evidências científicas, até hoje reunidas, indicam que, para haver indução de anticorpos (sIgA) nas mucosas, a administração do antigénio deve ser feita através das mucosas que se encontram revestidas por tecido linfoíde. Por esta razão, parece desejável que a próxima geração de vacinas, particularmente para os microorganismos patogénicos que invadem o organismo através das superfícies das mucosas, deve ser desenvolvida ou optimizada tendo em atenção a potencial indução de uma resposta imune nas mucosas. Para além da importante vantagem apresentada anteriormente, a administração através das mucosas, particularmente a administração oral, tem sido apontada como a via mais natural para introdução de fármacos no organismo, a de mais fácil acesso e sem os inconvenientes de outras vias de administração, como sejam os riscos de infecção por utilização de agulhas contaminadas, riscos de efeitos hemolíticos ou possível dor durante a administração. Para além disso, a via oral é sem dúvida a melhor aceite, nomeadamente pelas crianças que são a população alvo da maioria das vacinas. Acresce ainda referir que a vacinação em larga escala, num curto espaço de tempo, seria muito facilitada se tivéssemos vacinas orais em que, para a sua administração, não fossem necessários técnicos especializados. É o caso de situações de bioterrorismo, de ameaças de surtos infecciosos ou, simplesmente, o caso de países não industrializados que, por escassez de recursos humanos e também financeiros, continuam a ter taxas elevadas de prevalência de doenças para as quais já existem vacinas eficazes, como por exemplo de hepatite B. A administração oral de macromoléculas como o DNA, as proteínas e os peptídeos tem-se mostrado ineficaz, conduzindo a que, em alternativa, esta classe de fármacos seja administrado por uma das vias parentéricas. A limitada biodisponibilidade oral deve-se fundamentalmente a três ordens de razões. Por um lado ao extensivo metabolismo pré-sistémico a que estão sujeitos, devido à degradação enzimática que sofrem antes e durante os processos de absorção, não só ao nível do lúmen, como da mucosa gastrointestinal. A segunda barreira encontrada, prende-se com as fracas características de absorção destes fármacos e, por último, a terceira razão terá a ver com o efeito da primeira passagem pelo fígado (hepatic first pass effect). Consciente destas dificuldades, a comunidade Científica tem procurado novos sistemas terapêuticos, que permitam contornar ou minimizar as condições adversas do meio que impedem a administração oral destas moléculas. Neste contexto, os sistemas de transporte mais estudados, para a encapsulação destas macromoléculas, são as nanopartículas poliméricas e dentro destas são preferidos os sistemas biodegradáveis. A encapsulação irá proteger o antigénio do meio ácido e rico em enzimas proteolíticas como é o tubo digestivo. Para além das vantagens apontadas, acresce ainda referir que um sistema de transporte polimérico permite uma cedência gradual das moléculas activas, prolongando o seu efeito no organismo e contribuindo assim para a simplificação dos esquemas posológicos. Por outro lado, estes sistemas contribuem igualmente para a simplificação da logística de produção, armazenamento e distribuição de vacinas. Um dos sistemas que tem sido estudado é o de bioadesivos de libertação de fármacos (BDDS- bioadhesive drug delivery system). Os Tecnologistas estão confiantes que este novo conceito poderá contornar as dificuldades relacionadas com a libertação oral de peptídeos e análogos de peptídeos. Os BDDS são produzidos com a finalidade de se fixarem ao revestimento mucoso do tracto gastrointestinal. Desta forma, este sistema deverá exercer uma influência positiva na absorção dos fármacos que transportam. Essa influência deverá fazer-se por vários mecanismos: - prolongamento do tempo de residência no local de absorção do fármaco, com vista à redução da frequência de administração. - Intensificação do contacto com a barreira epitelial da mucosa subjacente, com vista ao incremento do transporte através do epitélio. - Pensa-se que alguns polímeros mucoadesivos têm a capacidade de modular a permeabilidade dos tecidos epiteliais, actuando ao nível das junções das células do epitélio (tight junctions). - Pensa-se igualmente, que alguns polímeros mucoadesivos podem actuar como inibidores de enzimas proteolíticas. Considerações finais: neste trabalho foi apresentado um novo sistema de libertação constituído por nanopartículas poliméricas. As nanopartículas são constituídas por um núcleo de quitosano onde foi posteriormente adsorvido o antigénio e finalmente revestido com alginato de sódio. O método desenvolvido permite encapsular, com elevada eficiência, antigénios do tipo proteico em condições reconhecidamente não agressivas, minimizando assim a possibilidade de perda de acção biológica por parte da vacina. As nanopartículas revestidas mostraram ter um efeito adjuvante relativamente à vacina da hepatite B quando administradas pela via subcutânea. A adição do imunopotenciador CpG ODN à suspensão das nanopartículas, contendo o antigénio da hepatite, permitiu modificar o tipo de resposta imune de Th2 para uma resposta mista Th1/Th2, mais adequada no caso do vírus da hepatite B. A administração, através das mucosas oral e nasal, da vacina da hepatite B encapsulada nas nanopartículas de quitosano revestidas permitiu confirmar a opinião de muitos especialistas na área da vacinologia, que defendem que não será suficiente a inclusão do antigénio em sistemas de libertação de nanopartículas, principalmente quando se trata de um antigénio fraco. Para se obter uma resposta imunológica adequada, para além da encapsulação do antigénio, vai ser ainda necessário adicionar um imunopotenciador. De facto, os melhores resultados foram obtidos com formulações que continham na sua composição o CpG ODN. Para finalizar, o sistema nanoparticular desenvolvido mostrou ser igualmente útil para a encapsulação do imunopotenciador em formulações orais. Em contraste, na mucosa nasal, o imunopotenciador produziu melhores resultados quando foi administrado em solução, pelo que a futura utilização destas nanopartículas para a encapsulação de moléculas que demonstrem uma elevada afinidade para o quitosano, como o caso do CpGODN, estará condicionada a uma optimização conveniente destas nanopartículas. As nanopartículas de quitosano, revestidas com alginato provaram ter um efeito adjuvante com o antigénio da hepatite B pela via subcutânea. Por conseguinte, os próximos estudos serão feitos com o objectivo de avaliar se o sistema nanopartícular poderá substituir, com vantagem, o actual adjuvante (compostos de alumínio), da vacina da hepatite B. Para finalizar, o efeito adjuvante, observado para a vacina da hepatite B, deverá ser avaliado com outras vacinas, de preferência mais fortes, não só pela via subcutânea mas também através das mucosas oral e nasal.