使用微針貼片作為傳遞工具開發有效的F1－脂質體鼠疫疫苗
鼠疫桿菌（Yersinia pestis）的F1蛋白是引發對抗鼠疫（plague）免疫力的主要抗原，製備F1抗原負載的脂質體（F1-liposome），可建立產生高效能的抗體技術平台。使用微針貼片（microneedle patch, MNP）將F1-liposome施予免疫勝任的小鼠，使其產生免疫反應，評估其對抗F1抗原的IgG抗體的效價（titer）、測定細胞激素（cytokine）含量及進行動物挑戰（challenge）測試後，與對照組比較，發現施予F1-liposome的小鼠表現出最強的免疫力，顯示可用MNP作為傳遞工具來開發F1-脂質體鼠疫疫苗。
文／陳淵銓
●鼠疫的認識
鼠疫是由鼠疫桿菌所引起的人畜共通傳染病，歷史上曾爆發三次大流行，特別在14世紀以“黑死病”（black death）肆虐歐洲，造成數千萬人死亡，拜公共衛生及醫藥發達之賜，近來鼠疫已鮮少大規模流行，但迄今仍在不少地區零星發生，造成相當程度的公共衛生威脅。鼠疫初期徵候包括發燒，虛弱和頭痛，通常在7日內會發生典型症狀，三種主要的臨床形式是淋巴腺鼠疫（bubonic plague）、肺鼠疫（pneumonic plague）及敗血性鼠疫（septicemic plague）（表1）。人類如果被感染，雖已有抗生素可用於治療，但對於暴露於鼠疫（特別是肺鼠疫）的高危險族群而言，仍有接種疫苗加以預防的需要。研究人員已提出多種候選疫苗，惟仍無獲得許可的產品上市。
表1.鼠疫的主要類型
●F1抗原及脂質體的功能
鼠疫桿菌的F1蛋白由caf1操縱子（operon）編譯，是一種高分子量聚合物，會在夾膜（capsule）產生過程中輸出到細菌表面，可以促進體液免疫作用（humoral immunity）和細胞介導免疫作用（cell-mediated immunity），被認為是引發抗鼠疫免疫力的主要抗原，可被用作模型抗原，以建立高效率的抗體誘導技術平台，在製造鼠疫疫苗上扮演非常重要的角色。
脂質體是具有脂質雙層（lipid biolayer）的奈米粒子（nanoparticle）球形囊泡，具有雙極性（amphiphilicity）、生物相容性（biocompatibility）、生物降解性（biodegradability）、低毒性、特異性、捕獲親水性/親脂性藥物的能力及易於進行表面修飾等特性，可作為將藥物的活性分子傳遞至作用部位的載體（carrier），已成為商業化的藥物輸送系統，並在臨床上實際應用。
●使用MNP作為傳遞工具開發有效的F1-脂質體鼠疫疫苗
台灣研究人員在2014年的研究中，已經利用乳劑/溶劑成功的生產鼠疫桿菌F1抗原負載的奈米粒子微球體（F1-microsphere）疫苗，並在動物實驗中證明經由皮下注射（subcutaneous injection）給予的F1-microsphere疫苗具有抗鼠疫的能力。在接種疫苗後的2週到7週，保護免疫勝任（immunocompetent）Balb/c小鼠的血漿IgG免疫反應顯著增加，顯示F1-microsphere可以優化鼠疫疫苗的摻入和遞送。然而，在接種F1-microsphere疫苗時，需要醫療專業人員（如醫生、護士等）協助執行皮下注射，而且用藥過量、疼痛及可能的微生物污染，也是需要考量的風險。為了克服這些挑戰，這個研究團隊在2019年進一步使用 MNP作為傳遞工具來開發新的鼠疫疫苗，他們製備了F1-liposome，以磷酸食鹽水緩衝液（phosphate buffer saline, PBS）作為溶劑對F1-liposome進行測試，並測定其含量。最後利用已商業化生產的一種MNP作為傳遞工具，將製備的F1-liposome以皮膚免疫接種（skin vaccination）的方式投予免疫勝任的小鼠。實驗期間每隔7天定期抽取這些小鼠的血液（共45天），使用酵素連接的免疫吸附測定（enzyme-linked immunosorbent assay）評估對抗F1抗原的免疫抗體IgG效價。此外，為確認免疫反應，在接種疫苗後35天測定細胞激素的含量，例如白介素4（interleukin-4, IL-4）、干擾素-γ（interferon-γ, IFN-γ）及腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor, TNF-α）。比較實驗組（F1-liposome）與對照組（PBS和F1-Alugel）在動物實驗的結果，包括 IgG抗體效價分析（antibody titer assay）、細胞激素反應測試（cytokine response test）及動物挑戰測試（animal challenge test），發現給予F1-liposome的小鼠表現出最強的免疫力。研究結果顯示結合F1蛋白、脂質體及MNP的疫苗，可以有效誘導適應性免疫反應（adaptive immune response）產生。此外，MNP除了是傳遞F1-liposome的有效工具外，與其他用於施打疫苗的常規方法（如肌肉注射、皮內注射、皮下注射等）比較，更具有以下的優點：較少的劑量、無痛、可自我施用、無針刺傷、微生物入侵率低、生物有害性廢棄物少及運輸、儲存便利等。
●結論
雖然鼠疫的發生率已不若其他常見的傳染病，但基於鼠疫曾引起嚴重的公共衛生問題及具備發展成生物武器的潛在可能性，我們仍應持續關注鼠疫，不可免除對其未來可能爆發疫情的憂慮。此外，研究人員發現具抗生素抗性的鼠疫桿菌可能已經出現，鼠疫有再度大規模流行的可能性。因此，持續開發安全、有效及高傳遞效率的鼠疫疫苗仍是需要的。
參考資料：
1. ChenYC,Chen SJ, ChengHF, Yeh MK. Development of Yersinia pestisF1 antigen-loaded liposome vaccine against plague using microneedlesas a delivery system. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2019 Dec. 3.doi.org/10.1016/j.jddst.2019.101443.
2. Huang YH,Hu CS,Ke YJ,Chiang CH,Hong PD, Yeh MK. Evaluatingthe effectivenessofanovelatomizedliquidneedle-freetransdermaldeliverysystem, DrugDeliv.Transl.Res.2017, 7, 609–616. doi.org/10.1007/s13346-0170382-7.
- Huang SS, Li IH, Hong PD, Yeh MK. Development of Yersinia pestis F1antigen loaded microspheres vaccine against plague. Int J Nanomed. 2014, 9, 813–822. doi.org/10.2147/IJN.S56260.