VIII International Symposium on Chemistry and Pharmaceutical Sciences

SICF

VIII Symposium "Design, Obtaining and Development of Drugs"

DESIGN AND OPTIMIZATION OF MULTIFUNCTIONAL NANOSYSTEMS FOR NEEDLE-FREE VACCINATION

Abstract

Vaccination is one of the most cost-effective public health strategies. However, the pressure on health systems caused by the recent pandemic harmed global vaccination targets; it is estimated that the pandemic cost the world 30 years of progress in vaccination coverage. The development of new technologies is urgently needed to expand the vaccine arsenal and provide novel systems with adjuvant capacity, availability of vaccines for emerging diseases, and availability of new routes of administration.

This work aims to develop colloidal systems with nanometric size capable of jointly encapsulating a respiratory syncytial virus antigen and an active molecule with adjuvant properties. This multifunctional approach allows having a formulation able to transport the antigen to the immune system and activate it due to its adjuvant activity. Different formulations have been optimized through mathematical modeling to modulate their physicochemical properties to respond to the challenge of crossing the skin barrier.

Mathematical models were obtained to successfully map the physicochemical characterization of nanosystems as a function of the variation in their composition, the multi-objective optimization allowed to interpolate those formulations with the best size/Z potential relationship, two formulations were chosen to evaluate their performance as nanovaccines Both formulations incorporated the compound with adjuvant properties with an efficiency greater than 90% and showed excellent performance in vitro assays. Moreover, the optimized prototypes shown high interaction with immune system.

Finally, ex vivo studies in pig skin will allow us to evaluate this formulation as a possible needle-free administration platform and its potential contribution to global vaccination.

Resumen

La vacunación es una de las estrategias de salud pública más rentables. Sin embargo, la presión sobre los sistemas de salud causada por la reciente pandemia perjudicó los objetivos globales de vacunación; se estima que la pandemia le costó al mundo 30 años de avance en las coberturas de vacunación. Por ello, se necesita con urgencia el desarrollo de nuevas tecnologías para ampliar el arsenal de vacunas y proporcionar sistemas novedosos con capacidad adyuvante.

Esta investigación tiene como objetivo desarrollar sistemas de tamaño nanométrico capaces de encapsular conjuntamente un antígeno contra el virus respiratorio sincicial y una molécula con propiedades adyuvantes. Este enfoque multifuncional permite tener una formulación capaz de transportar el antígeno al sistema inmunológico y activarlo debido a su actividad adyuvante. Así, se han optimizado diferentes formulaciones a través de modelos matemáticos para modular sus propiedades fisicoquímicas para responder al desafío de atravesar la piel.

Así, se han diseñado modelos matemáticos para mapear la caracterización fisicoquímica de nanosistemas en función de su composición. La optimización multiobjetivo construida permitió interpolar aquellas formulaciones con la mejor relación tamaño/potencial Z, obteniéndose dos formulaciones con las mejores características. Ambas formulaciones incorporaron el adyuvante con una eficiencia superior al 90% y mostraron un excelente desempeño en ensayos in vitro. Además, los prototipos optimizados mostraron una alta interacción con el sistema inmunológico.

Finalmente, los estudios ex vivo en piel de cerdo nos permitirán evaluar esta formulación como posible plataforma para la administración libre de agujas y su potencial contribución a la vacunación mundial.