对豚鼠 pbmc 进行干扰素-γ elispot 检测的发展, 使其能够在这一高度相关的传染病研究模型中描述 t 细胞的反应。我们已经应用该检测方法来测量 t 细胞与 dna 疫苗的皮内传递相关的反应。
豚鼠作为相关的小动物模型, 在开发结核病、流感、白喉和病毒性出血热等传染病疫苗方面发挥了关键作用。我们已经证明, 血浆 dna (pdna) 疫苗传递到皮肤引起强大的体液反应的豚鼠。然而, 由于缺乏研究 t 细胞反应的可用试剂和协议, 使用这种动物来模拟免疫反应在过去是有限的。t 细胞在免疫预防和免疫治疗机制中起着举足轻重的作用。了解 t 细胞的反应对于传染病和肿瘤疫苗的开发以及适应分娩装置至关重要。在这里, 我们描述了干扰素-γ (ifn-γ) 酶联免疫罐 (elispot) 检测豚鼠外周血单个核细胞 (pbmc)。该检测方法使研究人员能够在这一重要的啮齿类动物模型中描述疫苗特有的 t 细胞反应。检测从外周血中分离出的细胞的能力为跟踪单个动物的免疫原性提供了机会。
此处描述的协议允许检测从哈特利豚鼠身上采集的外周血单个核细胞 (pbmc) 病毒召回后的干扰素γ (ifn-γ) 分泌细胞。我们应用该方法对豚鼠流感疫苗方案的抗原特异性 t 细胞反应的动力学和数量进行了表征。我们相信, 该协议将显著推动疫苗接种计划在这一高度相关的动物模型中的临床前发展。
疫苗产生的 t 细胞在预防与其他疾病相关的传染因子和免疫治疗途径方面发挥着至关重要的作用。t 细胞的重要性在多种疫苗研究中得到了强调。对具有 h5 血凝素和 n1 神经氨酸酶质粒 dna 编码的雪貂和小鼠进行免疫接种, 在没有中和抗体的情况下, 为流感病毒挑战中的发病率和死亡率提供了保护, 表明了t 细胞免疫1。除了强烈中和体液反应外, t 细胞不仅对病毒清除2 , 而且还在小鼠3中起着保护免受呼吸道合胞病毒 (rsv) 感染的作用。在人类中, 在 2009年 h1n1 大流行期间, 先前存在的 cd8 + t细胞与疾病严重程度降低有关。cd4+ t 细胞计数与某些细胞因子血浆浓度与 rsv 感染儿童的疾病严重程度相关5。
豚鼠作为皮肤敏化、营养研究、听觉系统研究等各医学领域的研究和开发的实验室模式, 以及与这项工作最相关的传染病, 已获得突出地位。这对于发现结核病和白喉疫苗至关重要。最近, 豚鼠被用作6号流感和埃博拉7型流感的模型。此外, 豚鼠与人体皮肤有生理上的相似性, 为皮肤药物输送方法提供了一个可获得的小动物模型。与它作为实验室模型的重要性不同, 豚鼠特异性检测和免疫反应特性探针的可用性仍然有限9。在临床前和临床研究中经常用于列举 t 细胞反应的 fn-γ酶联免疫罐 (elispot-sta) 等基本细胞检测尚未提供。
第一个固相酶联免疫罐检测被用来确定不同 b 细胞群 10,11的特定抗体分泌细胞的数量。该格式已先进的检测细胞分泌细胞因子, 包括 il-1, il-2, il-4, il-5, il-6, il-10, gm-csf, tnf-α, tnf-β-β, granzyme b, 和 ifn-γ。elispot 检测具有较高的灵敏度;有可能检测到每个细胞因子产生的细胞。据报告, elispot 检测的检出限值低于每 100, 000个 pbmc12中的10个点。最近, 一个豚鼠 ifn-γ特定抗体对被提供了13, 这为解决这一缺陷提供了机会。
ifn-γ被认为是自适应免疫反应中的一个重要效应分子;它可以产生和分泌的 cd4 和 cd8 t 细胞激活后。ifn-γ在对病毒感染的免疫反应方面具有广泛的生物学功能, 如巨噬细胞的激活和主要组织相容性复合体 i 和 mhcii 表达的向上调节。它还促进 b 细胞分化, 抑制 T-helper-2 细胞生长, 并激活自然杀伤细胞。ifn-γ阻断病毒在受感染体细胞中的复制, 并抑制 mhc 分子的表达。因此, ifn-γ的生产是 t 细胞对疫苗或病原体反应质量的一个非常重要的标志。
这里提出的一个重要方面是使用 pbmc, 而不是脾细胞13。pbmc 可以通过处理非终末采集的血液样本获得, 而脾细胞的采集需要动物在收获脾脏之前进行安乐死。pbmc 的使用使 ifn-γ t 细胞反应能够在一段时间内得到监测, 并评估对 t 细胞反应的影响, 例如主要促进方案14。
对于目前使用豚鼠作为动物模型的研究人员来说, ifn-γ elispot 方法将扩大他们可以获得的科学数据的范围。它的可获得性现在可能会减少对目标疾病进行不太相关的动物模型进行研究的必要性, 这些模型以前是由于可用于检查细胞反应的试剂而选择的。使用 pbmc 而不是脾脏或淋巴结可以进行非终末实验和对单个动物进行持续监测。
下面我们提供了检测豚鼠对 pdna 疫苗的 ifn-γ细胞反应所涉及的步骤的详细描述。我们概述了我们的具体分娩程序, 并描述了一般的 elispot 检测, 包括血液取样、血液处理、pbmc 收获、检测程序和数据分析。elispot 分析的示意图如图 1所示。
图 1: 豚鼠 elispot 协议示意图概述.请点击这里查看此图的较大版本.
豚鼠是一种有价值的动物模型, 用于疫苗的临床前开发和皮内分娩策略。上述协议描述了在这一高度相关的模型中测量抗原特异性 t 细胞响应的方法。该检测方法为利用抗原特异性肽刺激产生干扰素伽玛的外周 t 细胞提供了清晰的计数。免疫反应的动力学可以通过非终末血液取样来监测。
我们优化了协议, 并确定了关键方面, 以获得使用此方法的最佳结果。例如, 在收集管中形成血块将导致不理想的 pbmc 恢复和生存能力。几内亚猪血块非常迅速 18.快速进行抽血是至关重要的。au-birck 等人为16型豚鼠的出血技术提供了全面的指导。由于采血需要全身麻醉, 建议审查这方面的适用标准作业程序19。麻醉不当的豚鼠会做出反应, 在用指甲在脚趾之间短暂夹紧组织后, 移动双腿或发声, 或者在捏耳朵后收缩耳朵并向前移动胡须。立即将血液转移到具有抗凝剂的试管中, 并通过多次滚动或倒置管进行彻底混合, 是本协议中必不可少的一步。为这里描述的协议 edta 管使用了, 并且没有其他抗凝剂被测试。请注意, edta 是高渗的, 理想情况下, 管应该充满超过一半, 因此必须使用适当的管大小的样品体积。
如果执行得当, 密度梯度离心持续的结果是清洁 pbmc 的制备。在离心前分层梯度时, 密度梯度介质必须在室温下, 使用常规管时, 不应使用制动器来停止离心机。在多溴联苯加工的实用性方面有了重大改进, 将密度梯度离心与 pbmcc 隔离装置结合起来。这样可以缩短离心时间。在 pbmc 隔离装置和常规管中进行密度梯度离心, 可产生类似的生存能力、加工后的 pbmc 活细胞计数和斑点形成。独立于用于分离的管材类型, 应立即进行蓬松的涂层收获。在较长时间内与密度梯度介质接触对 pbmc 具有细胞毒性。
准确计算可行的 pbmc 对于将相同数量的细胞播种到攻击板井中非常重要。应采用某种生活/死亡歧视的方法。在我们的实验室中, 我们使用色蓝排除检测和自动细胞计数器。
点质量被定义为锐利边缘和高对比点, 将提高精度和一致的点计数, 特别是在使用自动计数系统时。根据制造商的建议, 我们观察到, elispot 板的乙醇预处理是减少背景点数量和改进点定义的关键步骤。强烈建议使用板式读取器在协议末尾对 elispot 攻击板进行成像。每口井的原始图像可以轻松、高效地获得和存储。使用图像分析软件, 数字图像还允许与单个操作人员的人工计数相比进行客观分析和点点计数。
这里描述的分析的发展的绝对必要是产生一个合适的抗豚鼠干扰素伽马抗体对。用重组豚鼠伽马20对小鼠 b 细胞克隆体进行杂交瘤技术, 研制了小鼠单克隆抗体 v-e4 和 n-g3.据报道, igg1 同型的 v-e4 和 igg2a 的 n-g3 与重组抗原和原生抗原都结合在一起。将 v-e4 作为捕获抗体和生物素化 n-g3 作为检测抗体, 对重组蛋白和原生蛋白都具有较高的敏感性, 同时以三明治 elisa 格式保留低背景信号。这两种抗体都是通过休伯特·沙弗博士实验室领导的制造协议提供给科学界的, 他是这份出版物的合著者。客户的申请将由 schaefer 博士的实验室接收, 然后由商业伙伴制造。
据报道, 干扰素伽玛在常规缓冲区或介质21中是不稳定的。schaefer 等人20 报告说, 在使用 v-4 和 n-g3 抗体的 elisa 格式中使用已经失去生物功能的退化 ifn-y 时, 回收率仅略有下降。然而, 应仔细测试在18小时以上增加多溴联苯多肽刺激的潜伏期。
讨论了使用 pbmc 的优点。然而, 这里描述的检测只反映了周围循环 t 细胞的抗原特异性反应。组织浸润 t 细胞或从淋巴器官 (如脾脏和淋巴结) 分离的细胞可能表现出不同的性质22,23,24。通过比较使用相同的 pnp 流感疫苗14的豚鼠 pbmc 和脾细胞的干扰素-γ点, 观察到细胞反应没有显著差异.
在该协议中, 我们描述了一种皮内疫苗接种程序。id 免疫的一个主要理由是针对皮肤中存在的高密度树突状细胞25。我们和其他人已经证明, 这些细胞可以通过调整交付方法26、配方27或药物设计28作为特定目标。激活的专业抗原呈现细胞可能会迁移到一个排水的淋巴结, 并激活自适应免疫系统29,30,31,32。树突状细胞是培养生产细胞免疫反应的重要抗原表达细胞类型。
在这项研究中, 用质粒 dna 对 h1n1 型流感的核蛋白进行了免疫接种。这种 pdna 疫苗 (pnp) 结合电穿孔的皮肤传递已被证明能在豚鼠33、雪貂和非人类灵长类动物 (nhp)1,34中引起抗原特异性体液反应.此外, 这种疫苗在小鼠分娩到表皮35后会引起强烈的 t 细胞反应,这可归因于 cd4 和 cd8 t 细胞, 其通过使用代表这些细胞群体的特定表位的肽进行刺激。pnp 疫苗在黏膜分娩后也具有免疫原性, 兔子和豚鼠的体液反应的产生以及36只小鼠的细胞和体液反应就证明了这一点。最近, 我们的小组能够证明在肌肉内分娩后在兔体内产生 ifn-γ t 细胞反应 (未公布的数据)。
目前, 在豚鼠 elispot 中观察到的干扰素伽玛斑点不能分配给 cd4+ 或 cd8 + t 细胞子集。特别是对于针对皮肤的免疫疗法的设计和开发, 确定观测到的干扰素-γ点频率是由一个特定子集的膨胀引起的, 还是两者的平衡反应造成的, 将是非常有用的。评估疫苗接种的有效性, 以引发交叉表现。这种限制可以通过在对板上的细胞播种之前对 cd4 或 cd8 进行负细胞分类, 或通过识别 mhc ii 类 (cd4 反应) 或 mhc i 类 (cd8 反应) 限制的表位来克服。
这里描述了使用豚鼠 pbmc 进行干扰素伽玛 elispot 检测, 解决了评估豚鼠实验室模型中细胞反应过程的需要。这将完善疫苗和皮肤分娩协议的开发。我们认为, 它允许使用这一相关动物模型来研究具有重要 t 细胞成分的疾病, 如结核病37、埃博拉38、hsv39等。它将减少使用不太相关的动物模型。
The authors have nothing to disclose.
我们要感谢伊诺维奥制药 & d 部门的成员提供技术援助, 感谢阿科拉布的工作人员提供卓越的畜牧业服务。我们尤其要感谢 alysha vu 和 joe agnes 对手稿进行校对。这项工作没有得到公共、商业或非营利部门供资机构的任何具体赠款的资助。
Cellectra-3P | Inovio Pharmaceuticals | ID-Electroporatio device/ non-commercial, R&D-only | |
K2EDTA blood collection tube | BD | 367844 | |
Hank’s Balanced Salt Solution | Gibco | 14175-079 | |
Ficoll-Paque Plus | GE Healthacre | 17144003 | density gradient medium |
SepMate tube | STEMCELL Technologies | 85415 | PBMC-isolation device |
RPMI | Thermo Fisher | 11875-135 | |
heat-deactivated FBS | VWR | 97068-085 | |
Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
β-Mercaptoethanol | Gibco | 21985-023 | |
96-well ELISpot PVDF-membrane | Millipore | MSIPS4W10 | ELISpot assay plate |
Ethanol | Sigma | 459844-1L | |
UPDI | Invitrogen | 10977-015 | Ultra-Pure DI water |
Sucrose | Sigma | S7903 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A7906 | |
10x PBS | HyClone | SH30378.03 | |
Concanavalin A (ConA) | Sigma | C5275-5MG | |
alkaline phosphatase (ALP)-conjugated streptavidin | R&D Systems Inc. | SEL002 | |
BCIP/NBT | R&D Systems Inc. | SEL002 | |
capture anti-guinea pig IFN-γ antibody V-E4 | GenScript | Order #:U5472CE080-3 | LOT # A217071153 |
biotinylated detection anti-guinea pig IFN-γ antibody N-G3 | GenScript | Order #:U5472CE080-1 | LOT # A21700598 |
CTL S6 Micro Analyzer | ImmunoSpot | #S6MIC12 | automated ELISpot plate reader |
Vi-CELL XR | Beckman-Coulter | 731050 | automated cell counter |
ImmunoSpot 5.1 | ImmunoSpot | assay analysis software | |
ESCO Class II Type A2 | ESCO | Biosafety cabinet | |
Falcon cell strainer | Corning, Inc. | VWR cat# 21008-952 | |
Exel Comfort Point Insulin syringe | MedLab Supply | 26028 | |
Rotanta 460R | Hettich | centrifuge | |
Vi-CELL XR Quad Pak Reagent Kit | Beckman Coulter | 383722 | |
Incu Safe | Panasonic-Healthcare | incubator | |
22µm Filter | ThermoScientific | VWR act# 597-4520 | 22µm Filter |
KimWipes | Kimberly-Clark Professional | VWR cat# 21903-005 | paper towels |