1. Aluminum oxide nanowires as safe and effective adjuvants for next-generation vaccines
- Author
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Tetiana Dumych, Solomiya Paryzhak, Gleb Yushin, Alexandre Barras, Kostiantyn Turcheniuk, Rabah Boukherroub, Rostyslav Bilyy, Sabine Szunerits, Fujia Wang, Danylo Halytskiy Lviv National Medical University, Institut de biologie de Lille - IBL (IBLI), Université de Lille, Sciences et Technologies-Institut Pasteur de Lille, Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille, Droit et Santé, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Georgia Institute of Technology [Atlanta], Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 ( IEMN ), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du nunérique (ISEN)-Université Polytechnique Hauts-de-France ( UPHF ) -Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), European Project : 690836,H2020,H2020-MSCA-RISE-2015,PANG ( 2016 ), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), NanoBioInterfaces - IEMN (NBI - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), European Project: 690836,H2020,H2020-MSCA-RISE-2015,PANG(2016), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire International associé sur les phénomènes Critiques et Supercritiques en électronique fonctionnelle, acoustique et fluidique (LIA LICS/LEMAC), and Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
- Subjects
medicine.medical_treatment ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Nanowire ,Nanotechnology ,[CHIM.THER]Chemical Sciences/Medicinal Chemistry ,02 engineering and technology ,010402 general chemistry ,[ CHIM ] Chemical Sciences ,01 natural sciences ,chemistry.chemical_compound ,Immune system ,Antigen ,medicine ,[ SDV.IMM ] Life Sciences [q-bio]/Immunology ,[CHIM]Chemical Sciences ,General Materials Science ,Aluminum oxide ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,Chemistry ,Alum ,Mechanical Engineering ,[ CHIM.THER ] Chemical Sciences/Medicinal Chemistry ,Neutrophil extracellular traps ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter Physics ,3. Good health ,0104 chemical sciences ,Mechanics of Materials ,[ CHIM.MATE ] Chemical Sciences/Material chemistry ,[ SDV.IMM.VAC ] Life Sciences [q-bio]/Immunology/Vaccinology ,[SDV.IMM]Life Sciences [q-bio]/Immunology ,[SDV.IMM.VAC]Life Sciences [q-bio]/Immunology/Vaccinology ,0210 nano-technology ,Adjuvant - Abstract
Improving efficiency of an adjuvant, material that enhances the body’s immune response to an antigen, has become vital for the development of safer, cheaper, and more effective next-generation vaccines. Commercial vaccines typically use aluminum salt-based adjuvant particles, most commonly aluminum oxyhydroxide (AlOOH) and aluminum hydroxide (Al(OH)3) based, often referred to as “alum”. Despite their broad use, their adjuvant properties are rather moderate. This is even worse in the case of aluminum oxide (Al2O3)-based adjuvant. While being more robust and less cytotoxic, Al2O3 is a significantly less effective adjuvant than above-mentioned Al compounds and is consequently not commonly used. Here, we report on the remarkably enhanced adjuvant properties of Al2O3 when produced in the form of nanowires (NWs). Based on recent advances in understanding neutrophil activation by inert nanoscaffolds, we have created ultra-long Al2O3 NWs with a high aspect ratio of ∼1000. These NWs showed strong humoral immune response with no damaging effect on the microvasculature. Since only the change of shape of Al adjuvants is responsible for the excellent adjuvant properties, our finding holds great promise for rapid implementation as safer and more effective adjuvant alternative for human vaccines. The mechanism behind human blood-derived neutrophil activation with Al2O3 NWs was found to be sequestering of Al2O3 NWs by neutrophils via formation of neutrophil extracellular traps (NETs).
- Published
- 2019