Injectable hydrogel as an immune priming center for cancer vaccine application

Abstract

Novel treatment methods for cancer with fewer side effects are continuously researched and immunotherapy, including vaccines has lately attracted attention of researchers. Cancer vaccines aim to elicit an immune response against tumors and create a sustainable immune memory preventing tumor recurrence. Hydrogels as versatile, biocompatible biomaterials with unique swelling capacity offer a promising base for vaccine application. Consequently, injectable hydrogel-based cancer vaccines have been developed and studied. The hydrogel vaccine formula is achieved by encapsulating therapeutic agents such as antigens and adjuvants, which enhance the immune response, into the hydrogel matrix. Due to the composition of the hydrogel, these agents are slowly released enabling stronger immune responses, which gives hydrogels an advantage over conventional liquid vaccines.

The objective of this thesis is to provide an overview of the ongoing progress made with injectable hydrogel cancer vaccines by presenting current research and comparing different vaccine formulations. This thesis includes a theoretical background of hydrogels and cancer immunology followed by a review of injectable hydrogel cancer vaccine research. The presented vaccines are compared by their hydrogel bases, vaccine compositions, methods of action and achieved results. The research results give strong indication that injectable hydrogels provide not only a functional platform for vaccine delivery but when fabricated suitably, they also act as centers for immune priming thus improving the efficacy of the vaccine. Most importantly, the vaccines were successful in achieving positive results, showing prom-ise for future development. The future of injectable hydrogel cancer vaccines involves over-coming technical challenges and conducting more extensive preclinical testing to progress from mice models to clinical trials. The optimization of the hydrogel vaccine formula and adjuvants to gain stronger immune responses with minimal injections remains as the primary intention.

Immunologiset hoitomenetelmät mukaan lukien rokotteet ovat viime aikoina olleet tutkijoiden kiinnostuksen kohteena kehiteltäessä syövän hoitomenetelmiä, joilla olisi mahdollisimman vähän haitallisia sivuvaikutuksia. Syöpärokotteiden tavoitteena on saada aikaan kattava immuunivaste kasvainta vastaan sekä kestävä immunologinen muisti syövän uusiutumisen ehkäisemiseksi. Hydrogeelit ovat monipuolisia biomateriaaleja, jotka omaavat hyvän bioyhteensopivuuden sekä ainutlaatuisen kyvyn absorboida vettä. Näiden sekä lukuisten muiden hyödyllisten ominaisuuksiensa ansiosta ne tarjoavat lupaavan alustan rokotesovelluksiin ja siksi onkin kehitetty ja tutkittu syöpärokotteita, joiden perustana on injektoitava hydrogeeli. Toimivan rokotteen aikaansaamiseksi hydrogeelirakenteen sisään lisätään vaikuttavia aineita kuten antigeenejä ja immuunivastetta tehostavia adjuvantteja. Hydrogeelin koostumuksen ansiosta nämä aineet vapautuvat hitaasti mahdollistaen voimakkaamman immuunivasteen, mikä on keskeinen etu perinteisiin nestemäisiin rokotteisiin verrattuna.

Tämän tutkielman tavoitteena on antaa yleiskatsaus injektoitavien hydrogeelipohjaisten syöpärokotteiden kehityksestä esittelemällä tämänhetkistä tutkimustietoa ja vertailemalla eri syöpärokotevalmisteita. Työ jakaantuu kahteen osaan: teoreettiseen taustaan hydrogeeleistä ja syövän immunologiasta sekä katsaukseen hydrogeelipohjaisten syöpärokotteiden tutkimukseen. Esiteltäviä rokotteita vertaillaan niiden hydrogeelipohjan, koostumuksen, toiminnan sekä saatujen tulosten perusteella. Julkaistut tutkimustulokset antavat vahvoja viitteitä siitä, että injektoitava hydrogeeli ei ole ainoastaan sopiva rokotealusta antigeenien toimittamiseen vaan toimii oikein valmistettuna myös immuunijärjestelmää käynnistävänä toiminnallisena keskuksena vaikuttaen positiivisesti rokotteen tehokkuuteen. Tutkimusten perusteella hydrogeelipohjaiset syöpärokotteet onnistuivat saavuttamaan myönteisiä tuloksia, mikä tekee niistä lupaavia jatkokehityksen kannalta. Syöpää vastaan kohdennettujen hydrogeelirokotteiden tulevaisuuden tavoitteisiin sisältyy teknisten haasteiden selvittäminen sekä laajempien prekliinisten testien suorittaminen, jotta hiirimalleista edettäisiin kliinisiin tutkimuksiin. Hydrogeelirokotteen koostumuksen sekä adjuvanttien optimointi on tärkeää, jotta saavutettaisiin mahdollisimman vahva immuunivaste mahdollisimman vähillä injektioilla.