Currently, mucosal infectious diseases are still a very high global health burden, but there are few effective vaccines to prevent mucosal-borne diseases. The development of mucosal vaccines requires the selection of appropriate antigens, delivery system strategies, and adjuvants to increase vaccine efficacy but limited studies have been conducted. The aim of this review is to describe the mucosal immune system, as well as the potential for the development of vaccines and mucosal adjuvants, and their challenges. The study was conducted by applying inclusion criteria for the articles, and a review was conducted by two readers with the agreement. It was known that mucosal vaccination is a potential route to be applied in future preventive efforts through vaccination. However, limited studies have been conducted so far and limited mucosal vaccination has been approved. New technological approaches such as material development involving nano- and micro-patterning are important to intensively open and investigate the potential area of development to provide better vaccination methods.
Shim, Byoung-Shik;Choi, Youngjoo;Cheon, In Su;Song, Man Ki
IMMUNE NETWORK
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v.13
no.3
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pp.81-85
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2013
The mucosal surfaces are constantly exposed to incoming pathogens which can cause infections that result in severe morbidity and/or mortality. Studies have reported that mucosal immunity is important for providing protection against these pathogens and that mucosal vaccination is effective in preventing local infections. For many years, the sublingual mucosa has been targeted to deliver immunotherapy to treat allergic hypersensitivities. However, the potential of vaccine delivery via sublingual mucosal has received little attention until recently. Recent studies exploring such potential have documented the safety and effectiveness of sublingual immunization, demonstrating the ability of sublingual immunization to induce both systemic and mucosal immune responses against a variety of antigens, including soluble proteins, inter particulate antigens, and live-attenuated viruses. This review will summarize the recent findings that address the promising potential of sublingual immunization in proving protection against various mucosal pathogens.
Yoon, Hyun-A;Han, Young-Woo;Aleyas, Abi George;George, June Abi;Kim, Seon-Ju;Kim, Hye-Kyung;Song, Hee-Jong;Cho, Jeong-Gon;Eo, Seong-Kug
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.3
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pp.591-599
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2008
A murine model immunized by systemic and mucosal delivery of plasmid DNA vaccine expressing glycoprotein B (pCIgB) of pseudorabies virus (PrV) was used to evaluate both the nature of the induced immunity and protection against a virulent virus. With regard to systemic delivery, the intramuscular (i.m.) immunization with pCIgB induced strong PrV-specific IgG responses in serum but was inefficient in generating a mucosal IgA response. Mucosal delivery through intranasal (i.n.) immunization of pCIgB induced both systemic and mucosal immunity at the distal mucosal site. However, the levels of systemic immunity induced by i.n. immunization were less than those induced by i.m. immunization. Moreover, i.n. genetic transfer of pCIgB appeared to induce Th2-biased immunity compared with systemic delivery, as judged by the ratio of PrV-specific IgG isotypes and Th1- and Th2-type cytokines produced by stimulated T cells. Moreover, the immunity induced by i.n. immunization did not provide effective protection against i.n. challenge of a virulent PrV strain, whereas i.m. immunization produced resistance to viral infection. Therefore, although i.n. immunization was a useful route for inducing mucosal immunity at the virus entry site, i.n. immunization did not provide effective protection against the lethal infection of PrV.
The purpose of this study is to investigate the effect of mucosal vaccine delivery vehicles and adjuvants on the local and systemic antibody responses following mucosal immunization of mice with hepatitis B surface antigen (HBsAg). Mice were immunized on days 0 and 21 by administration of hepatitis B surface antigen B (HBsAg) into the vagina. HBsAg was delivered in saline or poloxamer(Pol)-based vehicle containing mucoadhesive polycarbophil (PC). (omitted)
In order to investigate the feasibility of transmucosal delivery of the model peptide, LHRH, metabolism of LHRH and inhibition effect of medium chain fatty acid salts were studied in rabbit mucosal homogenate. LHRH incubated in homogenates of rectal(RE), nasal(NA) and vaginal(VA) mucosa were assayed by HPLC. Five to six degradation products of LHRH were deterted and the degradation of LHRH$(500\;{\mu}g/ml)$ followed the first order kinetics. The main degradation products were found as $LHRH^{1-5}(M-I)$, $LHRH^{1-3}(M-II)$ and $LHRH^{1-6}(M-III)$ by the method of amino acid analysis. The half-lives of LHRH in the mucosal homogenates were found to be less than 20 min at protein concentration of 2.5 mg/ml with the order of VA>NA>RE mucosal homogenate. Medium chain fatty acid salts such as sodium caprylate $(C_8)$, sodium caprate $(C_{10})$ and sodium laurate $(C_{12})$ at the concentration of $0.5%{\sim}1.0%$ inhibit the proteolysis of LHRH significantly. The addition of sodium laurate(0.5%) into the NA and VA mucosal homogenates protected LHRH completely from the degradation.
To study the feasibility of transmucosal delivery of $[D-ala^2]-methionine$ enkephalinamide (YAGFM), its enzymatic degradation and stabilization in various rabbit mucosal extracts were investigated by HPLC method. The degradation of YAGFM was observed to follow the first-order kinetics and the half-lives of YAGFM in the nasal, rectal and vaginal mucosal extracts were found to be 25.7, 3.0 and 7.8 hr, respectively. However, there was no significant difference in degradation rates of YAGFM between the mucosal and serosal extracts obtained from the same mucosal membrane. This finding suggests that even a synthetic enkephalin analog, which is designed to be resistent to aminopeptidases, needs to be fully protected from the enzymatic degradation in mucosal sites for the delivery of the analog through mucosal routes. To inhibit the degradation of YAGFM in various mucosal extracts, effects of enzyme inhibitors such as bestatin (BS), amastatin (AM), thiorphan (TP), thimerosal (TM) and EDTA, alone or in combination, and modified cyclodextrins were observed by assaying YAGFM staying intact during 24 hr-incubation at $37^{\circ}C$. It was found from the results that mixed inhibitors such as TM (0.5 mM)/EDTA (5 mM) or AM $(50{\mu}M)/TM$ (0.5 mM)/EDTA (5 mM) provided very useful means for the stabilization in various mucosal extracts. The latter was found to protect YAGFM from the degradation in the nasal, rectal, and vaginal mucosal extracts by 90.9, 90.4 and 91.3%, respectively, after 24 hr-incubation, suggesting almost complete inhibition of YAGFM-degrading enzymes present in the incubation mixture. However, BS $(50{\mu}M)$, AM 50 $(50{\mu}M)$ or TP$(50{\mu}M)$ alone did not reveal sufficient inhibition except TM (0.5 mM) or EDTA (5 mM). The adddition of $2-hydroxylpropyl-{\beta}-cyclodextrin$(10%) to the nasal mucosal extract, and $dimethyl-{\beta}-cyclodextrin$(10%) to the rectal and vaginal mucosal extracts reduced the first-order rate constants for the degradation of YAGFM by 5.8, 17.3 and 8.9 times, respectively, compared to those with no additive.
Application of vaccine materials through oral mucosal route confers great economical advantage in animal farming industry due to much less vaccination cost compared with that of injection-based vaccination. In particular, oral administration of recombinant protein antigen against foot-and- mouth disease virus (FMDV) is an ideal strategy because it is safe from FMDV transmission during vaccine production and can induce antigen-specific immune response in mucosal compartments, where FMDV infection has been initiated, which is hardly achievable through parenteral immunization. Given that effective delivery of vaccine materials into immune inductive sites is prerequisite for effective oral mucosal vaccination, M cell-targeting strategy is crucial in successful vaccination since M cells are main gateway for luminal antigen influx into mucosal lymphoid tissue. Here, we applied previously identified M cell-targeting ligand Co1 to VP1 of FMDV in order to test the possible oral mucosal vaccination against FMDV infection. M cell-targeting ligand Co1-conjugated VP1 interacted efficiently with M cells of Peyer's patch. In addition, oral administration of ligand-conjugated VP1 enhanced the induction of VP1-specific IgG and IgA responses in systemic and mucosal compartments, respectively, in comparison with those from oral administration of VP1 alone. In addition, the enhanced VP1-specific immune response was found to be due to antigen-specific Th2-type cytokine production. Collectively, it is suggested that the M cell-targeting strategy could be applied to develop efficient oral mucosal vaccine against FMDV infection.
Kim, Tae Woo;Chung, Hesson;Kwon, Ick Chan;Sung, Ha Chin;Kang, Tae Heung;Han, Hee Dong;Jeong, Seo Young
Molecules and Cells
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v.22
no.2
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pp.175-181
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2006
Delivery of DNA vaccines to airway mucosa would be an ideal method for mucosal immunization. However, there have been few reports of a suitable gene delivery system. In this study we used a cationic emulsion to immunize mice via the intranasal route with pCMV-S coding for Hepatitis B virus surface antigen (HBsAg). Complexing pCMV-S with a cationic emulsion dramatically enhanced HBsAg expression in both nasal tissue and lung, and was associated with increases in the levels of HBs-specific Abs in serum and mucosal fluids, of cytotoxic T lymphocytes (CTL) in the spleen and cervical and iliac lymph nodes, and of delayed-type hypersensitivity (DTH) against HBsAg. In contrast, very weak humoral and cellular immunities were observed following immunization with naked DNA. In support of these observations, a higher proliferative response of spleenocytes was detected in the group immunized with the emulsion/pCMV-S complex than in the group immunized with naked pCMV-S. These findings may facilitate development of an emulsion-mediated gene vaccination technique for use against intracellular pathogens that invade mucosal surfaces.
Vaccine is one of the best known and most successful applications of immunological theory to human health and it protects human life through inducing the immune response in systemic compartment. However, when we consider the fact that mucosal epithelium is exposed to diverse foreign materials including viruses, bacteria, and food antigens and protects body from entry of unwanted materials using layer of tightly joined epithelial cells, establishing the immunological barrier on the lining of mucosal surfaces is believed to be an effective strategy to protect body from unwanted antigens. Unfortunately, however, oral mucosal site, which is considered as the best target to induce mucosal immune response due to application convenience, is prone to induce immune tolerance rather than immune stimulation. Since intestinal epithelium is tightly organized, a prerequisite for successful mucosal vaccination is delivery of antigen to mucosal immune induction site including a complex system of highly specialized cells such as M cells. Consequently, development of efficient mucosal adjuvant capable of introducing antigens to mucosal immune induction site and overcome oral tolerance is an important subject in oral vaccine development. In this review, various approaches on the development of oral mucosal adjuvants being suggested for effective oral mucosal immune induction.
Vaccination is one of the most effective methods available to prevent infectious diseases. Mucosa, which are exposed to heavy loads of commensal and pathogenic microorganisms, are one of the first areas where infections are established, and therefore have frontline status in immunity, making mucosa ideal sites for vaccine application. Moreover, vaccination through the mucosal immune system could induce effective systemic immune responses together with mucosal immunity in contrast to parenteral vaccination, which is a poor inducer of effective immunity at mucosal surfaces. Among mucosal vaccines, oral mucosal vaccines have the advantages of ease and low cost of vaccine administration. The oral mucosal immune system, however, is generally recognized as poorly immunogenic due to the frequent induction of tolerance against orally-introduced antigens. Consequently, a prerequisite for successful mucosal vaccination is that the orally introduced antigen should be transported across the mucosal surface into the mucosa-associated lymphoid tissue (MALT). In particular, M cells are responsible for antigen up-take into MALT, and the rapid and effective transcytotic activity of M cells makes them an attractive target for mucosal vaccine delivery, although simple transport of the antigen into M cells does not guarantee the induction of specific immune responses. Consequently, development of mucosal vaccine adjuvants based on an understanding of the biology of M cells has attracted much research interest. Here, we review the characteristics of the oral mucosal immune system and delineate strategies to design effective oral mucosal vaccines with an emphasis on mucosal vaccine adjuvants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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