Atomic layer deposition for core-shell microparticle vaccines enabling programmable antigen delivery and enhanced humoral immune responses
本研究表明，原子层沉积（ALD）技术可用于为核壳结构微颗粒疫苗涂覆一层可编程的纳米级氧化铝壳层，从而实现抗原的持续释放，与传统的单次注射疫苗相比，该技术能显著增强生发中心扩张、抗体亲和力以及长寿浆细胞的生成。
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疫苗通过教导免疫系统识别特定的入侵者（通常是病毒或细菌），从而使身体在入侵者再次出现时能够迅速将其击退。对于许多常见疾病，一两次注射就足以训练身体的防御机制。然而，对于像艾滋病毒（HIV）这样难以对付的病原体，免疫系统需要一个更长且更复杂的训练过程。身体必须寻找极其罕见的免疫细胞，然后反复鼓励它们改变并提高识别病毒的能力，这一过程可能需要数月甚至数年的重复暴露。传统的疫苗通常一次性传递其信息，然后便消失了，这并不总是足以触发这种深度、长期的学习。科学家们长期以来一直寻求一种能够随时间缓慢递送疫苗的方法，模拟单次注射中的多次加强针，但创造一种能够稳定释放药物而不损坏内部脆弱生物成分的材料已被证明非常困难。
在一项新的研究中，研究人员开发出一种方法，可以制造出能够持有疫苗并按精确时间表释放的小型固体球体。他们首先将含有特定 HIV 蛋白质的液体疫苗通过类似于喷雾干燥的过程转化为干粉，从而将蛋白质包裹在一个玻璃状的外壳内。在这些微小颗粒之上，他们使用了一种称为原子层沉积的技术，在其表面涂上一层极薄的氧化铝，本质上是在疫苗周围构建了一个微观屏障。这个屏障充当了“定时器”的角色；它防止疫苗逃逸，直到外壳在体内自然溶解。通过改变涂层的层数，科学家们可以精确控制疫苗何时开始释放以及释放持续多久。
研究人员在小鼠身上测试了这些涂层颗粒，以观察脆弱的 HIV 蛋白质是否能在严苛的制造过程中存活下来。他们发现，该蛋白质保持完整且具有功能性，即使在干燥和涂层处理后仍保留了其复杂的形状。当他们将这些颗粒注射到小鼠皮下时，疫苗并没有一次性涌出。相反，铝制外壳会根据涂层的厚度将其拦截一段时间。一旦外壳开始溶解，疫苗就会在数周内缓慢而稳定地释放。这种缓慢释放意味着疫苗在注射部位停留了很长时间，使得身体的免疫细胞能够逐渐发现并吸收它，而不是被突然涌入并迅速消失的洪流所淹没。
这种疫苗的持续存在对免疫反应产生了深远的影响。在接受标准、快速释放疫苗的小鼠中，负责协调防御的免疫细胞活跃了一段时间后便消退了。相比之下，接受缓慢释放颗粒的小鼠显示出这些免疫细胞持续扩张了两个多月。免疫系统有了更多时间来完善其攻击方式，从而产生了与病毒结合得更紧密、且结合时间更长的抗体。此外，研究表明，单次注射在骨髓中创造了大量的长寿免疫细胞，这些细胞负责维持长年的保护。
研究人员还观察了疫苗在体内的移动方式。他们发现，这些颗粒并非仅仅溶解成液体，而是被免疫细胞吸收或在组织中溶解，从而在需要的地方释放疫苗。这种缓慢、局部的递送使疫苗能够积聚在淋巴结中专门的细胞上，而这些细胞对于训练免疫系统至关重要。这项研究表明，通过控制疫苗释放的时机，科学家可以引导免疫系统完成对抗复杂疾病所需的复杂步骤，从而有可能将单次注射变成一种强大且持久的防御手段，而无需多次前往诊所。
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