Branched multi-epitope conjugates as molecular platform for subunit vaccine candidates  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
115431
Type PD
Principal investigator Horváti, Kata
Title in Hungarian Elágazásos multi-epitóp konjugátumok a szintetikus vakcina-fejlesztésében
Title in English Branched multi-epitope conjugates as molecular platform for subunit vaccine candidates
Keywords in Hungarian vakcina, immunizálás, T-sejt epitóp, peptid, konjugátum
Keywords in English vaccine, immunization, T-cell epitope, peptide, conjugate
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)60 %
Immunology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Vaccines
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Chemistry 2
Department or equivalent HUN-REN-ELTE Research Group for Peptide Chemistry (Eötvös Loránd University)
Starting date 2016-02-01
Closing date 2020-01-31
Funding (in million HUF) 8.980
FTE (full time equivalent) 3.20
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Jelen kutatás célja olyan új formulázási és adjuváns technikák kidolgozása melyek segítségével jelentős mértékben növelhető a szintetikus vakcinák hatékonysága. Különböző epitóp peptideket modern szintetikus módszerek segítségével egy lipo-peptid hordozóhoz kapcsolok, majd az előállított konjugátumokat PLGA nanorészecskékbe csomagolom. A nanokapszulázás egy hatékony módszer arra, hogy megvédjük a becsomagolt molekulát a gyors lebomlástól, jelentősen befolyásolva így annak biohasznosulását. A vakcina kutatásban egyre nagyobb számban jelennek meg polimer-típusú nano-vakcinák, melyek közül a PLGA nanorendszerek külön figyelmet érdemelnek kedvező tulajdonságaik (pl. biokompatibilitás, célzott sejtbejuttatás) miatt. Az immunogenitás fokozására adjuvánsokat (pl. Toll-like receptor ligandumokat) alkalmazok, melyeket beépítek a nanorészecske rendszerbe. Az így kapott preparátumok immunstimuláló hatását in vivo vizsgálom egér modellen.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Olyan betegségekben, ahol a kórokozó nagy antigén-diverzitást, illetve általános változékonyságot mutat (pl. gyorsan mutálódó vírusok, különböző életformát felvenni képes baktériumok) nagy jelentőséggel bírnak az olyan oltóanyagok, melyek egy preparátumban többféle immundetermináns részt is tartalmaznak. Peptid-alapú vakcinákban különböző eredetű epitópokat kombinálhatunk, így kiváltva egy általánosabb, hatékonyabb immunválaszt. A tuberculosis (tbc) kórokozója egy olyan baktérium, mely a fertőzés után ún. dormans állapotban akár évtizedekig is megbújhat az emberi szervezetben. Ez a látens fertőzés az emberiség egyharmadát érinti és komoly népegészségügyi problémákat okoz elsősorban azért, mert a dormans baktérium egyes kórképekben (pl. HIV fertőzés) újra aktiválódhat. A baktérium különböző életciklusaiban termelődött fehérjék T-sejt epitópjait tartalmazó vakcina-jelölteket állítok ezért elő és többféle formulációban vizsgálom ezek immunválasz-kiváltó hatását. A vakcina-kutatásban a különböző formulációk összehasonlító vizsgálatára gyakran ovalbumin (OVA) peptideket és azok származékait használják. Tervezem ezért, hogy OVA epitópokat tartalmazó konjugátumokat és nanorészecske preparátumokat is előállítok és mérem azok immunogén hatását.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az elmúlt években jelentősen megnőtt a klinikai tesztelés alatt álló peptid-alapú szintetikus vakcinák száma, melyek segítségével harcolnak különböző tumoros megbetegedések, autoimmun betegségek és fertőző betegségek ellen. A szintetikus vakcinák azonban önmagukban általában nem elég immunogének, ezért immunstimuláló ágensek, ún. adjuvánsok hozzáadását igénylik. Az alkalmazott adjuváns és formuláció alapvetően meghatározza az immunválasz mértékét és minőségét. A tbc területén végzett kutatások bizonyították, hogy a vakcinák által kiváltott protektív immunitás eléréséhez feltétlenül szükség van az immunválasz Th1 polarizációjára. Ezért olyan technikákat alkalmazok, melyek növelhetik az epitóp peptidek által kiváltott Th1 citokinek termelését, hatékonyabb vakcina-formulázást eredményezve ezáltal. A kapott eredmények általánosan használhatóak majd a vakcina kutatásban, de főként a tbc prevenció és terápia területén nyitnak új perspektívákat.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A különböző megbetegedések megelőzésére illetve gyógyítására alkalmazott oltóanyagokkal szemben fontos elvárás, hogy ne okozzanak lokális és/vagy szisztémás mellékhatásokat. A szintetikus vakcinák – szemben az elölt vagy legyengített kórokozót tartalmazó oltóanyagokkal – jóval kisebb eséllyel okoznak ilyen mellékhatásokat, viszont nem is feltétlenül elég hatékonyak. Jelen kutatásban olyan technikákat kívánok kidolgozni, melyek segítségével növelhető a szintetikus vakcinák hatékonysága. Kutatásaimat elsősorban a tuberculosis (tbc) területén szeretném felhasználni, mivel a jelenleg alkalmazott BCG oltás felnőtt korban már nem nyújt megfelelő védettséget és újraoltás esetén mellékhatásokat okozhat. Mivel a vakcinák által okozott mellékhatások előfordulása jelentős mértékben leronthatja az átoltottság arányát, az oltóanyagok hatékonyságának növelése és a mellékhatások visszaszorítása komoly jelentőséggel bírnak.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The main goal of the recent proposal is to develop new formulation and adjuvant techniques which can significantly enhance the efficacy of synthetic subunit vaccines. For this reason, muliple-epitope conjugates will be synthesized using state-of-the-art coupling techniques and encapsulated into PLGA nanoparticles. Encapsulation into nanoparticles is an efficient method for sustained controlled release and it can protect the entrapped moiety from fast degradation and clearance. Recently in vaccine research, polymeric nanoparticulate systems are extensively investigated, of which PLGA is of great interest because of its biocompatibility, biodegradability, and wide targeting capability. To improve the immunogenicity, different adjuvants (i.e. Toll-like receptor ligands) will be incorporated to the nanoparticulate system. Preparations will be assayed in vivo for their immunstimulating activity in a murine model.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Research and development of vaccines against a variety of infectious diseases, where the causative agent shows high antigenic diversity due to fast mutation rate or metamorphosis across variation of stages, are still challenging. Therefore, immunization with combination of antigens derived from all stages of the parasite’s life cycle has crucial benefits. Multiple epitope containing polyvalent vaccines can induce a more effective and universal immune response. The causative agent of tuberculosis (TB) can render itself to a so-called dormant stage and remains in the human body for over decades after the infection. One third of the world’s population is affected with this latent infection which comprises a significant reservoir of future epidemics, particularly in countries with high HIV burdens. In this project, epitopes derived from immundominant proteins expressed during the different stages of the pathogen will be formulated in different ways and the provoked immune response will be measured. In vaccine research, ovalbumin (OVA) related peptides and derivatives are widely used for comparative analysis of formulations and to study the role of adjuvants. Beside Mtb epitopes, I plan to conjugate OVA epitopes as well, and the effect of encapsulation and adjuvant incorporation on the immunogenicity will be assayed.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The number of peptide-based subunit vaccines in clinical trials against diseases, like different types of cancer, autoimmune, allergic and infectious diseases, greatly increased in the past few years. However, subunit vaccines have generally proven ineffective at inducing potent immunity. They rely on the delivery of immunstimulatory agents, so-called adjuvants. The used formulation and the type of adjuvants can significantly influence the activation and can regulate the polarity of the immune response. In the case of tuberculosis, it has been proven that potent Th1 immune response is needed to reach a long-lasting protective immunity. Therefore, the goal of this project is to develop new adjuvanted formulations which can optimize the amount of the released Th1 cytokines. Expected results of this project will have crucial benefits and opening new perspectives in vaccine research, particularly in the prevention of tuberculosis.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
To minimize local and/or systemic adverse effects is crucial to new vaccine development. Synthetic vaccines are absent of potentially infectious or allergic material, which compromise many live-attenuated or inactivated pathogen containing vaccines. However, the protective efficacy of synthetic vaccines used alone is usually insufficient. In the present project, new techniques are being investigated with the aim to enhance the efficacy of synthetic vaccines. To prevent tuberculosis, the recently applied vaccination (BCG) does not provide effective long-lasting immunity therefore adults are not protected sufficiently. As booster vaccination with BCG can cause side effects, new techniques aiming at lowering the incidence of adverse events and improving efficacy has great benefits.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az elvégzett kutatás fő célja olyan új formulázási technikák kidolgozása volt, melyek segítségével növelhető az epitóp peptidek immunogenitása. Peptid-alapú szintetikus vakcinákban különböző eredetű immundeterminánsokat kombinálhatunk, így váltva ki egy általánosabb immunválaszt, de a peptidek alacsony biohasznosíthatóságát és immunogenitását mindenképpen fokozni kell. Kutatásaim elsősorban arra irányultak, hogy kémiai módszerek segítségével növelni tudjuk a peptidek immunogenitását és in vivo stabilitását. A kísérletekhez 3 Mycobacterium tuberculosis eredetű T-sejt epitóp peptidet választottam és kemoszelektív ligációs technikák alkalmazásával egy elágazó láncú konstrukciót állítottam elő. Polimer (PLGA) nanokrészecskékbe csomagolva a konjugátumokat kiküszöbölhetővé vált a gyors lebomlás. Emellett módszert dolgoztam ki a nanorészecskék felszínének peptid-módosítására és az adjuvánsok beépítésére. A konjugálás és a nanokapszulázás nagyban növelte az epitóp peptidek internalizációját makrofág-típusú sejtekbe és jelentős T-sejt proliferáció és citokintermelés volt mérhető. Megállapítottam továbbá, hogy a konstrukciók protektív immunitást váltottak ki M. tuberculosis fertőzött egér állatmodellen. Az eredményeket, melyek hozzájárulhatnak a peptid-alapú vakcinák továbbfejlesztéséhez, számos hazai és nemzetközi konferencián mutattuk be és publikáltuk rangos folyóiratokban.
Results in English
The main goal of this project was the development of new formulation and adjuvant techniques that can significantly enhance the immunogenicity of synthetic epitope peptides. Immunization with a multivalent subunit vaccine, which combines multiple antigens derived from different stages of the pathogen’s life cycle, can reflect on the antigen diversity. The use of minimal epitope sequences, which can trigger the desired immune response, is a safe and reliable approach however, the limited immunogenicity and low bioavailability needs to be addressed. In this project, three promiscuous T-cell epitopes from different proteins expressed by Mycobacterium tuberculosis were selected. Epitope peptides were conjugated using different chemoselective ligation techniques to produce a branched-chain compound. To avoid the fast in vivo degradation, conjugates were encapsulated into polymeric (PLGA) nanoparticles (NP) and the incorporation of adjuvants was also successful. Besides, a convenient synthetic method to cover the surface of the NPs with targeting peptides was developed. Conjugation and nanocapsulation greatly improved the internalization to immune cells and significant T-cell proliferation and cytokine response was measured. Furthermore, the constructs showed relevant vaccine efficacy against M. tuberculosis infection in a murine model of tuberculosis. Results were presented on several national and international conferences and published in relevant scientific papers.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=115431
Decision
Yes





 

List of publications

  
Horváti Kata, Pályi Bernadett, Henczkó Judit, Balka Gyula, Szabó Eleonóra, Farkas Viktor, Biri-Kovács Beáta, Szeder Bálint, Fodor Kinga: A Convenient Synthetic Method to Improve Immunogenicity of Mycobacterium tuberculosis Related T-Cell Epitope Peptides, VACCINES (BASEL) 7: (3) p. 101., 2019
Horváti K, Gyulai G, Csámpai A, Rohonczy J, Kiss É, Bősze Sz () . . [IF: 4.818]: Surface layer modification of PLGA nanoparticles with targeting peptide: a convenient synthetic route for Pluronic F127 - Tuftsin conjugate, BIOCONJUGATE CHEM 29: (5) pp.1495-1499, 2018
Kiss É, Gyulai G, Pári E, Horváti K, Bősze Sz: Membrane affinity and fluorescent labelling: comparative study of monolayer interaction, cellular uptake and cytotoxicity profile of carboxyfluorescein-conjugated cationi, AMINO ACIDS 50: (11) pp. 1557-1571, 2018
Ábrányi-Balogh P, Petri L, Imre T, Szijj P, Scarpino A, Hrast M, Mitrovic A, Fonovic UP, Németh K, Barreteau H, Roper DI, Horváti K, Ferenczy GyG, Kos J, Ilas J, Gobec S, Keserű GyM.: A road map for prioritizing warheads for cysteine targeting covalent inhibitors, EUR J MED CHEM. 160: pp. 94-107, 2018
Quemé-Peña M, Juhász T, Mihály J, Szigyártó IC, Horváti K, Bősze Sz, Henczkó J, Pályi B, Németh C, Varga Z, Zsila F, Beke-Somfai T.: Manipulating active structure and function of cationic antimicrobial peptide CM15 by the polysulfonated drug suramin: a step closer to in vivo complexity., CHEMBIOCHEM. in press, 2019
Horváti K, Gyulai G, Kiss É, Pályi B, Fodor K, Farkas V, Hegedűs N, Szigeti K, Máthé D, Bősze Sz: Novel nanoparticulated conjugates comprising T-cell epitopes in branched chain arrangement on lipo-Tuftsin platform., Abstract book of the Elsevier 12th Vaccine Congress, 2018
Horváti K, Pályi B, Henczkó J, Fodor K, Balka, Gy, Bősze Sz: Improved drug susceptibility of intracellular Mycobacterium tuberculosis: the impact of antimicrobial peptide conjugation of Isoniazid., Abstract book of the Chemistry towards Biology (CTB9) - Biomolecules as Potential Drugs Conference, 2018
Horváti K, Gyulai G, Kiss É, Pályi B, Kis Z, Farkas V, Fodor K, Bősze Sz: Nanoparticulated multi-epitope conjugates as vaccine candidates against tuberculosis, Abstract book of the 16th Naples Workshop on Bioactive Peptides, 2018
Gyulai Gergő, Ouanzi Fatima, Bertóti Imre, Mohai Miklós, Kolonits Tamás, Horváti Kata, Bősze Szilvia: Chemical structure and in vitro cellular uptake of luminescent carbon quantum dots prepared by solvothermal and microwave assisted techniques, JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE 549: pp. 150-161., 2019
Quemé-Peña Mayra, Juhász Tünde, Mihály Judith, Szigyártó Imola Csilla, Horváti Kata, Bősze Szilvia, Henczkó Judit, Pályi Bernadett, Németh Csaba, Varga Zoltán, Zsila Ferenc, Beke-Somfai Tamás: Manipulating active structure and function of cationic antimicrobial peptide CM15 by the polysulfonated drug suramin: a step closer to in vivo complexity, CHEMBIOCHEM 20: (12) pp. 1578-1590., 2019
Kosa N, Bocskei-Antal B, Horvati K, Bosze S, Herenyi L, Voszka I: Investigation of Encapsulated Liposomal Antituberculotics and Effects on in Vitro Model Systems, BIOPHYS J 110: (31) 246A-247A, 2016
Zsila Ferenc, Juhász Tünde, Bősze Szilvia, Horváti Kata, Beke-Somfai Tamás: Hemin and bile pigments are the secondary structure regulators of intrinsically disordered antimicrobial peptides, CHIRALITY 30: (2) pp. 195-205., 2018
Horváti Kata, Bacsa Bernadett, Mlinkó Tamás, Szabó Nóra, Hudecz Ferenc, Zsila Ferenc, Bősze Szilvia: Comparative analysis of internalisation, haemolytic, cytotoxic and antibacterial effect of membrane-active cationic peptides: aspects of experimental setup, AMINO ACIDS 49:(6) pp. 1053-1067., 2017
Zsila Ferenc, Bősze Szilvia, Horváti Kata, Szigyártó I, Beke-Somfai Tamás: Drug and dye binding induced folding of the intrinsically disordered antimicrobial peptide CM15, RSC ADVANCES 7:(65) pp. 41091-41097., 2017
Ábrahám Á, Baranyai Zs, Gyulai G, Pári E, Horváti K, Bősze Sz, Kiss É: Comparative analysis of new peptide conjugates of antitubercular drug candidates − model membrane and in vitro studies, COLLOID SURFACE B 147: 106-115, 2016
Ricci M, Horváti K, Juhász T, Szigyártó I, Török Gy, Sebák F, Bodor A, Homolya L, Henczkó J, Pályi B, Mlinkó T, Mihály J, Nizami1 B, Yang Z, Lin F, Lu X, Románszki L, Bóta A, Varga Z, Bősze Sz, Zsila F, Beke-Somfai T: Anionic food color Tartrazine enhances antibacterial efficacy of Histatin-derived peptide DHVAR4 by fine-tuning its membrane activity, Quarterly Rev Biophysics in press, 2020
Horvati Kata, Bősze Szilvia, Gideon Hannah P, Bacsa Bernadett, Szabó Tamás G, Goliath Rene, Rangaka Molebogeng X, Hudecz Ferenc, Wilkinson Robert J, Wilkinson Katalin A: Population tailored modification of tuberculosis specific interferon-gamma release assay, J INFECTION 72: 179-188, 2016
Ábrahám Á, Baranyai Zs, Gyulai G, Pári E, Horváti K, Bősze Sz, Kiss É: Comparative analysis of new peptide conjugates of antitubercular drug candidates − model membrane and in vitro studies, COLLOID SURFACE B 147: 106-115, 2016
Horvati Kata, Bősze Szilvia, Gideon Hannah P, Bacsa Bernadett, Szabó Tamás G, Goliath Rene, Rangaka Molebogeng X, Hudecz Ferenc, Wilkinson Robert J, Wilkinson Katalin A: Population tailored modification of tuberculosis specific interferon-gamma release assay, J INFECTION 72: 179-188, 2016
Sipka Sándor, Papp Zsuzsánna, Kovács Ildikó, Horváti Kata, Bősze Szilvia, Hudecz Ferenc, Szilasi Mária: Index of Stimulation and TNFα Measurements Used for laboratory Diagnosis of Latent Tuberculosis as a New Principle, International Journal of Pulmonology and Infectious Diseases 1: (2) pp. 1-5., 2018



Back »