Summary

Оценка иммунного ответа наноэмульсионной адъювантной вакцины против метициллин-резистентной инфекции золотистого стафилококка (MRSA)

Published: September 01, 2023
doi:

Summary

Настоящий протокол подготавливает и оценивает физические свойства, иммунный ответ и защитный эффект in vivo новой наноэмульсионной адъювантной вакцины.

Abstract

Наноэмульсионные адъювантные вакцины привлекли большое внимание из-за их небольшого размера частиц, высокой термической стабильности и способности вызывать иммунные реакции. Тем не менее, создание ряда всеобъемлющих протоколов для оценки иммунного ответа новой наноэмульсионной адъювантной вакцины имеет жизненно важное значение. Таким образом, в этой статье представлена строгая процедура определения физико-химических характеристик вакцины (с помощью просвечивающей электронной микроскопии [TEM], атомно-силовой микроскопии [AFM] и динамического рассеяния света [DLS]), стабильности антигена и системы вакцины (с помощью высокоскоростного центрифужного теста, теста термодинамической стабильности, SDS-PAGE и вестерн-блоттинга) и специфического иммунного ответа (IgG1, IgG2a и IgG2b). Используя этот подход, исследователи могут точно оценить защитный эффект новой наноэмульсионной адъювантной вакцины на летальной модели MRSA252 мыши. С помощью этих протоколов может быть идентифицирован наиболее перспективный адъювант для наноэмульсионной вакцины с точки зрения эффективного адъювантного потенциала. Кроме того, эти методы могут помочь оптимизировать новые вакцины для будущей разработки.

Introduction

Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) является условно-патогенным микроорганизмом с одним из самых высоких показателей инфицирования в отделенияхинтенсивной терапии (ОИТ) 1, кардиологических отделениях и ожоговых отделениях во всем мире. MRSA демонстрирует высокие показатели инфицирования, смертности и широкой лекарственной устойчивости, что представляет большие трудности в клиническом лечении2. В Глобальном приоритетном списке устойчивых к антибиотикам бактерий, опубликованном Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в 2017 году, MRSA был включен в наиболее критическую категорию3. Поэтому срочно необходима вакцина против инфекции MRSA.

Алюминиевый адъювант используется уже давно, а вспомогательный механизм адъюванта относительно чист, безопасен, эффективен и хорошо переносится4. Алюминиевые адъюванты в настоящее время являются широко используемым типом адъюванта. Обычно считается, что антигены, адсорбированные на частицах соли алюминия, могут улучшить стабильность и повысить способность места инъекции поглощать антигены, обеспечивая хорошую абсорбцию и медленное высвобождение5. В настоящее время основным недостатком алюминиевых адъювантов является то, что они не обладают адъювантным эффектом или проявляют лишь слабое адъювантное действие на некоторые антигены-кандидаты в вакцину6. Кроме того, алюминиевые адъюванты индуцируют IgE-опосредованные реакции гиперчувствительности5. Поэтому необходимо разработать новые адъюванты для стимуляции более сильного иммунного ответа.

Наноэмульсионные адъюванты представляют собой коллоидные дисперсионные системы, состоящие из масла, воды, поверхностно-активных веществ и поверхностно-активных веществ7. Кроме того, адъюванты являются термодинамически стабильными и изотропными, могут быть автоклавированы или стабилизированы высокоскоростным центрифугированием и могут образовываться спонтанно в мягких условиях приготовления. Несколько эмульсионных адъювантов (таких как серии MF59, NB001-002, AS01-04 и т. д.) в настоящее время представлены на рынке или находятся на стадии клинических исследований, но их размеры частиц превышают 160нм 8. Следовательно, преимущества наноразмерных (1-100 нм) лекарственных препаратов (т.е. большая удельная поверхность, малый размер частиц, поверхностный эффект, высокая поверхностная энергия, эффект малого размера и эффект макроквантового туннелирования) не могут быть полностью использованы. В настоящем протоколе сообщается, что новый адъювант, основанный на технологии наноэмульсии, с размером диаметра 1-100 нм проявляет хорошую адъювантную активность9. Мы протестировали белок антигена вакцины рекомбинационной субъединицы HI (мутант α-гемолизина [Hla] и ион Fe, определяющий поверхностный фактор B [IsdB], субъединица N2, белок слияния активных фрагментов N2); Был создан ряд процедур для изучения физических свойств и стабильности, оценки ее специфического ответа антител после внутримышечного введения и проверки защитного эффекта вакцины с использованием модели системной инфекции мыши.

Protocol

Эксперименты на животных проводились на основе руководства по использованию и уходу за подопытными животными и были одобрены Комитетом по благополучию и этике лабораторных животных Третьего военно-медицинского университета. Для настоящего исследования были использованы самки мыше?…

Representative Results

Проведена оценка протокола приготовления наноэмульсионной адъювантной вакцины и испытаний этой вакцины in vitro и in vivo. TEM, AFM и DLS были использованы для определения важных характеристик дзета-потенциала и размера частиц на поверхности этого образца (рис. 1). SDS-PAGE и …

Discussion

IsdB, поверхностный белок, закрепленный на клеточной стенке бактерий и регулируемый железом, играет важную роль в процессе получения гемового железа15. Hla, альфа-токсин, является одним из наиболее эффективных бактериальных токсинов, известных в MRSA, и может образовыв?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было поддержано No 2021YFC2302603 Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая, No 32070924 и 32000651 NSFC и No 2019jcyjA-msxmx0159 Проектной программы Фонда естественных наук Чунцина.

Materials

5424-Small high speed centrifugeFA-45-24-11 Eppendorf, Germany  5424000495
96-well plates Corning Incorporated, USA CLS3922
AFM Dimension FastScan BRUKER, Germany  null
Alcohol lamp Shenzhen Yibaxun Technology Co.,China YBS-AA-11408
Balb/c mice  Beijing HFK Bioscience Co. Ltd. 
BCIP/NBT Fuzhou Maixin Biotechnology Development Company,China BCIP/NBT
Bio-Rad 6.0 microplate reader Bio-Rad Laboratories Incorporated Limited Co., CA, USA null
BL21 Competent Cell Merck millipore,Germany 70232-3CN
BSA-100G Sigma-Aldrich, USA B2064-100G
Centrifuge 5810 R Eppendorf, Germany  5811000398
Coomassie bright blue G-250 staining solution MIKX,China DB236
Decolorization solution BOSTER,China AR0163-2
Electro-heating standing-temperature cultivator HH-B11-420 Shanghai Yuejin Medical Device Factory, China null
Electrophoresis apparatus Beijing Liuyi Instrument Factory, China DYCZ-25D
Gel image Tanon, USA null
Glutathione-Sepharose Resin GST Mei5bio,China affinity chromatography resin
H2SO4 Chengdu KESHI Chemical Co., LTD,China 7664-93-9
HI recombinant protein Third Military Medical University,China 110-27-0
HRP -Goat Anti-Mouse IgG Biodragon, China BF03001
HRP- Goat anti-mouse IgG1 Biodragon, China BF03002R
HRP- Goat anti-mouse IgG2a Biodragon, China BF03003R
HRP- Goat anti-mouse IgG2b Biodragon, China BF03004R
Inoculation loop Haimen Feiyue Co.,LTD,China YR-JZH-1UL
IsdB and Hla clones Shanghai Jereh Biotechnology Co,China null
Isopropyl nutmeg (pharmaceutic adjuvant) SEPPIC, France null
isopropyl- β-D-1-mercaptogalactopyranoside fdbio,China FD3278-1
LB bouillon culture-medium Beijing AOBOX Biotechnology Co., LTD,China 02-136
Lnfrared physiotherapy lamp Guangzhou Runman Medical Equipment Co.,China 7600
Low temperature refrigerated centrifuge Eppendorf, Germany  null
Malvern NANO ZS Malvern Instruments Ltd., UK null
MH(A) medium Beijing AOBOX Biotechnology Co., LTD,China 02-051
MH(B) medium Beijing AOBOX Biotechnology Co., LTD,China 02-052
Micro plate washing machine 405 LSRS Bio Tek Instruments,Inc Highland  Park,USA null
Mini-TBC Compact Film Transfer Instrument BeiJingDongFangRuiLi Co.,LTD,China 1658030
MMC packing TOSOH(SHANGHAI)CO.,LTD 0022818
MRSA252 USA, ATCC null
Nanodrop ultraviolet spectrophotometer Thermo Scientific, USA null
New FlashTM Protein any KD PAGE Protein electrophoresis gel kit DAKEWE, China 8012011
PBS biosharp, China null
PCR, Amplifier Thermal Cycler, USA null
pGEX-target gene recombinant plasmid Shanghai Jereh Biotechnology Co,China B3528G
Phosphotungstic acid G-CLONE, China CS1231-25g
pipette Eppendorf, Germany  3120000844
polyoxyethylated castor oil (pharmaceutic adjuvant) Aladdin, China K400327-1kg
Primary antibody Laboratory homemade:from immunized mice with positive sera null See Reference 11 for details
propylene glycol (pharmaceutic adjuvant) Sigma-Aldrich, USA P4347-500ML
Protein Marker Thermo Scientufuc, USA 26616
PVDF TRANSFER MEMBRANE Invitrogen,USA 88518
Scanning Electron Microscope JEOL,Japan JSM-IT800
Sodium pentobarbital Merck,Germany Tc-P8411
Talos L120C TEM Thermo Fisher, USA null
TMB color solution TIAN GEN, China PA107-01
Turtle kits Xiamen Bioendo Technology Co.,LTD ES80545
Tween-20 Macklin, China 9005-64-5

Referenzen

  1. Cheung, G. Y. C., Bae, J. S., Otto, M. Pathogenicity and virulence of Staphylococcus aureus. Virulence. 12 (1), 547-569 (2021).
  2. Lakhundi, S., Zhang, K. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus: molecular characterization, evolution, and epidemiology. Clinical Microbiology Reviews. 31 (4), e00020 (2018).
  3. Mancuso, G., Midiri, A., Gerace, E., Biondo, C. Bacterial antibiotic resistance: the most critical pathogens. Pathogens. 10 (10), 1310 (2021).
  4. Goullé, J. P., Grangeot-Keros, L. Aluminum and vaccines: Current state of knowledge. Medecine et Maladies Infectieuses. 50 (1), 16-21 (2020).
  5. Shi, S., et al. Vaccine adjuvants: Understanding the structure and mechanism of adjuvanticity. Vaccine. 37 (24), 3167-3178 (2019).
  6. Geoghegan, S., O’Callaghan, K. P., Offit, P. A. Vaccine safety: myths and misinformation. Frontiers in Microbiology. 11, 372 (2020).
  7. Pandey, P., Gulati, N., Makhija, M., Purohit, D., Dureja, H. Nanoemulsion: a novel drug delivery approach for enhancement of bioavailability. Recent Patents on Nanotechnology. 14 (4), 276-293 (2020).
  8. Ko, E. J., Kang, S. M. Immunology and efficacy of MF59-adjuvanted vaccines. Human Vaccines & Immunotherapeutics. 14 (12), 3041-3045 (2018).
  9. Chen, B. H., Inbaraj, B. S. Nanoemulsion and nanoliposome based strategies for improving anthocyanin stability and bioavailability. Nutrients. 11 (5), 1052 (2019).
  10. Zuo, Q. F., et al. Evaluation of the protective immunity of a novel subunit fusion vaccine in a murine model of systemic MRSA infection. PLoS One. 8 (12), e81212 (2013).
  11. Sun, H. W., et al. Induction of systemic and mucosal immunity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus infection by a novel nanoemulsion adjuvant vaccine. International Journal of Nanomedicine. 10, 7275-7290 (2015).
  12. National Pharmacopoeia Committee. . Chinese Pharmacopoeia. , 1088 (2020).
  13. Kontomaris, S. V., Stylianou, A., Malamou, A. Atomic force microscopy nanoindentation method on collagen fibrils. Materials. 15 (7), 2477 (2022).
  14. Zeng, H., et al. An immunodominant epitope-specific monoclonal antibody cocktail improves survival in a mouse model of Staphylococcus aureus bacteremia. The Journal of Infectious Diseases. 223 (10), 1743-1752 (2021).
  15. Roy, U., Kornitzer, D. Heme-iron acquisition in fungi. Current Opinion in Microbiology. 52, 77-83 (2019).
  16. Saeed, K., et al. Bacterial toxins in musculoskeletal infections. Journal of Orthopaedic Research. 39 (2), 240-250 (2021).
  17. Xu, Q., Zhou, A., Wu, H., Bi, Y. Development and in vivo evaluation of baicalin-loaded W/O nanoemulsion for lymphatic absorption. Pharmaceutical Development and Technology. 24 (9), 1155-1163 (2019).
  18. Singh, Y., et al. Nanoemulsion: Concepts, development and applications in drug delivery. Journal of Controlled Release. 252, 28-49 (2017).
  19. Kadakia, E., Shah, L., Amiji, M. M. Mathematical modeling and experimental validation of nanoemulsion-based drug transport across cellular barriers. Pharmaceutical Research. 34 (7), 1416-1427 (2017).
  20. Bhattacharjee, S. DLS and zeta potential-What they are and what they are not. Journal of Controlled Release. 235, 337-351 (2016).
  21. Francis, M. J. Recent advances in vaccine technologies. The Veterinary Clinics of North America. Small Animal Practice. 48 (2), 231-241 (2018).
  22. Tripathi, N. K., Shrivastava, A. Recent developments in recombinant protein-based dengue vaccines. Frontiers in Immunology. 9, 1919 (2018).
  23. Wilder-Smith, A. Dengue vaccine development: status and future. Bundesgesundheitsblatt Gesundheitsforschung Gesundheitsschutz. 63 (1), 40-44 (2020).
  24. Korneev, K. V. Mouse models of sepsis and septic shock. Molekularbiologie. 53 (5), 799-814 (2019).
check_url/de/65152?article_type=t

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Zeng, X., Sun, H., Ye, Y., Luo, X., Cai, D., Yang, Y., Chen, T., Sun, C., Zhang, S., Zeng, H. Evaluating the Immune Response of a Nanoemulsion Adjuvant Vaccine Against Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA) Infection. J. Vis. Exp. (199), e65152, doi:10.3791/65152 (2023).

View Video