Small interfering RNAs (siRNAs) directed against proinflammatory cytokines have the potential to treat numerous diseases associated with intestinal inflammation; however, the side-effects caused by the systemic depletion of cytokines demands that the delivery of cytokine-targeted siRNAs be localized to diseased intestinal tissues. Although various delivery vehicles have been developed to orally deliver therapeutics to intestinal tissue, none of these strategies has demonstrated the ability to protect siRNA from the harsh environment of the gastrointestinal tract and target its delivery to inflamed intestinal tissue. Here, we present a delivery vehicle for siRNA, termed thioketal nanoparticles (TKNs), that can localize orally delivered siRNA to sites of intestinal inflammation, and thus inhibit gene expression in inflamed intestinal tissue. TKNs are formulated from a polymer, poly-(1,4-phenyleneacetone dimethylene thioketal), that degrades selectively in response to reactive oxygen species (ROS). Therefore, when delivered orally, TKNs release siRNA in response to the abnormally high levels of ROS specific to sites of intestinal inflammation. Using a murine model of ulcerative colitis, we demonstrate that orally administered TKNs loaded with siRNA against the proinflammatory cytokine tumour necrosis factor-alpha (TNF-α) diminish TNF-α messenger RNA levels in the colon and protect mice from ulcerative colitis.

Antibody microarrays have the potential to revolutionize protein expression profiling. The intensity of specific signal produced on a feature of such an array is related to the amount of analyte that is captured from the biological mixture by the immobilized antibody (the "capture agent"). This in turn is a function of the surface density and fractional activity of the capture agents. Here we investigate how these two factors are affected by the orientation of the capture agents on the surface. We compare randomly versus specifically oriented capture agents based on both full-sized antibodies and Fab' fragments. Each comparison was performed using three different antibodies and two types of streptavidin-coated monolayer surfaces. The specific orientation of capture agents consistently increases the analyte-binding capacity of the surfaces, with up to 10-fold improvements over surfaces with randomly oriented capture agents. Surface plasmon resonance revealed a dense monolayer of Fab' fragments that are on average 90% active when specifically oriented. Randomly attached Fab's could not be packed at such a high density and generally also had a lower specific activity. These results emphasize the importance of attaching proteins to surfaces such that their binding sites are oriented toward the solution phase.

Summary The only FDA-approved oral immunotherapy for a food allergy provides protection against accidental exposure to peanuts. However, this therapy often causes discomfort or side effects and requires long-term commitment. Better preventive and therapeutic solutions are urgently needed. We have developed a tolerance-inducing vaccine technology that utilizes glycosylation-modified antigens to induce antigen-specific non-responsiveness. The glycosylation-modified antigens were administered intravenously (i.v.) or subcutaneously (s.c.) and were found to traffic to the liver or lymph nodes, respectively, leading to preferential internalization by antigen-presenting cells, educating the immune system to respond in an innocuous way. In a mouse model of cow’s milk allergy, treatment with glycosylation-modified β- lactoglobulin (BLG) was effective in preventing the onset of allergy. In addition, s.c. administration of glycosylation-modified BLG showed superior safety and potential in treating existing allergies in combination with an anti-CD20 co-therapy. This platform may provide an antigen-specific immunomodulatory strategy to prevent and treat food allergies.

ABSTRACT The SARS-CoV-2 virus has caused an unprecedented global crisis, and curtailing its spread requires an effective vaccine which elicits a diverse and robust immune response. We have previously shown that vaccines made of a polymeric glyco-adjuvant conjugated to an antigen were effective in triggering such a response in other disease models and hypothesized that the technology could be adapted to create an effective vaccine against SARS-CoV-2. The core of the vaccine platform is the copolymer p(Man-TLR7), composed of monomers with pendant mannose or a toll-like receptor 7 (TLR7) agonist. Thus, p(Man-TLR7) is designed to target relevant antigen-presenting cells (APCs) via mannose-binding receptors and then activate TLR7 upon endocytosis. The p(Man-TLR7) construct is amenable to conjugation to protein antigens such as the Spike protein of SARS-CoV-2, yielding Spike-p(Man-TLR7). Here, we demonstrate Spike-p(Man-TLR7) vaccination elicits robust antigen-specific cellular and humoral responses in mice. In adult and elderly wild-type mice, vaccination with Spike-p(Man-TLR7) generates high and long-lasting titers of anti-Spike IgGs, with neutralizing titers exceeding levels in convalescent human serum. Interestingly, adsorbing Spike-p(Man-TLR7) to the depot-forming adjuvant alum, amplified the broadly neutralizing humoral responses to levels matching those in mice vaccinated with formulations based off of clinically-approved adjuvants. Additionally, we observed an increase in germinal center B cells, antigen-specific antibody secreting cells, activated T follicular helper cells, and polyfunctional Th1-cytokine producing CD4 + and CD8 + T cells. We conclude that Spike-p(Man-TLR7) is an attractive, next-generation subunit vaccine candidate, capable of inducing durable and robust antibody and T cell responses.

Abstract The microbiome modulates host immunity and aids in maintenance of tolerance in the gut, where microbial and food-derived antigens are abundant. Modern lifestyle practices, including diet and antibiotic use, have depleted beneficial taxa, specifically butyrate-producing Clostridia. This depletion is associated with the rising incidence of food allergy, inflammatory bowel diseases, and other noncommunicable chronic diseases. Although butyrate is known to play important roles in regulating gut immunity and maintaining epithelial barrier function, its clinical translation is challenging due to its offensive odor and quick absorption in the upper gut. Here, we have developed two polymeric micelle systems, one with a neutral charge (NtL-ButM) and one with a negative charge (Neg-ButM) that release butyrate from their polymeric core in different regions of the gastrointestinal tract when administered intragastrically to mice. We show that these butyrate-containing micelles, used in combination, restore a barrier-protective response in mice treated with either dextran sodium sulfate or antibiotics. Moreover, butyrate micelle treatment protects peanut-allergic dysbiotic mice from an anaphylactic reaction to peanut challenge and rescues their antibiotic-induced dysbiosis by increasing the abundance of Clostridium Cluster XIVa. Butyrate micelle treatment also reduces the severity of colitis in a murine model. By restoring microbial and mucosal homeostasis, these butyrate-prodrug polymeric micelles may function as a new, antigen-agnostic approach for the treatment of allergic and inflammatory disease.

Mucopolysaccharidosis type IIIB (MPS IIIB) is a rare and devastating childhood-onset lysosomal storage disease caused by complete loss of function of the lysosomal hydrolase α-N-acetylglucosaminidase. The lack of functional enzyme in MPS IIIB patients leads to the progressive accumulation of heparan sulfate throughout the body and triggers a cascade of neuroinflammatory and other biochemical processes ultimately resulting in severe mental impairment and early death in adolescence or young adulthood. The low prevalence and severity of the disease has necessitated the use of animal models to improve our knowledge of the pathophysiology and for the development of therapeutic treatments. In this study, we took a systematic approach to characterizing a classical mouse model of MPS IIIB. Using a series of histological, biochemical, proteomic and behavioral assays, we tested MPS IIIB mice at two stages: during the pre-symptomatic and early symptomatic phases of disease development, in order to validate previously described phenotypes, explore new mechanisms of disease pathology and uncover biomarkers for MPS IIIB. Along with previous findings, this study helps provide a deeper understanding of the pathology landscape of this rare disease with high unmet medical need and serves as an important resource to the scientific community.

Immunogenic biologics trigger an anti-drug antibody (ADA) response in patients, which reduces efficacy and increases adverse reactions. Our laboratory has previously shown that targeting protein antigen to the liver microenvironment can reduce antigen-specific T cell responses; herein, we present a strategy to increase delivery of otherwise immunogenic biologics to the liver via conjugation to a synthetic mannose polymer (p(Man)). This delivery leads to reduced antigen-specific T follicular helper cell and B cell responses resulting in diminished ADA production, which is maintained throughout subsequent administrations of the native biologic. We found that p(Man)-antigen treatment impairs the ADA response against recombinant uricase, a highly immunogenic biologic, without a dependence on hapten immunodominance or control by Tregs. We identify increased TCR signaling and increased apoptosis and exhaustion in T cells as effects of p(Man)-antigen treatment via transcriptomic analyses. This modular platform may enhance tolerance to biologics, enabling long-term solutions for an ever-increasing healthcare problem.