Fabrication of Thiol-norbornene Photo-crosslinked Pectin Nanogels for Transcutaneous Immunization

Abstract

Transcutaneous immunization (TCI) delivers antigens directly to immune cells of the skin and inoculation is non-invasive. In general, a specific antigen may target Langerhans cells (LCs) or dermal dendritic cells (DCs), bypassing metabolic degradation. However, it is difficult to deliver antigens to immune cells due to the skin barrier. A novel transcutaneous antigen delivery carrier was developed using pectin from citrus peel. This biocompatible and immunoactive biopolymer was functionalized with norbornene groups creating a hydrogel network for thiol-ene photo-click reaction with dithiol crosslinkers and ovalbumin (OVA). A pectin nanogel was formed by facile sonication; the particles were of uniform size (~200 nm in diameter). In porcine skin penetration tests, pectin nanogels penetrated the stratum corneum and were deposited in the epidermis and dermis. The nanogels were then internalized by dendritic cells derived from THP-1 monocytes, inducing cell maturation. Thus, pectin nanogels will find applications in transcutaneous antigen delivery.

경피면역요법은 피부를 통해 항원을 전달할 수 있는 방법으로, 기존의 주사 면역 방식에 비해 상대적으로 비침습적이고 편리하다는 장점이 있다. 대사에 의한 분해를 우회하여 랑게르한스 세포 또는 진피 수지상세포를 표적으로 항원을 전달할 수 있다. 하지만 강하게 결합되어 있는 피부 층을 투과하는 것이 어렵기 때문에, 이를 극복하기 위해 감귤류 유래 펙틴을 사용하여 새로운 경피 항원 전달체로 쓰일 수 있는 나노젤을 개발하였다. 펙틴에 노보닌 그룹을 도입하여 펙틴 유도체를 합성하고 티올-엔 광클릭 반응을 통해 하이드로젤을 제조하였다. 이후 피부 투과가 가능한 것으로 알려진 100-300 nm 크기의 나노젤을 제조하기 위해 최적의 초음파 처리 공정을 확립하였으며, 초음파 처리 및 여과를 거쳐 균질한 크기 분포를 나타내도록 하였다. 해당 최적 공정을 거쳐 제조된 나노젤은 가교 밀도를 정밀하게 제어하여 오브알부민 담지 효율 및 분해성을 조절할 수 있었다. 또한 펙틴 나노젤은 돼지 피부의 각질층을 통과하여 표피와 진피까지 도달하였으며, THP-1 단핵구 파생 수지상세포에 함입되어 내부에 담지한 오브알부민을 전달할 수 있었다. 이후 HLA-DRA, CD80, CD83 과 같은 성숙화 관련 마커들의 발현량을 증가시켰다. 이와 같은 결과는 경피 항원 전달체로서 펙틴 나노젤이 우수한 성능을 나타낼 수 있다는 가능성을 보여준다.