Preparation of Vaccine Formulations for Melanoma Using Potent Adjuvant Candidate Astragaloside Vii and Investigation of Anti-Tumor Activities of Formulations in Mouse Cancer Models

Abstract

Kanser, genomdaki nokta mutasyonların birikmesi sonucu ortaya çıkan ve yapısal değişikliklerle ilerleyen bir hastalıktır. Kanser immünoterapisinin ana kategorilerinden biri, vücudun kansere karşı kendi bağışıklık sistemini harekete geçiren kanser aşısıdır. Geleneksel tedaviler güvenlik sorunları ve bağışıklık sisteminin uygun olmayan modülasyonu nedenleriyle etkili olmadığından, nanotıp temelli yaklaşımların uygulanması bu sorunların çözümü için bir potansiyel oluşturmaktadır. Bir taşıyıcı malzeme içinde immünostimülatör ajanların/adjuvanların formülasyonları, hedef hücreler tarafından alımı sağlar, sistemik etkiyi değiştirir, güvenli bir profil sağlar ve immünoterapötiklerin terapötik etkinliğini arttırır. Bu bakış açısıyla bu tez kapsamında, Astragalus polisakkariti temelli bir nanotaşıyıcıya MPLA/Astragaloside-VII entegre edilerek yeni bir adjuvan sistemi (MA-NP) tasarlanmış ve geliştirilmiştir. MA-NP'nin in vitro ve in vivo immünomodülatör özellikleri ve ardından iki fare melanoma modelinde profilaktik ve terapötik etkinliği araştırılmıştır. Biyouyumlu, 20-50 nm boyutunda, negatif yüklü, dendritik hücreler tarafından etkin bir şekilde alınabilen MA-NP başarılı bir şekilde üretilmiştir. Çoklu peptitler ile formülize edilen MA-NP, doğal ve kazanılmış bağışıklık hücreleri aktive etmiş, öncelikli olarak merkezi bellek CD8+ T hücre yanıtı gösteren antijen spesifik sitotoksik T hücre popülasyonunu arttırmış, fonksiyonel IFN-+CD8+ T hücrelerini indüklemiş, tümör içi CD4+, CD8+ T hücre, dendritik hücre ve M1 makrofajlarını arttırmış ve güçlü bir şekilde tümör büyümesini inhibe etmiştir. Ayrıca MA-NP ile oluşturulan nanoaşı, anti-PD1 antikorları ile birlikte farelere uygulandığında yerleşik B16-F10 tümörlerini ortadan kaldırmıştır. Bu bulgular, kanser aşılarında kullanılabilecek yeni bir saponin temelli adjuvan sistemini ve kanser immünoterapi yaklaşımını geliştirmek için umut verici bir kombine terapiyi ortaya koymaktadır.

Cancer is a disease caused by the accumulation of point mutations in the genome and further progresses by structural alterations. One of the major categories in cancer immunotherapy is cancer vaccine, which activates body's immune system against cancer. As traditional therapies are not effective due to safety issues and non-proper immune system modulation, the application of nanomedicine-based approaches is a potential solution to address these problems. The formulations of immunostimulatory agents/adjuvants in a carrier material facilitate uptake by target cells, alter systemic exposure, provide a safer profile, and increase the therapeutic efficacy of immunotherapeutics. With this perspective, in the context of this thesis, a new adjuvant system (MA-NP) containing MonophosphoryllipidA/Astragaloside-VII in Astragalus polysaccharide-based nanocarrier was designed and developed. The in vitro and in vivo immunomodulatory properties and, subsequently, prophylactic and therapeutic efficacy of MA-NP in two murine melanoma models were investigated. Biocompatible, negatively charged, and 20-50 nm sized MA-NP with efficient uptake by dendritic cells was successfully prepared. MA-NP formulation including multi-peptides activated innate and adaptive immune cells, enhanced antigen-specific cytotoxic T lymphocytes primarily exhibiting central memory CD8+ T cell response, induced functional IFN-g+CD8+ T cells, increased intratumoral CD4+, CD8+ T cells and M1-like macrophages, dendritic cells, and potently inhibited tumor growth. Moreover, MA-NP eliminated established B16-F10 tumors when combined with anti-PD-1 treatment. These findings revealed a highly effective new saponin-based adjuvant system to be used in cancer vaccines and a promising combinatory therapy to improve cancer immunotherapy.