Natural polysaccharide complexed with RNA nanoadjuvant for cancer immunotherapy

Abstract

Recently, nucleic acid adjuvants have emerged as a promising application in cancer vaccine for inducing tumor suppressing immune cells. In this study, we screened for the optimal complexation ratio and molecular weight of chitosan (CTS) as a delivery system for toll-like receptor 3- recognizing RNA adjuvant (RA). Anionic RA formed a nanocomplex with cationic CTS by electrostatic interaction, possessing positive zeta potentials. CTS protected RA from degradation by serum or RNase. RA/CTS formed with various molecular weights of CTS showed no cytotoxicity in bone marrow derived dendritic cells (DC). High molecular weight of CTS (340K) induced much higher maturation in splenic DC than other RA/CTS with lower molecular weights. RA/CTS (340K) significantly improved DC maturation effect in vivo as compared with RA only group. Naive mice were inoculated with ovalbumin (OVA)-expressing B16F10 tumor after receiving the physical mixture of RA/CTS and OVA thrice. Tumorigenesis of the mice pretreated with RA/CTS was observed to be delayed the most compared to other groups. Mechanistically, the RA/CTS-treated mice showed the highest OVA antigen-specific humoral and cellular immune response after tumor challenge. Moreover, CD4 helper T cell and CD8 T cell were most frequently infiltrated into the tumor tissue of RA/CTS treated mice. When re-challenged with tumor after 69 days from the first inoculation, RA/CTS-pretreated mice still exerted anti-tumor adaptive immune response, resulting in 100% survival rate for 110 days. Our results suggest that RA/CTS nanocomplex can serve as an effective nanoadjuvant in the design of tumor vaccines and cancer immunotherapy.

핵산 어쥬번트는 면역세포가 암세포를 억제하도록 유도하기 위한 암 백신의 한 종류로서 최근 활발하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 핵산 어쥬번트와 키토산의 복합체를 설계하여 면역 증강 효과를 확인하였다. Toll-like receptor 3을 인지하는 RNA 핵산 어쥬번트 (RA)는 음전하를 띄고 있으며 양이온성 고분자 키토산과 결합하여 양전하 제타전위를 가진 나노복합체(RA/CTS)를 형성하였다. 이 RA/CTS 복합체는 수지상세포에 처리하였을 때 특별한 독성 없이 수지상세포 성숙화를 유도하였는데 특히 여러 가지의 키토산 분자량 중 340 kDa 키토산이 RA와 결합하였을 때 효과가 가장 높았다. 340 kDa 키토산을 이용한 RA/CTS 복합체와 모델 항원 ovalbumin (OVA)을 쥐에 3회 피하주사하고 OVA항원을 발현하는 종양을 유도하였을 때 종양의 형성이 억제되는 효과를 관찰하였다. 또한, 면역화 된 쥐에 2차로 종양을 유도하였을 때 RA/CTS 처리군이 가장 큰 종양 억제효과를 보였다. 이러한 항종양 효과는 암 항원특이적 체액성 면역반응과 세포성면역 반응, 그리고 종양조직 내 CD4와 CD8 T세포의 유입에 의한 것으로 판단된다. OVA와 RA/CTS 복합체를 주사한 쥐들은 2차 암 유도 후에도 가장 높은 생존율을 보였다. 이러한 결과들은 RA/CTS 복합체가 효과적인 나노어쥬번트로서 암 백신과 면역치료에 유용하게 쓰일 수 있음을 보여준다.