Summary

الحماية فعالية والرئوي الاستجابة المناعية بعد تحت الجلد والطريق الأنفي BCG الإدارة في الفئران

Published: September 19, 2016
doi:

Summary

We herein detail the methodology followed to compare protective efficacy and lung immune response induced by intranasal and subcutaneous immunization with BCG in mouse model. Our results show the benefits of pulmonary vaccination and suggest a role for IL17-mediated response in vaccine-induced protection.

Abstract

Despite global coverage of intradermal BCG vaccination, tuberculosis remains one of the most prevalent infectious diseases in the world. Preclinical data have encouraged pulmonary tuberculosis vaccines as a promising strategy to prevent pulmonary disease, which is responsible for transmission. In this work, we describe the methodology used to demonstrate in the mouse model the benefits of intranasal BCG vaccination when compared to subcutaneous. Our data revealed greater protective efficacy following intranasal BCG administration. In addition, our results indicate that pulmonary vaccination triggers a higher immune response in lungs, including Th1 and Th17 responses, as well as an increase of immunoglobulin A (IgA) concentration in respiratory airways. Our data show correlation between protective efficacy and the presence of IL17-producing cells in lungs post-Mycobacterium tuberculosis challenge, suggesting a role for this cytokine in the protective response conferred by pulmonary vaccination. Finally, we detail the global workflow we have developed to study respiratory vaccination in the mouse model, which could be extrapolated to other tuberculosis vaccines, apart from BCG, targeting the mucosal response or other pulmonary routes of administration such as the intratracheal or aerosol.

Introduction

السل (TB) هو واحد من الأمراض المعدية الرائدة تسبب المزيد من الوفيات المرتبطة من فيروس نقص المناعة البشرية في العالم، وجنبا إلى جنب مع ارتفاع الزيادة من أدوية المتعددة السلالات المقاومة يجعل السل مشكلة صحية عالمية تنذر بالخطر 1. أدوات جديدة للتشخيص والمخدرات أكثر فعالية وأقل سمية، واللقاحات السل آمنة وفعالة جديدة هي حاجة ملحة، خاصة في العالم النامي.

تعيش الموهن عصيات كالميت غيران (BCG) حاليا لقاح مرخص الوحيد ضد السل، الذي تديره الأدمة عند الولادة منذ 1970s في جميع أنحاء العالم. ويعتبر السل فعالة في الوقاية من أشكال حادة من المرض (التهاب السحايا والسل الدخني) في الأطفال، ولكن أظهرت فعالية تتعارض ضد السل الرئوي المسؤول عن انتقال المرض 2.

التطعيم الرئوي، الذي يحاكي الطريق الطبيعي لعدوى السل، يمثل نهجا جذابا للفتيلة المضيف المحلي الاستجابة المناعيةالصورة. وفي هذا الصدد، أظهرت أعمال مختلفة قبل السريرية في نماذج السل حيوانية مختلفة ذات الصلة أكبر فعالية لقاح التالية التحصين الرئوي مقارنة تحت الجلد أو داخل الأدمة الطريق 3-6. ومع ذلك، فإن آليات الحماية الناجمة عن التطعيم الرئوي ليست مفهومة جيدا. في السنوات الأخيرة، وقد أشار العديد من الأعمال من أجل الاستجابة بوساطة IL17 باعتبارها عاملا مهما من الاستجابة المناعية المخاطية-TB معين، كما في نماذج الفئران ناقصة لIL17 المخاطية فعالية الحماية التي يسببها اللقاح تضعف 7،8.

نحن في الآونة الأخيرة أظهرت لأول مرة أن الأنف إدارة BCG باي DBA / 2 الفئران، سلالة الماوس تتميز انعدام الحماية بعد التطعيم ضد مرض السل تحت الجلد 9. وتشير هذه النتائج إلى أن تطعيم السل التنفسي يمكن أن تكون أكثر فعالية في الحد من نسبة السل في البلدان الموبوءة، حيث يعتبر BCG داخل الأدمة غير فعالة ضد pulmonالسل آرى.

Protocol

وظلت كل الفئران تحت ظروف خاضعة للرقابة وملاحظة أي علامة على المرض. أجري العمل التجريبي في اتفاق مع التوجيهات الأوروبية والوطنية لحماية حيوانات التجارب وبموافقة من لجان الأخلاقيات المحلية المختصة. 1. إعداد الأرصدة كمية لالجلسرين ?…

Representative Results

يصف هذا العمل المقارنة بين طريقين من إدارة BCG: تحت الجلد وداخل الأنف. الطريق تحت الجلد هو مشابه إلى الأدمة، الذي هو الطريق السريرية الحالية لمجموعة بوسطن الاستشارية في جميع أنحاء العالم. ويهدف طريق الأنف التطعيم لتقليد الطريق الطبيعي لعدوى م. السل…

Discussion

Although current vaccine against tuberculosis, BCG, is the most widely administered vaccine in history, tuberculosis remains one of the leading causes of death and morbidity from infectious diseases worldwide. This paradox is explained by the lack of protection of this vaccine against pulmonary tuberculosis, the responsible form of transmission. New vaccination approaches effective against pulmonary forms of the disease are urgently needed, as they would have the greatest impact on disease transmission globally.

<p c…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by “Spanish Ministry of Economy and Competitiveness” [grant number BIO2014-5258P], “European Commission” by the H2020 programs [grant numbers TBVAC2020 643381].

Materials

Middlebrook 7H9 broth BD 271310
Middlebrook ADC Enrichment BD 211887
Tween 80 Scharlau TW00800250
3-mm diameter Glass Beads Scharlau 038-138003
Middlebrook 7H10 Agar BD 262710
1-ml syringe 26GA 0.45×10 mm BD 301358
GentleMACS dissociator Miltenyi Biotec 130-093-235
C tubes Miltenyi Biotec 130-093-237
M tubes Miltenyi Biotec 130-093-236
Collagenase D Roche 11088882001
DNaseI Applichem A3778,0100
Falcon 70µm Cell Strainer Corning 352350
RPMI 1640 Sigma R0883
Red Blood Cell Lysing Buffer Sigma R7757
GlutaMAX Supplement Gibco 35050-061 100X concentrated
Penicillin-Streptomycin Solution Sigma P4333 100X concentrated
Fetal Calf Serum Biological Industries 04-001-1A
2-Mercaptoethanol Sigma M3148-25ML
Scepter 2.0 Handheld Automated Cell Counter Millipore PHCC20040
Scepter Cell Counter Sensors, 40 µm Millipore PHCC40050
Mycobacterium Tuberculosis – Tuberculin PPD Statens Serum Institut (SSI) 2390
Mouse IFN-γ ELISA development kit  Mabtech 3321-1H
Mouse IL17A ELISA development kit  Mabtech 3521-1H
Brefeldin A Sigma B7651
FITC Rat Anti-Mouse CD4 BD 553047
BD Cytofix/Cytoperm Kit BD 555028
APC-Cy7 Rat Anti-mouse IL-17A BD 560821
APC Mouse Anti-mouse IFNg BD 554413
LACHRYMAL OLIVE LUER LOCK 0.60 x 30 mm. 23G x 1 1/4” UNIMED 27.134 Used as trachea cannula for BAL
high-protein binding polystyrene flat-bottom 96-well plates MAXISORP NUNC 430341
Albumin, from bovine serum Sigma A4503
Goat Anti-Mouse IgA (α-chain specific)−Peroxidase antibody Sigma A4789
3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidine (TMB)  Sigma T0440
MyTaq DNA Polymerase Bioline BIO-21107 The kit Includes Buffer 5x

References

  1. Zumla, A., et al. The WHO 2014 global tuberculosis report–further to go. Lancet Glob Health. 3 (1), e10-e12 (2015).
  2. Mangtani, P., et al. Protection by BCG vaccine against tuberculosis: a systematic review of randomized controlled trials. Clin Infect Dis. 58 (4), 470-480 (2014).
  3. Aguilo, N., et al. Pulmonary Mycobacterium bovis BCG vaccination confers dose-dependent superior protection compared to that of subcutaneous vaccination. Clin Vaccine Immunol. 21 (4), 594-597 (2014).
  4. Chen, L., Wang, J., Zganiacz, A., Xing, Z. Single intranasal mucosal Mycobacterium bovis BCG vaccination confers improved protection compared to subcutaneous vaccination against pulmonary tuberculosis. Infect Immun. 72 (1), 238-246 (2004).
  5. Giri, P. K., Verma, I., Khuller, G. K. Protective efficacy of intranasal vaccination with Mycobacterium bovis BCG against airway Mycobacterium tuberculosis challenge in mice. J Infect. 53 (5), 350-356 (2006).
  6. Lagranderie, M., et al. BCG-induced protection in guinea pigs vaccinated and challenged via the respiratory route. Tuber Lung Dis. 74 (1), 38-46 (1993).
  7. Gopal, R., et al. Interleukin-17-dependent CXCL13 mediates mucosal vaccine-induced immunity against tuberculosis. Mucosal Immunol. 6 (5), 972-984 (2013).
  8. Khader, S. A., et al. IL-23 and IL-17 in the establishment of protective pulmonary CD4+ T cell responses after vaccination and during Mycobacterium tuberculosis challenge. Nat Immunol. 8 (4), 369-377 (2007).
  9. Aguilo, N., et al. Pulmonary but Not Subcutaneous Delivery of BCG Vaccine Confers Protection to Tuberculosis-Susceptible Mice by an Interleukin 17-Dependent Mechanism. J Infect Dis. , (2015).
  10. Middlebrook, G., Cohn, M. L. Bacteriology of tuberculosis: laboratory methods. Am J Public Health Nations Health. 48 (7), 844-853 (1958).
  11. Brosch, R., et al. A new evolutionary scenario for the Mycobacterium tuberculosis complex. Proc Natl Acad Sci U S A. 99 (6), 3684-3689 (2002).
  12. Kaushal, D., et al. Mucosal vaccination with attenuated Mycobacterium tuberculosis induces strong central memory responses and protects against tuberculosis. Nat Commun. 6, 8533 (2015).
  13. Lochhead, J. J., Thorne, R. G. Intranasal delivery of biologics to the central nervous system. Adv Drug Deliv Rev. 64 (7), 614-628 (2012).
  14. Lochhead, J. J., Wolak, D. J., Pizzo, M. E., Thorne, R. G. Rapid transport within cerebral perivascular spaces underlies widespread tracer distribution in the brain after intranasal administration. J Cereb Blood Flow Metab. 35 (3), 371-381 (2015).
  15. Griffiths, K. L., et al. Cholera toxin enhances vaccine-induced protection against Mycobacterium tuberculosis challenge in mice. PLoS One. 8 (10), e78312 (2013).
  16. Hirota, K., et al. Plasticity of Th17 cells in Peyer’s patches is responsible for the induction of T cell-dependent IgA responses. Nat Immunol. 14 (4), 372-379 (2013).
  17. Jaffar, Z., Ferrini, M. E., Herritt, L. A., Roberts, K. Cutting edge: lung mucosal Th17-mediated responses induce polymeric Ig receptor expression by the airway epithelium and elevate secretory IgA levels. J Immunol. 182 (8), 4507-4511 (2009).

Play Video

Cite This Article
Uranga, S., Marinova, D., Martin, C., Aguilo, N. Protective Efficacy and Pulmonary Immune Response Following Subcutaneous and Intranasal BCG Administration in Mice. J. Vis. Exp. (115), e54440, doi:10.3791/54440 (2016).

View Video