Animal models are essential in medical research for testing drugs and vaccines. These models differ from humans in various respects, so their results are not directly translatable in humans. To address this issue, humanized mice engrafted with functional human cells or tissue can be helpful. We propose using humanized mice that support the engraftment of human hematopoietic stem cells (HSCs) without irradiation to evaluate vaccines that influence patient immunity. For infectious diseases, several types of antigens and adjuvants have been developed and evaluated for vaccination. Peptide vaccines are generally used for their capability to fight cancer and infectious diseases. Evaluation of adjuvants is necessary as they induce inflammation, which is effective for an enhanced immune response but causes adverse effects in some individuals. A trial can be done on humanized mice to check the immunogenicity of a particular adjuvant and peptide combination. Messenger RNA has also emerged as a potential vaccine against viruses. These vaccines need to be tested with human immune cells because they work by producing a particular peptide of the pathogen. Humanized mice with human HSCs that can produce both myeloid and lymphoid cells show a similar immune response that these vaccines will produce in a patient.
Cancer is the leading cause of death worldwide. In developed as well as developing countries, breast cancer is the most common cancer found among women. Currently, treatment of breast cancer consists mainly of surgery, chemotherapy, hormone therapy, and radiotherapy. In recent years, because of increased understanding of the therapeutic potential of immunotherapy in cancer prevention, cancer vaccines have gained importance. Here, we review various immunotherapeutic breast cancer vaccines including peptide-based vaccines, whole tumor cell vaccines, gene-based vaccines, and dendritic cell vaccines. We also discuss novel nanotechnology-based approaches to improving breast cancer vaccine efficiency.
Sang-Hyun Kim;Ha-Eun Park;Seong-Un Jeong;Jun-Hyeok Moon;Young-Ran Lee;Jeong-Ki Kim;Hyunseok Kong;Chan-Su Park;Chong-Kil Lee
IMMUNE NETWORK
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v.21
no.6
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pp.44.1-44.15
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2021
Tumor peptides associated with MHC class I molecules or their synthetic variants have attracted great attention for their potential use as vaccines to induce tumor-specific CTLs. However, the outcome of clinical trials of peptide-based tumor vaccines has been disappointing. There are various reasons for this lack of success, such as difficulties in delivering the peptides specifically to professional Ag-presenting cells, short peptide half-life in vivo, and limited peptide immunogenicity. We report here a novel peptide vaccination strategy that efficiently induces peptide-specific CTLs. Nanoparticles (NPs) were fabricated from a biodegradable polymer, poly(D,L-lactic-co-glycolic acid), attached to H-2Kb molecules, and then the natural peptide epitopes associated with the H-2Kb molecules were exchanged with a model tumor peptide, SIINFEKL (OVA257-268). These NPs were efficiently phagocytosed by immature dendritic cells (DCs), inducing DC maturation and activation. In addition, the DCs that phagocytosed SIINFEKL-pulsed NPs potently activated SIINFEKL-H2Kb complex-specific CD8+ T cells via cross-presentation of SIINFEKL. In vivo studies showed that intravenous administration of SIINFEKL-pulsed NPs effectively generated SIINFEKL-specific CD8+ T cells in both normal and tumor-bearing mice. Furthermore, intravenous administration of SIINFEKL-pulsed NPs into EG7.OVA tumor-bearing mice almost completely inhibited the tumor growth. These results demonstrate that vaccination with polymeric NPs coated with tumor peptide-MHC-I complexes is a novel strategy for efficient induction of tumor-specific CTLs.
Current influenza vaccines are produced in embryonated chicken eggs. However, egg-based vaccines have various problems. To address these problems, recombinant protein vaccines have been developed as new vaccine candidates. Unfortunately, recombinant proteins frequently encounter aggregation and low stability during their biogenesis. It has been previously demonstrated that recombinantly expressed proteins can be greatly stabilized with high solubility by fusing stabilizing peptide (SP) derived from the C-terminal acidic tail of human synuclein (ATS). To investigate whether SP fusion proteins can induce protective immunity in mice, we produced influenza HA and SP fusion protein using a baculovirus expression system. In in vitro tests, SP-fused recombinant HA1 (SP-rHA1) was shown to be more stable than recombinant HA1 (rHA1). Mice were immunized intramuscularly with baculovirus-expressed rHA1 protein or SP-rHA1 protein ($2{\mu}g/mouse$) formulated with aluminum hydroxide. Antibody responses were determined by ELISA and hemagglutination inhibition assay. We observed that SP-rHA1 immunization elicited HA-specific antibody responses that were comparable to rHA1 immunization. These results indicate that fusion of SP to rHA1 does not negatively affect the immunogenicity of the vaccine candidate. Therefore, it is possible to apply SP fusion technology to develop stable recombinant protein vaccines with high solubility.
Cancer vaccine is an active immunotherapy to stimulate the immune system to mount a response against the tumor specific antigen. Working as a stimulant to the body's own immune system, cancer vaccines help the body recognize and destroy targeted cancers and may help to shrink advanced tumors. Research is currently underway to develop therapeutic cancer vaccines. It is also possible to develop prophylactic vaccines in the future. The whole cell approach to eradicate cancer has used whole cancer cells to make vaccine. In an early stage of this approach, whole cell lysate or a mixture of immunoadjuvant and inactivated cancer cells has been used. Improved vaccines are being developed that utilize cytokines or costimulatory molecules to mount an attack against cancer cells. In case of melanoma, these vaccines are expected to have a therapeutic effect of vaccine. Furthermore, it is attempting to treat stomach cancer, colorectal cancer, pancreatic cancer, and prostate cancer. Other vaccines are being developing that are peptide vaccine, recombinant vaccine and dendritic cell vaccine. Out of them, reintroduction of antigen-specific dendritic cells into patient and DNA vaccine are mostly being conducted. Currently, research and development efforts are underway to develop therapeutic cancer vaccine such as DNA vaccine for the treatment of multiple forms of cancers.
At present, the most common cause of cancer-related death in women is breast cancer. In a large proportion of breast cancers, there is the overexpression of human epidermal growth factor receptor 2 (HER2). This receptor is a 185 KDa growth factor glycoprotein, also known as the first tumor-associated antigen for different types of breast cancers. Moreover, HER2 is an appropriate cell-surface specific antigen for passive immunotherapy, which relies on the repeated application of monoclonal antibodies that are transferred to the patient. However, vaccination is preferable because it would stimulate a patient's own immune system to actively respond to a disease. In the current study, several bioinformatics tools were used for designing synthetic peptide vaccines. PEPOP was used to predict peptides from HER2 ECD subdomain III in the form of discontinuous-continuous B-cell epitopes. Then, T-cell epitope prediction web servers MHCPred, SYFPEITHI, HLA peptide motif search, Propred, and SVMHC were used to identify class-I and II MHC peptides. In this way, PEPOP selected 12 discontinuous peptides from the 3D structure of the HER2 ECD subdomain III. Furthermore, T-cell epitope prediction analyses identified four peptides containing the segments 77 (384-391) and 99 (495-503) for both B and T-cell epitopes. This work is the only study to our knowledge focusing on design of in silico potential novel cancer peptide vaccines of the HER2 ECD subdomain III that contain epitopes for both B and T-cells. These findings based on bioinformatics analyses may be used in vaccine design and cancer therapy; saving time and minimizing the number of tests needed to select the best possible epitopes.
Many investigators have been pursuing various attempts so far to produce hepatitis B surface antigen(HBsAg) vaccines using the techniques such as isolation from plasma of chronic HBsAg carrier, recombinant DNA technique or preparation of synthetic peptides specific for immunogenic determinants. Hepatitis B virus can not grow on any cell lines by the tissue culture technique at the present time. The plasma of chronic HBsAg carrier is expensive and its source is limited. The HBsAg from the recombinant DNA technique gave still very low yield. Another approach, therefore, has been initiated to develop a synthetic hepatitis B virus vaccine. The possible use of several distinct synthetic vaccines in prophylaxis can be facilitated by availability of full synthetic immunogens. Peptides synthesized for potential application as antiviral vaccines have been mostly tested in the form of conjugates with carrier proteins, although the free synthetic peptide can be immunogenic. To understand basic knowledges on the antigenicity and immunogenicity of a synthetic peptide specific for major immunogenic determinant of HBsAg, a nonapeptide, $H_2N^{139}Cys-Thr-Lys-Pro-Thr-Asp-Gly-^{146}Asn-Aba$ COOH, which corresponds to HBsAg amino acid residues 139 to 147, was synthesized by the Merrifield's solid-phase method with a slight modification. The antigenicity and immunogenicity of this specific synthetic peptide were examined comparing with purified plasma-derived natural HBsAg. The results obtained are as follows; 1. The peptide synthesized showed the identical amino acid composition to the theoretical value. The degree of purification and molecular weight were acertained by methods of high performance liquid chromatography and mass spectrometry. 2. Using m-maleimidobenzoyl-N-hydroxysuccinimide ester as a conjugating agent, the synthetic peptide was conjugated to rabbit albumin and ${\gamma}$-globulin, tetanus and diphtheria toxoids, and keyhole limpet hemocyanin. Their conjugation yields were 8.3, 9.5, 15.8, 13.5, and 11.2%, respectively. 3. The natural HBsAg was purified from plasma of chronic HBsAg carrier. By the electron microscopic observation of the purified natural HBsAg preparation, no Dane particles were observed and the preparation showed negative DNA polymerase activity. 4. Antigenicity of the synthetic peptide and the plasma-derived natural HBsAg was determined by competition radioimmunoassay using $^{125}I$-natural HBsAg. Their 50% inhibitions appeared as $90{\mu}g/ml$ and $0.12{\mu}g/ml$ for the synthetic peptide and the natural HBsAg, respectively. This indicates that the former was about 750-fold less antigenic than the latter. 5. Immunogenicity of the synthetic peptide was determined by administering the peptide-carrier conjugates into rabbits with and without Freund's complete adjuvant. Regardless the carrier proteins and adjuvant, positive immune responses to the synthetic peptide were observed. The higher antibody titers, however, were shown in the groups administered with Freund's complete adjuvant. 6. Immunizing dose 50% in mice of the various peptide-carrier conjugates was 5.47, 6.00, 65.16, 31.25 and $13.03{\mu}g/dose$ for rabbit albumin and ${\gamma}$-globulin, tetanus and diphtheria toxoids, and keyhole limpet hemocyanin, respectively, while the natural HBsAg showed $0.65{\mu}g/dose$. 7. It was postulated that homologous proteins prefer to heterologous ones as the carriers.
The development of new strategies for vaccine delivery for generating protective and long-lasting immune responses has become an expanding field of research. In the last years, it has been recognized that bacteriophages have several potential applications in the biotechnology and medical fields because of their intrinsic advantages, such as ease of manipulation and large-scale production. Over the past two decades, bacteriophages have gained special attention as vehicles for protein/peptide or DNA vaccine delivery. In fact, whole phage particles are used as vaccine delivery vehicles to achieve the aim of enhanced immunization. In this strategy, the carried vaccine is protected from environmental damage by phage particles. In this review, phage-based vaccine categories and their development are presented in detail, with discussion of the potential of phage-based vaccines for protection against microbial diseases and cancer treatment. Also reviewed are some recent advances in the field of phagebased vaccines.
Cho, Hee Jun;Oh, Byung Moo;Kim, Jong-Tae;Lim, Jeewon;Park, Sang Yoon;Hwang, Yo Sep;Baek, Kyoung Eun;Kim, Bo-Yeon;Choi, Inpyo;Lee, Hee Gu
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.2
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pp.304-310
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2019
Interleukin-21 is a common ${\gamma}$-chain cytokine that controls the immune responses of B cells, T cells, and natural killer cells. Targeting IL-21 to strengthen the immune system is promising for the development of vaccines as well as anti-infection and anti-tumor therapies. However, the practical application of IL-21 is limited by the high production cost. In this study, we improved IL-21 production by codon optimization and selection of appropriate signal peptide in CHO-K1 cells. Codon-optimized or non-optimized human IL-21 was stably transfected into CHO-K1 cells. IL-21 expression was 10-fold higher for codon-optimized than non-optimized IL-21. We fused five different signal peptides to codon-optimized mature IL-21 and evaluated their effect on IL-21 production. The best result (a 3-fold increase) was obtained using a signal peptide derived from human azurocidin. Furthermore, codon-optimized IL-21 containing the azurocidin signal peptide promoted $IFN-{\gamma}$ secretion and STAT3 phosphorylation in NK-92 cells similar to codon-optimized IL-21 containing original signal peptide. Collectively, these results indicate that codon optimization and azurocidin signal peptides provide an efficient approach for the high-level production of IL-21 as a biopharmaceutical.
Kim, Su-Mi;Jee, Bo-Young;Cho, Mi-Young;Won, Kyoung-Mi;Kim, Jin-Woo;Park, Soo-Il
Journal of fish pathology
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v.24
no.2
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pp.75-84
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2011
The amino acid sequence of glycoprotein of Korean VHSV isolate (KR'01-1) was analyzed using the DNAStar Protean system. Based on the flexibility, hydrophilicity, antigenic index and surface probability, three regions (Gp1, Gp2 and Gp3) were selected as potential antigenic determinants. Three oligopeptides containing the amino acid sequences of the three regions were synthesized and polyclonal antibodies were raised against them. The activities of the antibodies were analyzed by Western blotting and virus neutralization test. The results showed that antibodies raised against oligopeptides Gp1 and Gp2 neutralized the infectivity of VHSV, suggesting that they can be possible candidates for subunit vaccines against VHS diseases in olive flounder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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