Vaccine efficacy of a novel vaccine approach against Shigella flexneri 2a: Generalized Modules for Membrane Antigens microneedle vaccine

Abstract

One of the leading causes of diarrheal deaths worldwide is Shigella infections, with Shigella flexneri being most common in underdeveloped nations. Since there are no licensed vaccinations yet and most Shigella has a high level of antibiotic resistance, developing a vaccine is necessary. Numerous vaccines targeting the O-antigen (OAg) of Shigella LPS are under development since anti-OAg serum IgG is being proposed as a correlate of protection. The Generalized Modules for Membrane Antigens (GMMA) technology is a novel vaccine platform that delivers the OAg, and it replaces the conventional vaccination candidates. Additionally, a transdermal vaccine delivery system called a microneedle array patch (MAP) is an attractive delivery method that overcomes several limitations of traditional administration routes. In this work, we assessed a new vaccination against Shigella flexneri 2a for immunogenicity utilizing both technologies: a GMMA MAP vaccine. S. flexneri 2a GMMA MAP vaccines were manufactured in two different ways, coated or powder-attached ways, and OAg-specific serum antibody titers elicited by each MAP were compared with those elicited by intramuscular (IM) injection. Functional antibody responses were also compared after boost vaccination. Both coated and powder-attached GMMA MAP vaccines induced a level of anti-OAg serum IgG antibodies and bactericidal antibodies comparable to those elicited by IM injection at the highest dose. Thus, administering S. flexneri 2a GMMA by MAPs is suggested as a promising approach for S. flexneri 2a vaccine development that can be easily distributed to developing countries.

개발도상국에서 설사의 주요 원인 중 하나인 이질균 감염중 특히 B군 2a형 이질균이 가장 흔하다. 현재 허가된 예방백신이 없으며 이질균은 대부분 항생제 내성을 가지고 있기 때문에 백신 개발의 필요성이 높다. 이질균 지질다당류의 혈청형별로 특이적인 O항원(OAg) 부분이 최근 보호 면역의 중요한 타겟으로 확인되어 이를 기반으로 하는 다수의 백신이 개발 중이다. 잼마(GMMA)는 OAg을 전달하는 기술로써 전통적인 백신 후보의 대체제로 최근 개발되었다. 또한 경피 백신 전달 시스템인 마이크로니들(MAP)은 전통적인 투여 경로의 여러 가지 제한을 극복하는 매력적인 전달 방법이다. 본 연구에서는 B군 2a형 이질균에 대한 새로운 백신인 GMMA MAP 백신의 면역원성을 평가했다. B군 2a형 이질균 GMMA MAP 백신은 코팅 또는 파우더 첨부의 두 가지 다른 방식으로 제조되었으며, 두 MAP 백신이 각각 유발하는 OAg 특이 항체 수준이 근육 내 주입에 의해 유발된 것과 비교되었다. 부스터 접종 후에도 기능적인 항체 반응이 비교되었다. 코팅 및 파우더 첨부 GMMA MAP 백신은 최고 용량에서 근육 내 주입에 의해 유발된 것과 비교할 수 있는 수준의 항 OAg 면역글로불린 G 항체 및 박테리아 소멸 항체를 유발했다. 따라서 B군 2a형 이질균 GMMA를 MAP으로 투여하는 것이 개발도상국에 쉽게 배포될 수 있는 B군 2a형 이질균 백신 개발의 유망한 방법으로 제안된다.