免疫調節のための機能性双性イオン性バイオミメティック材料の新規設計

De novo design of functional zwitterionic biomimetic material for immunomodulation.

• Bowen Li
• Zhefan Yuan
• Priyesh Jain
• Hsiang-Chieh Hung
• Yuwei He
• Xiaojie Lin
• Patrick McMullen
• Shaoyi Jiang

抄録

超親水性双性高分子は、生物系との非特異的相互作用に効果的に抵抗することができる非防汚性材料の一種である。我々はここで、非特異的相互作用による非防汚性と特異的相互作用による生理活性のトレードオフを実現する機能性双性ポリマーを設計した。自然界に存在する免疫シグナリング分子であるホスホセリンから構築されたこの双性イオン性ポリマーは、非ファウリング性と免疫調節性の両方の特性を示す。ウリカーゼとの共役により、不要な免疫応答を積極的に消去することが示されており、双性イオン性ポリマーを凌駕しています。一方、このポリマーは生体内でのタンパク質薬物の半減期を大幅に延長し、ホスホセリンが本来持っているクリアランスの促進という欠点を克服することができました。このように、免疫調節機能を内蔵した非ファウリング性の双性イオン性材料の実証は、生体材料の基本設計に新たな知見を与えるだけでなく、ドラッグデリバリー、インプラント、細胞治療などの幅広い用途への応用が期待されている。

Superhydrophilic zwitterionic polymers are a class of nonfouling materials capable of effectively resisting any nonspecific interactions with biological systems. We designed here a functional zwitterionic polymer that achieves a trade-off between nonspecific interactions providing the nonfouling property and a specific interaction for bioactive functionality. Built from phosphoserine, an immune-signaling molecule in nature, this zwitterionic polymer exhibits both nonfouling and immunomodulatory properties. Its conjugation to uricase is shown to proactively eradicate all unwanted immune response, outperforming the zwitterionic polymers. On the other hand, this polymer could significantly prolong the half-life of protein drugs in vivo, overcoming the innate drawback of phosphoserine in inducing accelerated clearance. Our demonstration of a nonfouling zwitterionic material with built-in immunomodulatory functionality provides new insights into the fundamental design of biomaterials, as well as far-reaching implications for broad applications such as drug delivery, implants, and cell therapy.

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