Summary

In vitro Avaliação da Atividade Celular da Vacina de Nanoemulsão Adjuvante Ofiopogonina D

Published: December 09, 2022
doi:

Summary

O protocolo apresenta métodos detalhados para avaliar se o adjuvante da nanoemulsão ofiopogonina D promove respostas imunes celulares eficazes.

Abstract

Como ingrediente principal das vacinas, os adjuvantes podem induzir ou melhorar diretamente as respostas imunes poderosas, generalizadas, inatas e adaptativas associadas aos antígenos. Ophiopogonin D (OP-D), um componente purificado extraído da planta Ophiopogon japonicus, foi encontrado para ser útil como um adjuvante da vacina. Os problemas de baixa solubilidade e toxicidade do OP-D podem ser efetivamente superados usando um método de emulsificação de baixa energia para preparar a ofiopogonina D (NOD) em nanoemulsão. Neste artigo, uma série de protocolos in vitro para avaliação da atividade celular são examinados. Os efeitos citotóxicos da L929 foram determinados usando um ensaio kit-8 de contagem celular. Em seguida, os níveis de citocinas secretadas e o número de células imunes correspondentes após a estimulação e cultura de esplenócitos de camundongos imunizados foram detectados pelos métodos ELISA e ELISpot. Além disso, a capacidade de captação de antígenos em células dendríticas derivadas da medula óssea (BMDCs), que foram isoladas de camundongos C57BL/6 e amadurecidas após incubação com GM-CSF mais IL-4, foi observada por microscopia confocal de varredura a laser (CLSM). É importante ressaltar que a ativação de macrófagos foi confirmada pela medição dos níveis de citocinas IL-1β, IL-6 e fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) por kits ELISA após a cocultura de macrófagos peritoneais (PMs) de camundongos em branco com o adjuvante por 24 h. Espera-se que este protocolo forneça a outros pesquisadores abordagens experimentais diretas e eficazes para avaliar as eficácias da resposta celular de novos adjuvantes vacinais.

Introduction

As vacinas são um meio importante de prevenir e tratar doenças infecciosas e não transmissíveis. A adição adequada de adjuvantes e veículos de entrega às formulações de vacinas é benéfica para aumentar a imunogenicidade dos antígenos e gerar respostas imunes duradouras1. Além do alúmen adjuvante clássico (sal de alumínio), existem seis tipos de adjuvantes para vacinas que são atualmente comercializados: MF592,3, AS04 3, AS03 3, AS01 3, CpG10184 e Matrix-M5. Geralmente, quando o corpo humano encontra um ataque viral, a primeira e a segunda linhas de defesa (pele, mucosa e macrófagos) assumem a liderança na limpeza do vírus e, finalmente, a terceira linha de defesa, envolvendo os órgãos imunológicos e as células imunes, é ativada. O alumínio e os sais de alumínio têm sido os adjuvantes mais utilizados para vacinas humanas desde o início da década de 1920, provocando uma resposta imune inata eficaz6. No entanto, tem sido proposto que a ativação de células apresentadoras de antígenos (APCs) por adjuvantes clássicos, que estimula as células imunes a gerar conjuntos específicos de citocinas e quimiocinas, é o mecanismo pelo qual os adjuvantes funcionam e pode ser uma das razões pelas quais os adjuvantes exercem apenas efeitos transitórios sobre respostas imunes específicas7. A presença de adjuvantes licenciados limitados para uso humano é um fator restritivo para o desenvolvimento de vacinas que provocam respostas imunes eficazes8.

Atualmente, um número crescente de estudos adjuvantes está demonstrando a capacidade de induzir uma forte resposta imune celular em camundongos. Demonstrou-se que o QS-21 induz uma resposta imune equilibrada do T-helper 1 (Th1) e do T-helper 2 (Th2), produz níveis mais altos de títulos de anticorpos e prolonga a proteção como adjuvante, mas sua forte toxicidade e propriedades hemolíticas limitam seu desenvolvimento como adjuvante clínico autônomo 9,10. OP-D (ruscogenina-O-α-L-ramnopiranosia1-(1→2)-β-D-xilopiranosil-(1→3)-β-D-fucopiranosídeo) é uma das saponinas esteroides isoladas da raiz da planta medicinal chinesa Ophiopogon japonicas4. Além disso, é o principal componente farmacologicamente ativo (Shen Mai San) encontrado em Radix Ophiopogonis e é conhecido por ter certas propriedades farmacológicas11. Além disso, é um membro da família Liliaceae e é amplamente utilizado por seus efeitos inibitórios e protetores na inflamação celular e lesão miocárdica. Por exemplo, o OP-D melhora as lesões semelhantes à dermatite atópica induzidas por DNCB e as células inflamatórias HaCaT do fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) em camundongos BALB/c12. É importante ressaltar que o OP-D promove a proteção antioxidante do sistema cardiovascular e protege o coração contra a lesão autofágica induzida pela doxorrubicina, reduzindo a geração de espécies reativas de oxigênio e interrompendo os danos na membrana mitocondrial. Experimentos mostraram que tomar OP-D com monodesmosídeo ajuda a aumentar a saúde imunológica, aumentar a contagem de glóbulos brancos e a síntese de DNA e fazer com que os anticorpos durem maistempo 13. Verificou-se anteriormente que o OP-D tem um efeito adjuvante14.

As nanoemulsões são nanoformulações de óleo em água compostas por uma combinação de surfactantes, óleo, cosurfactantes e água12,15. Esses desenhos de nanovacinas permitem que antígenos e adjuvantes sejam encapsulados juntos para melhorar a estimulação imunológica, proteger os antígenos e promover a maturação das células dendríticas (DC)16. Para o desenvolvimento desses novos adjuvantes obtidos a partir da triagem, é importante encontrar métodos apropriados para avaliar suas habilidades de resposta celular.

O objetivo deste protocolo é avaliar sistematicamente se os adjuvantes podem aumentar a fagocitose e a expressão de células imunes em cultura de células in vitro e elaborar os principais métodos experimentais. O experimento é dividido em quatro subseções: (1) a toxicidade das células OP-D e NOD para L929 é determinada pelo ensaio kit-8 de contagem de células (CCK-8); (2) os níveis de citocinas de IFN-γ endócrino e IL-17A e os números celulares correspondentes em camundongos imunizados são detectados por estimulação de esplenócitos e ensaios de ELISpot; (3) a capacidade de apresentação do antígeno das CDs após estimulação adjuvante é observada por microscopia confocal; e (4) são detectados os três tipos de citocinas, IL-1β, IL-6 e TNF-α, nos sobrenadantes obtidos de macrófagos peritoneais (PMs) em camundongos normais cocultivados com adjuvantes.

Protocol

Todos os experimentos celulares foram realizados em um laboratório de engenharia celular equipado com salas de cirurgia básicas, salas de tampão, salas de cultura estéreis e salas de identificação e análise. O ambiente e as condições de trabalho estavam livres de contaminação microbiana e outros fatores prejudiciais. Os experimentos com animais foram conduzidos com base nas Diretrizes para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e foram aprovados pelo Comitê de Bem-Estar e Ética Animal de Laboratório da …

Representative Results

A avaliação da atividade celular dos adjuvantes OP-D e NOD foi concluída in vitro de acordo com o protocolo. Os fibroblastos L929 são um modelo de triagem útil para o teste de toxicidade in vitro do NOD (Figura 1). A quantificação dos níveis de citocinas inflamatórias no baço pode ajudar os pesquisadores a entender melhor a resposta imune (Figura 2). O monitoramento de CTLs com ELISpot é o padrão-ouro para avaliar a imunidade de cé…

Discussion

As vacinas de subunidade fornecem excelente segurança, mas baixa imunogenicidade. A principal estratégia para aumentar a imunogenicidade é adsorver fisicamente ou acoplar antígenos com adjuvantes e incorporá-los aos sistemas de liberação de fármacos para promover a captação e apresentação por CDs. As saponinas vegetais naturais, como a saponina quillaia e seus derivados, são altamente tóxicas e não são adequadas para o desenvolvimento de vacinas humanas17. Portanto, o estudo dos ef…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudo foi apoiado pela subvenção nº 2021YFC2302603 do Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento de Chaves da China, bolsas nº 31670938, 32070924, 82041045 e 32000651 do Programa Nacional da Fundação de Ciências Naturais da China, bolsas nº 2014jcyjA0107 e nº 2019jcyjA-msxmx0159 do Programa de Projeto da Fundação de Ciências Naturais de Chongqing, concessão nº CYS21519 do Projeto de Pesquisa e Inovação de Pós-Graduação de Chongqing, concessão nº 2020XBK24 dos projetos especiais da Universidade Médica do Exército e concessão nº 202090031021 do Programa Nacional de Inovação e Empreendedorismo para estudantes universitários.

Materials

0.25% Trypsin-EDTA (1x) GIBCO, USA 25200056
96-well filter plates Millipore. Billerica, MA CLS3922
AlPO4 General Chemical Company, USA null
Automated Cell Counter Countstar, China IC1000
BALB/c mice and C57BL/6 mice Beijing HFK Bioscience Co. Ltd null
caprylic/capric triglyceride (GTCC) Beijing Fengli Pharmaceutical Co. Ltd., Beijing, China null
CCK-8 kits Dojindo, Japan CK04
Cell Counting Plate Costar, Corning, USA CO010101
Cell Sieve biosharp, China BS-70-CS
Centrifuge 5810 R Eppendorf, Germany  5811000398
DAPI Sigma-Aldrich, St. Louis, USA D9542
DMEM basic(1x) medium GIBCO, USA C11885500BT
DSZ5000X Inverted Microscope Nikon,Japan DSZ5000X
EL-35 (Cremophor-35) Mumbai, India null
ELISpot classic AID, Germany ELR06
Fetal Bovine Serum GIBCO, USA 10099141C
Full-function Microplate Reader Thermo Fisher Scientific, USA VL0000D2
GFP Sigma-Aldrich, St. Louis, USA P42212
Glutamax Invitrogen, USA 35050061
Granulocyte Macrophage Colony-Stimulating Factor GM-CSF, R&D Systems, USA 315-03
HEPES Invitrogen, USA 15630106
HF 90/240 Incubator Heal Force, Switzerland null
IL-4 PeproTech, USA 042149
L929 cell line FENGHUISHENGWU, China  NCTC clone 929 (RRID:CVCL_0462)
Laser Scanning Confocal Microscopy Zeiss, Germany LSM 980
MONTANE 85 PPI SEPPIC, France L12910
MONTANOX 80 PPI SEPPIC, France 36372K
Mouse IFN-γ ELISA kit Dakewe, China 1210002
Mouse IFN-γ precoated ELISPOT kit Dakewe, China DKW22-2000-096
Mouse IL-17A ELISA kit Dakewe, China 1211702
Mouse IL-17A ELISpotPLUS Kit ebiosciences, USA 3521-4HPW-2
Mouse IL-1β ELISA kit Dakewe, China 1210122
Mouse IL-6 ELISA kit Dakewe, China 1210602
Mouse TNF-α ELISA kit Dakewe, China 1217202
Non-essential amino acids(100x) Invitrogen, USA 11140050
Ophiopogonin-D Chengdu Purui Technology Co. Ltd 945619-74-9
Penicillin-Streptomycin Solution Invitrogen, USA 15070063
Phalloidin Solarbio, China CA1620
Phosphate Buffered Saline ZSGB-BIO, China ZLI-9062
Red Blood Cell Lysis Buffer Solarbio, China R1010
RPMI 1640 medium Hyclone (Life Technology), USA SH30809.01
Sodium pyruvate(100 mM) Invitrogen, USA 11360070
Squalene Sigma, USA S3626
β- Mercaptoethanol Invitrogen, USA 21985023

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Luo, X., Tong, Y., Zeng, X., Ye, Y., Yang, Y., Song, Z., Zhang, Z., Li, H., Gao, J., Mao, X., Zeng, H., Zou, Q., Sun, H. In Vitro Cellular Activity Evaluation of the Nanoemulsion Vaccine Adjuvant Ophiopogonin D. J. Vis. Exp. (190), e64291, doi:10.3791/64291 (2022).

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