Development of human adenovirus type 55 vaccine using microneedle array patches and immunogenicity test in mice

Abstract

Human adenovirus type 55 (HAdV-55) is an emerging pathogen, known to be a causative agent of acute respiratory disease (ARD), pneumonia, and bronchitis. While HAdV-55 infection results in self-limited disease in healthy adults, it has been frequently associated with large-scale outbreaks in South Korean military training camps. Therefore, the development of an effective vaccine to prevent HAdV-55 outbreaks during military training and in community outbreaks is crucial. This study aimed to evaluate the impact of additives on vaccine stability during the production of microneedle array patches (MAP) coated with an inactivated HAdV-55 vaccine. The addition of polyethylene glycol (PEG) and Hyaluronic acid (HA) significantly improved vaccine stability during the manufacturing process and storage. Furthermore, The immunogenicity of MAP administration was compared with that of intramuscular (IM) injection. Two doses of the vaccine were administered to BALB/c mice at a two-week interval and serum samples were collected at 2 and 4 weeks post-immunization. MAP efficacy was assessed by measuring antigen-specific IgG titers and neutralizing antibody titers. The MAP group produced antigen-specific IgG levels that were similar to those elicited by IM injection. Considering the various advantages of using MAP for vaccination over traditional injections, this study suggests that MAP-based vaccination can be a promising alternative to IM vaccination, particularly in situations requiring mass vaccination, such as pandemics or emergencies. 인간 아데노바이러스 55형 (HAdV-55)은 급성 호흡기 질환 (ARD), 폐렴 및 기관지염의 원인체로 알려진 신생 병원균이다. 건강한 성인에서는 HAdV-55 감염이 제한적인 질환을 유발하나, 한국군의 신병 훈련소에서는 대규모의 ARD 발병이 빈번하게 발생한다. 따라서 군과 지역사회 발병 예방을 위한 효과적인 백신 개발이 필요하다. 본 연구에서는 불활성 HAdV-55 백신으로 코팅된 마이크로니들 어레이 패치 (MAP)를 제작해서, 제작과정 중 백신 안정성에 대한 첨가제의 영향을 평가하였다. 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)과 히알루론산 (HA)의 첨가는 제조 및 저장 중 백신 안정성을 향상시켰다. 더불어 MAP 투여와 근육 내 주입 (IM)을 비교하여 면역원성을 확인했다. 각 종류의 백신을 두 번의 접종으로 2주 간격을 두고 BALB/c 쥐에게 투여한 후, 2주와 4주 후에 혈청 샘플을 수집했다. MAP의 효능은 항원 특이적인 IgG 수치와 중화항체 수준을 측정하여 평가하였다. MAP의 항원 특이적인 IgG와 중화항체 역가는 근육주사와 비슷한 수준의 면역반응을 형성하였다. 따라서 마이크로니들 백신 접종의 다양한 장점을 고려할 때, 마이크로니들을 활용한 백신 접종은 팬데믹과 같은 비상 상황과 같이 대규모 백신 접종이 필요한 상황에서 IM 백신 접종을 대체할 수 있는 대안으로 활용될 수 있다는 것을 제시하는 바이다.