הבדיקה האופסונו-דבקות היא שיטה חלופית למבצע ההרג האופוסונו-פאגוציטי כדי להעריך את הפונקציות האופסיוניות של נוגדנים בפיתוח חיסונים.
מבחני דבקות האופסונו הוא בדיקה פונקציונלית המונים את ההחזקה של פתוגנים חיידקיים לפגוציטים מקצועיים. מכיוון שדבקות היא דרישה לפגוציטוזיס והרג, ההאשמה היא שיטה חלופית למבצעי הרג אופסונו-פגוציטיים. היתרון של בדיקת דבקות באופסונו הוא האפשרות להשתמש בפתוגנים מומתים ובקווי תאים של יונקים, המאפשרים סטנדרטיזציה על פני ניסויים מרובים. השימוש בפתוגן מושבת ב assay גם מקל על העבודה עם סוכנים זיהומיות ברמה biosafety 3 ופתוגנים ארסיים אחרים. בעבודתנו, נעשה שימוש ב-opsono-adherence assay כדי להעריך את היכולת התפקודית של נוגדנים, החל מ-sera של בעלי חיים מחוסנים עם חיסון מבוסס קפסולה אנתרקס, כדי לגרום לדבקות באצילוס אנתרקיס קבוע לקו תא מקרופאג עכבר, RAW 264.7. מיקרוסקופיה פלואורסצנטית אוטומטית שימשה ללכידת תמונות של bacilli דבק מקרופאגים. דבקות מוגברת הייתה בקורלציה עם נוכחות של נוגדנים נגד כמוסות בסרום. יונקים לא אנושיים שהפגינו ריכוזי נוגדנים גבוהים נגד קפסולה בסרום היו מוגנים מפני אתגר אנתרקס. לפיכך, ניתן להשתמש בפקודת האופסונו-דבקות כדי להבהיר את הפונקציות הביולוגיות של נוגדנים ספציפיים לאנטיגן בסרה, להעריך את יעילותם של מועמדים לחיסון וטיפולים אחרים, ולשמש כמתאם אפשרי של חסינות.
הכרה, דבקות, הפנמה והשפלה של פתוגן הם חלק בלתי נפרד phagocytosis1, מסלול בולט בתגובה החיסונית המולדת המארחת שתוארה לראשונה על ידי איליה מצ’ניקוף בשנת 18832,3. לויקוציטים Phagocytic, כמו גם תאים אחרים של המערכת החיסונית, הם מפלים מאוד בבחירת המטרות שלהם; הם מסוגלים להבחין בין “זיהומיות לא עצמי” ו “עצמי לא זיהומיות” באמצעות דפוסים מולקולריים הקשורים פתוגן על ידי הרפרטואר שלהם של קולטני זיהוי דפוס (PRRs)4,5. זיהוי מארח של פתוגן עלול להתרחש גם עם כריכה של opsonins המארח, כגון משלימים ונוגדנים6. תהליך זה, הנקרא opsonization, מצופה את הפתוגן עם מולקולות אלה, שיפור הפנמה על מחייב קולטנים opsonic (למשל, משלימים קולטני Fc) על תאים phagocytic6. עבור פתוגן לדבוק phagocyte, כריכה קולקטיבית של קולטנים מרובים עם ליגנדים קוגנט שלהם יש צורך. רק אז יכול ההדק דבקות ולקיים מדורגים איתות בתוך התא המארח ליזום הפנמה6.
בשל החשיבות של phagocytosis בסיווג של פתוגנים ומניעת זיהום, פתוגנים חוץ תאיים פיתחו דרכים רבות לחתור תחת תהליך זה כדי להאריך את הישרדותם. אסטרטגיה אחת בעלת חשיבות היא ייצור כמוסה פולימרית אניונית (למשל, פוליסכריד או חומצת פוליאמינו) שהיא אנטי-פגוציטית מתוקף המטען שלה, היא אימונוגנית גרועה, ומגינה על מולקולות על מעטפת החיידקים מ PRRs6,7. פתוגנים כגון Cryptococcus neoformans ו דלקת ריאות סטרפטוקוקוס יש כמוסות המורכבות פולימרים סכריד, ואילו אפידרמידים סטפילוקוקוס וכמה מינים Bacillus לייצר חומצה פולי-ɣ גלוטמית (PGGA)7,8. עם זאת, פתוגנים אחרים מייצרים כמוסות הדומות לעצמי הלא מדבק. לדוגמה, pyogenes סטרפטוקוקוס זן פתוגניים של B. cereus יש כמוסה חומצה היאלורונית כי הוא לא רק אנטי phagocytic אבל אשר גם לא יכול להיות מוכר זר על ידי המערכת החיסונית9,10.
הטיה של כמוסה לחלבוני נשא ממירה אותם מאנטיגנים עניים ובלתי תלויים T לאנטיגנים תלויי T אימונוגניים ביותר שיכולים לגרום לתיבת נוגדנים גבוהה נגד כמוסות בסרום11,12. אסטרטגיה זו משמשת לחיסונים מורשים נגד S. דלקת ריאות, שפעת ההמופילוס, ו Neisseria מנינגיטידים11. הפעילויות האופסיוניות של נוגדנים נגד קפסולה הוערכו בדרך כלל על ידי מבחני הרג opsono-phagocytic (OPKA)13,14,15,16. מבחנים אלה בודקים אם נוגדנים תפקודיים יכולים לגרום לפגוציטוזיס ולהרוג14. עם זאת, השימוש OPKA עם פתוגנים זיהומיות, כגון רובד 1 ביולוגי בחר סוכנים ורעלים (BSAT), כולל B. anthracis17, הוא מסוכן ומציג סיכוני אבטחה; מבחנים אלה מחייבים טיפול נרחב בסוכן נבחר. טיפול בסוכן נבחר יכול להיעשות רק במעבדות מוגבלות ברמת 3 (BSL-3); העבודה באזורים אלה דורשת נהלי הפעלה ממושכים בשל אמצעי הבטיחות והאבטחה הרבים שיש לנקוט. מעבדות BSL-3 גם בדרך כלל אינן מצוידות בציוד מיוחד המשמש לעבודת OPKA, כגון מיקרוסקופים וציטומטרים. לכן, פיתחנו מבחנים חלופיים המבוססים על שימוש בחיידקים מומתים18,19. אנו מתייחסים לזה כאל מבחני דבקות באופסונו (OAA) שאינו תלוי בהפנמה והרג כתפוקות מבחנים; במקום זאת, הדבקות של פתוגנים מומתים opsonized משמש כאינדקס של phagocytosis. מבחינה מכנית, OAA הוא תחליף מתאים כי הדבקות מתרחשת פריורי והוא שזורה באופן אינטימי עם הפנמה והרג תאי. מנקודת מבט של biosafety, OAA הוא המועדף כי זה דורש טיפול מינימלי של סוכן זיהומיות, הוא ניסיוני של משך זמן קצר יותר מאשר OPKA, והוא יכול להתבצע במעבדות BSL-2 לאחר מלאי של פתוגן מושבת הופק והועבר.
אנו מדגימים את הניצול של OAA כדי לבחון את הפונקציה האופסיונית של נוגדנים נגד קפסולה שנמצאו בשרה של פרימטים לא אנושיים (NHPs) שחוסנו עם מצומד קפסולה [כלומר PGGA מ- B. anthracis הקשורים לתסביך חלבון הקרום החיצוני (OMPC) של מנינגיטידים Neisseria]20. bacilli opsonized סרום היו דגירה עם קו תא מקרופאג עכבר חסידים, RAW 264.7. לאחר הקיבעון, המונוליילר של התא ובצילי החסיד צולמו על ידי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית. הדבקות החיידקית גדלה כאשר bacilli היו דגירה עם סרום מ NHPs מחוסנים עם הקפסולה להצעיר לעומת סרום שליטה20. דבקות בקורלציה עם הישרדות אתגר האנתרקס20,21. לכן, השימוש ב- OAA אפיין את הפונקציה של נוגדנים נגד קפסולה והקלה מאוד על בדיקות של מועמד החיסון שלנו.
חיסונים מבוססי כמוסות הוכחו כיעילים נגד פתוגנים חיידקיים רבים, ורבים מורשים לשימוש בבני אדם25,26,27. חיסונים אלה פועלים על ידי יצירת נוגדנים המכוונים לקפסולה ורבים ממחקרים אלה משתמשים ב- OPKA כדי להראות את הפונקציות האופוסונו-פגוציטיות של הנ?…
The authors have nothing to disclose.
ג’יי צ’ואה, ד. צ’בוט וא. פרידלנדר עיצבו את ההליכים המתוארים בכתב היד. ג’יי צ’ואה ות’, פוטמון-טיילור, ביצעו את הניסויים. ד. צ’בוט ביצע ניתוח נתונים. ג’יי צ’ו כתב את כתב היד.
המחברים מודים לקייל ג’יי פיטס על סיוע טכני מצוין.
העבודה נתמכה על ידי הסוכנות להפחתת איומים ביטחוניים CBM. VAXBT.03.10.RD.015, תוכנית מספר 921175.
דעות, פרשנויות, מסקנות והמלצות הן של המחברים ואינן בהכרח מאושרות על ידי צבא ארה”ב. תוכנו של פרסום זה אינו משקף בהכרח את השקפותיו או מדיניותו של משרד ההגנה, ואינו מזכיר שמות מסחריים, מוצרים מסחריים או ארגונים המרמזים על תמיכה של ממשלת ארה”ב.
0.20 µm syringe filter (25mm, regenerated cellulose) | Corning, Corning, NY | 431222 | |
10 mL syringe (Luer-Lok tip) | BD, Franklin Lakes, NJ | 302995 | |
15µ 96 well black plates (plate #1 for imaging) | In Vitro Scientific, Sunnyvale, CA | P96-1-N | |
16% paraformaldehyde | Electron Microscopy Science, Hatfield, PA | 15710 | |
75 cm sq. tissue culture treated flask | Corning, Corning, NY | 430641 | |
Agar (powder) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | A1296 | |
Baby Rabbit Complement | Cedarlane Labs, Burlington, NC | CL3441 | |
Bacto Yeast Extract | BD, Sparks, MD | 288620 | |
BBL Brain Heart Infusion (BHI) | BD, Sparks, MD | 211059 | |
Blood Agar (TSA with Sheep Blood) plates | Remel, Lenexa, KS | R01198 | |
Cell scraper | Sarstedt, Newton, NC | 83.183 | |
Costar 96 well cell culture plates (plates #2 & 3 for dilutions) | Corning, Corning, NY | 3596 | |
Cover glass | Electron Microscopy Science, Hatfield, PA | 72200-10 | |
Difco Nutrient Broth | BD, Sparks, MD | 234000 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), high glucose | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 11965-092 | contains 4500 mg/L glucose, 4 mM L-glutamine, Phenol Red |
EVOS FL Auto Cell Imaging System (fluorescence microscope) | Life Technologies, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | AMAFD1000 | |
Fetal Bovine Serum | Hyclone, GE Healthcare Life Sciences, South Logan, UT | SH30071.03 | not gamma irradiated, not heat inactivated |
Fluorescein isothiocyanate | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | F143 | |
HCS Cell Mask Orange Cell Stain | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | H32713 | |
hemocytometer (Improved Neubauer) | Hausser Scientific, Horsham, PA | 3900 | |
India Ink solution | BD, Sparks, MD | 261194 | |
L- glutamine (200 mM) | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham MA | 25030081 | supplement medium with additional 2mM L-glutamine |
Nikon Eclipse TE2000-U (inverted compound microscope) | Nikon Instruments, Melville, NY | TE2000 | |
PBS without Calcium or Magnesium | Lonza, Walkersville, MD | 17-516F | |
Penicillin-Streptomycin Solution, 100x | Hyclone, GE Healthcare Life Sciences, South Logan, UT | SV30010 | |
petri dishes (100 x 15 mm) | Falcon, Corning, Durham, NC | 351029 | for agar plates |
RAW 264.7 macrophage cell line (Tib47) | ATCC, Manassas, VA | ATCC TIB-71 | |
Slides | VWR, Radnor, PA | 16004-422 | |
Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | S5761 | |
Trypan Blue Solution (0.4%) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | T8154 | |
Zeiss 700 Laser Scanning Microscopy (confocal microscope) | Carl Zeiss Microimaging, Thornwood, NY | 4109001865956000 |