Evaluation of the Immunogenicity of Lipid Nanoparticles Incorporating TLR7/8 Agonists for Prophylactic and Therapeutic mRNA Vaccine Applications

국문 초록 (Abstract)

자연적인 염기 성분인 유리딘 (UTP)를 인공적인 유도체인 N1-메틸수도유리딘 (N1-methyl-Ψ)로 교체한 변형된 mRNA는 변형되지 않은 mRNA 기반으로 한 치료용 mRNA 백신보다 안전하지만 선천 면역 반응이 약하다는 단점이 있다. 본 연구는 톨유사수용체 (Toll-like receptor, TLR) 7/8 작용제 (AD7/8)를 지질 나노 입자(Lipid nanoparticle, LNP)에 통합시켜 N1-methyl-Ψ mRNA의 발현을 저하시키지 않고 선천 면역 반응과 적응 면역 반응을 개선하는 것을 목표로 한다. AD7/8은 LNP의 콜레스테롤 조성을 대체하여 통합시켰으며, 다양한 제형에서 mRNA 발현 효율을 평가하여 0.5% AD7/8을 포함하는 LNP 제형 (AD03-LNP)을 선발했다. 각각 다른 항원을 암호화하는 mRNA를 사용하여 AD03-LNP의 효능을 평가했을 때 항원과 관계없이 일관되게 상용화된 기존 LNP 조성 (Con-LNP)에 비해 항원 특이적 면역 반응을 향상시켰다. 인유두종 바이러스 (Human Papillomavirus, HPV)16 E7 및 HPV 18 E6 항원을 암호화하는 mRNA를 사용한 실험에서는 AD03-LNP에서 항원 특이적 CD8⁺ T 세포 및 사이토카인 반응이 유의하게 증가했다. SARS-CoV-2 오미크론 변이체의 스파이크 단백질을 암호화하는 mRNA를 사용한 실험에서는 Th1 반응을 나타내는 IgG2a 수치가 유의하게 증가했다. 헤마글루티닌 (Hemagglutinin, HA) mRNA를 사용하여 세포성 면역과 체액성 면역을 동시에 모두 평가했을 때에는 AD03-LNP가 유의하게 높은 CD8⁺ T 세포 반응을 유도했으며, 항체 생성 증가 및 총 IgG 수치 상승도 함께 유도되었다. 이러한 결과는 TLR7/8 작용제인 AD7/8이 통합된 조성의 LNP가 mRNA 발현 및 면역 반응에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공하며, mRNA-LNP 백신의 면역원성을 증진시키는 효과적인 접근법을 보여준다. 이 접근법은 강력한 T 세포 반응에 의존적인 mRNA 기반 치료용 암 백신 및 예방용 백신 연구를 발전시키는 데 도움이 될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

N1-methylpseudouridine (N1-methyl-Ψ)-modified mRNA represents a safer alternative to unmodified therapeutic mRNA vaccines but induces comparatively weaker innate immune responses. This study aimed to preserve or enhance the expression efficiency of N1-methyl-Ψ-modified mRNA and improve innate and adaptive immune responses by incorporating a toll-like receptor (TLR) 7/8 agonist (AD7/8) into a lipid nanoparticle (LNP). AD7/8 was incorporated into LNPs by partially replacing cholesterol, and the mRNA expression efficiency of various formulations was evaluated. Through this optimization, the 0.5% AD7/8-containing LNP formulation (AD03-LNP) was selected. AD03-LNP was evaluated using mRNAs, each encoding a different antigen, and was found to consistently enhance antigen-specific immune responses relative to conventional LNPs. In studies using mRNA encoding human papillomavirus (HPV)16 E7 and HPV18 E6 antigens, antigen-specific CD8⁺ T cell and cytokine responses were significantly enhanced in the AD03-LNP. In the SARS-CoV-2 Omicron spike protein mRNA model, IgG2a levels increased significantly, indicating a Th1-skewed response. Importantly, in the hemagglutinin (HA) mRNA model designed to evaluate both cellular and humoral immunity, administration of AD03-LNP resulted in significantly enhanced CD8⁺ T cell responses, accompanied by increased antibody production. These results provide insights into how TLR7/8 agonist-loaded LNPs affect mRNA expression and immune responses and support an effective formulation strategy to enhance the immunogenicity of mRNA-LNP vaccines. This approach may help advance mRNA-based therapeutic and prophylactic vaccines that depend on strong T cell responses.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. ABSTRACT １
• Ⅱ. INTRODUCTION ３
• Ⅲ. MATERIALS AND METHODS ７
• Ⅳ. RESULTS ３２
• Ⅴ. DISCUSSION ７７
• Ⅶ. REFERENCES ８５
• Ⅷ. 국문 논문제출서 ９３
• Ⅸ. 국문 인준서. ９４
• Ⅹ. 국문 초록 ９５