Projekti / Programi
Razvoj agonistov receptorja NOD2 ter dualnih NOD2/TLR7 agonističnih konjugatov kot novih adjuvansov za cepiva
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B740 |
Biomedicinske vede |
Farmakološke vede, farmakognozija, farmacija, toksikologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
adjuvansi, NOD2 agonisti, konjugati NOD2/TLR7, strukturno podprto načrtovanje, liposomi, homologno modeliranje
Raziskovalci (15)
Organizacije (2)
Povzetek
V svetu trenutno vlada akutno pomanjkanje novih adjuvansov. Adjuvansi povečajo imunogenost cepiv, zaradi česar so ključne komponente novodobnih cepiv. Adjuvansi pa so potrebni ne le, da povečajo jakost samega odziva ampak tudi, da vplivajo na sam tip odziva, ki bi privedel do najbolj učinkovite zaščitne imunosti proti določenemu patogenu/tumorju. Napredek v razumevanju prirojene imunosti in potenciala, ki ga slednja ima v smislu prilagoditve prilagojenega odziva, je odprl nove možnosti pri razvoju cepiv. Receptorji za prepoznavo vzorcev (PRR) organizirajo prvotni imunski odziv kot del prirojene imunosti. Nukleotid-vezočo oligomerizacijsko domeno vsebujoč protein 2 (NOD2), predstavnik ene glavnih citosolnih družin PRR-jev, NODu-podobnih receptorjev (NLR), je pri tem ključnega pomena, saj ima pomembno vlogo ne samo v prirojenem ampak tudi prilagojenem imunskem odzivu. MDP (muramil dipeptid) je najmanjši fragment bakterijskega peptidoglikana sposoben aktivacije receptorja NOD2, ki je sicer poznan kot dober a neuporaben adjuvans, zaradi veliko pomanjkljivosti (hitra eliminacija, slaba absorpcija in pirogenost). Do sedaj za načrtovanje NOD2 agonistov še nihče ni uporabil strukturno podprtega načrtovanja. Pred kratkim so sicer objavili rešeno kristalno strukturo zajčjega NOD2 in odkrili hidrofobni žepek, v katerega se po vsej verjetnosti veže MDP. Prav tako še ni homolognega modela človeškega NOD2, s čimer bi omogočili strukturno podprto načrtovanje novih ligandov NOD2 in iskanje nepeptidnih NOD2 ligandov. Zato ne preseneča dejstvo, da NOD2 agonisti z nepeptidno strukturo še niso poznani. Dezmuramilpeptidi so derivati MDP brez sladkornega N-acetilmuramilnega dela molekule (MurNAc). Z dosedanjim delom smo dognali ključne strukturne elemente dezmuramilpeptidov, potrebne za doseganje NOD2 agonističnega delovanja, pri čemer smo identificirali trans-feruloilni fragment kot odličen mimetik MurNAc dela. Kljub temu, da je naša spojina dvakrat močnejši agonist NOD2 kot MDP, se je izkazala kot šibkejši adjuvans in vivo, saj je prišlo do hidrolize estra do proste kisline, ki je 150-krat šibkejši agonist NOD2. Čeprav je aktivacija NOD2 zadostna za oblikovanje prilagojenega imunskega odziva, pa agonisti NOD2 sinergistično ojačajo adjuvantni potencial ostalih ligandov PRR, kot na primer ligandov Tollu-podobnih receptorjev (TLR) in spremenijo magnitudo, trajanje in tip odziva.
Ključni raziskovalni cilj je razvoj inovativnih novih adjuvansov za povečanje imunogenosti različnih cepiv. V okviru tega projekta bomo zasnovali in pripravili nove agoniste NOD2 in NOD2/TLR7 agonistične konjugate kot tudi njihove liposomske formulacije z in vivo adjuvantnim delovanjem. Na osnovi kristalne strukture zajčjega NOD2 bomo prvo razvili homologni modela človeškega NOD2 in ga uporabili za strukturno podprto načrtovanje in virtualno rešetanje. Glavni pomanjkljivosti do sedaj sintetiziranih spojin sta metabolna nestabilnost etilnih estrov v in vivo pogojih in slaba permeabilnost. V sklopu projekta bomo zato načrtali in razvili nove spojine, ki v strukturi ne bodo vsebovale etilnih estrov temveč njihove bioizostere, hkrati pa bomo v spojine vpeljali lipofilne fragmente in s tem izboljšali permeabilnost. Do sedaj še noben ni izkoristil potencialne sinergije med agonisti NOD2 in TLR7 v smislu ojačanja adjuvantnega delovanja in tipa imunskega odziva, zato bomo v sklopu projekta pripravili inovativne konjugate z dualnim NOD2/TLR7 agonističnim delovanjem, tako, da bomo naše agoniste NOD2 preko distančnika kovalentno povezali z znanimi agonisti TLR7 in tako pridobili nove adjuvanse. Liposomska cepiva se že dolgo uporabljajo za dostavo antigenov in adjuvansov in kot sredstvo za povečanje imunskega odziva, saj promovirajo močan celični odziv, hkrati pa izboljšajo stabilnost spojin proti encimskemu stresu. Liposomi so se izkazali kot idealni dostavni sistemi za MDP in derivate, zato jih bomo tudi mi izkoristili za izboljšanje in vivo biološke uporabnosti naših spojin.
Pomen za razvoj znanosti
Relevantnost in potencialni vpliv rezultatov. Na trgu v ZDA in EU so na voljo le štirje adjuvansi. Eden izmed ključnih ciljev raziskav je razvoj inovativnih adjuvansov, specifično prikrojenih, da bi povečali imunogenost različnih tipov cepiv proti različnim tujkom, na osnovi razumevanja celičnih in biomolekularnih bolezenskih mehanizmov. Projekt zahteva sodelovanje ekspertov iz področij farmacevtske kemije in imunologije, zato bo profitiral zaradi fokusiranih in komplementarnih ekspertiz raziskovalcev iz Fakultete za farmacijo (Univerza v Ljubljani), Zavoda RS za transfuzijsko medicino (ZTM) in znanstvenikov iz Univerze v Zagrebu. Sodelovanje z Univerzo v Zagrebu je pri tem ključnega pomena, saj nam omogoča vrednotenje spojin v in vivo pogojih.
Na nivoju bazične znanosti bomo na osnovi dobljenih rezultatov identificirali ključne strukturne elemente, potrebne za adjuvantni učinek, dobljene spojine pa bodo predstavljale odlično osnovo za razvoj novih adjuvansov in njihovih formulacij. Formulacija sintetiziranih adjuvansov in modelnega antigena v dostavne sisteme na osnovi liposomov bo le še povečala adjuvantno delovanje. Vložen trud bo tako v končni fazi privedel do novih znanj in strategij za aktivacijo prirojenega imunskega sistema preko agonističnega delovanja na receptorje NOD2 (in NOD2/TLR7). Predlagan projekt ima velik klinični pomen, saj bi se z uporabo ustreznih cepiv lahko izognili milijonom okužb, kar predstavlja direkten učinek na človeško zdravje. Ob tem velja omeniti tudi dejstvo, da bi se razviti adjuvansi lahko uporabljali tudi v ustrezno prilagojenih cepivih za živali, kar bi lahko močno vplivalo na zdravje živali in zelo verjetno preprečilo znatne ekonomske izgube, ki jih povzročajo živalske okužbe. Rezultati projekta bodo omogočili objave v priznanih mednarodnih znanstvenih revijah. Rezultate bomo širili tudi na ostalih nivojih, preko predstavitev na konferencah (ustne predstavitve in postri) in tudi preko spletne strani projekta ter tako dosegli karseda široko strokovno občinstvo kot je le mogoče. Na ravni visokošolskega izobraževanja bodo pridobljene izkušnje in znanje neposredno prnešeni v učni proces na univerzitetnem okolju, tako v smislu magistrskih in doktorskih raziskovalnih projektov. Rezultati bodo predstavljeni tudi na predavanjih študentom. Pričakujemo, da bo projekt vodil tudi v usposabljanje doktorskih raziskovalcev, ki bodo v različnih laboratorijih pridobili zelo interdisciplinarne in konkurenčne sposobnosti. Predvidena je visoka stopnja interakcije in raziskovalci bodo spodbujenii k obisku partnerskih laboratorijev. Projektna raziskava bo nadalje okrepila povezavo med sodelujočimi raziskovalnimi skupinami in tako spodbujala dolgoročno partnerstvo, ki bo preživelo projekt. Poleg tega bo prispevala k integraciji slovenske znanosti v mednarodno raziskovalno skupnost in tako prispevala k priznanju Slovenije. Po uspešnem izidu tega projekta načrtujemo tudi prijavo za mednarodno financiranje, kot je Horizon2020, ki je v skladu z nacionalno strategijo in omogoča znanstvenikom Slovenije, da sodelujejo v mednarodnem okolju.
Pomen za razvoj Slovenije
Relevance and potential impact of the results. Development of tailored vaccine adjuvants/vaccines remains underexplored. Only four vaccine adjuvants are currently on the market in the US and Europe. A critical research goal is to develop innovative new adjuvants specifically tailored to enhance the immunogenicity of different vaccines, based on the understanding of underlying cellular and biomolecular disease mechanisms. The project requires interaction of experts from the fields of pharmacy and immunology and will benefit from highly focused areas of expertise of researchers from Faculty of Pharmacy, Blood Transfusion Centre of Slovenia and University of Zagreb .
At the level of basic knowledge, this project will allow for the identification of the structural features pivotal for adjuvant activity of NOD2 agonists. This knowledge will provide an excellent basis for the development of novel adjuvants and their formulations. The formulation of synthesized adjuvants and a model antigen into delivery systems based on liposomes will increase adjuvant activity. Hence, a collaborative effort will lead to new knowledge on strategies for activation of the innate immune system via agonistic activity on NOD2 receptor (and dual NOD2/TLR7 agonism). The work proposed has significant clinical relevance since millions of infections worldwide (HCV, HIV, malaria) each year could be avoided using suitable vaccines, therefore a direct impact on human health is expected. Of note, the project may also pave the way for the development of tailored vaccines for animal use, which could also impact on animal health and possibly prevent an economic loss caused by animal diseases. The results of the proposed project will lead to joint publications in top-tier journals. Further, we will disseminate our results on several levels, via conference communications and posters as well as via project web-page, which will be constructed to reach as wide a scientific audience as possible. At the level of higher education – the experience and knowledge gained will be directly translated into the teaching process at the university environment, both as Master and PhD research projects. The results will also be presented at lectures to the students enrolled to pharmacy. The project will also result in the training of PhD researchers who will gain highly interdisciplinary and competitive skills in various laboratories. A high level of interaction is foreseen and researchers will be encouraged to visit partner laboratories. The project research will further strengthen the link between the collaborating research groups, thereby fostering long-term partnership that will outlive the project. Furthermore, it will contribute to the integration of Slovenian science into the international research community and thus contribute to the recognition of Slovenia. Following the successful outcome of this project, we also plan to apply for international funding, such as Horizon2020, which is in accordance with the national strategy and allows Slovenia scientists to collaborate in the international environment.
