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Research Article
Kyle J. Bednar*1, Lakeya Hardy*2,3, Johanna Smeekens*3,4, Dharmendra Raghuwanshi5, Shiteng Duan6, Mike D. Kulis3,4, Matthew S. Macauley5,7
1Janssen R&D, 2Department of Microbiology and Immunology,University of North Carolina, 3UNC Food Allergy Initiative,University of North Carolina, 4Department of Pediatrics,University of North Carolina, 5Department of Chemistry,University of Alberta, 6Department of Molecular Medicine,Scripps Research Institute, 7Department of Medical Microbiology and Immunology,University of Alberta
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Beschrieben, ist die Vorbereitung von Antigenen liposomalen Nanopartikeln und ihre Verwendung in anregenden B-Zell Aktivierung in Vitro und in Vivo. Konsistente und robuste Antikörperantworten führte zur Entwicklung eines neuen Modells der Erdnuss-Allergie. Das Protokoll zur Erzeugung von Antigenen Liposomen kann auf verschiedene Antigene und Immunisierung Modelle ausgedehnt werden.
Antikörperantworten bieten wichtige schützende Immunität auf ein breites Spektrum von Krankheitserregern. Es bleibt ein hohes Interesse bei der Schaffung von robusten Antikörper für die Impfung sowie wie pathogenen Antikörper verstehen, Antworten zu Allergien und Autoimmunkrankheiten zu entwickeln. Robuste Antigen-spezifischen Antikörper-Reaktionen zu erzeugen, ist nicht trivial. In Mausmodellen bedarf es oft mehrere Runden von Impfungen mit Adjuvans, die zu viel Variabilität in der Höhe der induzierten Antikörper führt. Ein Beispiel ist in Mausmodellen von Erdnuss-Allergien wo stabile und reproduzierbare Modelle, die Maus Zahlen und den Einsatz der adjuvanten minimieren vorteilhaft wäre. Präsentiert hier ist eine hoch reproduzierbare Mausmodell der Erdnuss-Allergie Anaphylaxie. Dieses neue Modell stützt sich auf zwei Faktoren: (1) Antigen-spezifische Splenocyten sind adoptively von einer Erdnuss sensibilisiert Maus übertragen, in eine naive Empfänger Maus, normalisieren die Anzahl von Antigen-spezifische B- und T-Zellen über eine große Anzahl von Mäusen; und (2) Empfänger Mäuse anschließend mit einem starken multivalente Immunogen in Form von liposomalen Nanopartikel, die Anzeige der wichtigsten Erdnuss Allergens (Ara h 2) gesteigert werden. Der große Vorteil dieses Modells ist die Reproduzierbarkeit, die letztlich die Anzahl der verwendeten Tiere in jeder Studie, bei gleichzeitiger Minimierung der Anzahl der Tiere erhalten mehrere Injektionen der adjuvanten senkt. Der modulare Aufbau dieser immunogenen Liposomen bietet relativ einfache Anpassungsfähigkeit zu anderen allergischen oder Autoimmun-Modelle, die pathogenen Antikörper beinhalten.
Nahrungsmittel-Allergie betrifft 8 % der Kinder in den Vereinigten Staaten, und stieg in der Prävalenz in den vergangenen zehn Jahren1. Allergie gegen Erdnuss betrifft 1 % der Kinder und ist nicht in der Regel entwachsen2. Obwohl mehrere vielversprechende klinische Studien sind im Gange für die Behandlung von Nahrungsmittelallergien, einschließlich oraler Immuntherapie (OIT), sublinguale Immuntherapie (SLIT) und Epicutan Immuntherapie (EPIT), gibt es derzeit keine FDA-zugelassene Behandlungsstrategien für die Desensibilisierung Erdnuss-Allergiker3,4,5,6,7,8. Daher müssen allergische Personen Allergene zur Vermeidung von Anaphylaxie strikt vermeiden. Es bleiben viele Fragen in Bezug auf Routen der Sensibilisierung und zugrundeliegende Mechanismen der Lebensmittel-Allergie-Entwicklung.
Maus-Modellen sind ein wertvolles Werkzeug für die Mechanismen der Allergie zu studieren sowie die Entwicklung neuer tolerogene und Desensibilisierung Therapien9,10,11,12. Dies gilt vor allem weil die großen Erdnuss Allergen (Ara h 2; Ah2) beim Menschen ist auch das dominierende Allergen in mehreren beschrieben Maus Modelle13,14. Während Mausmodelle der Erdnuss-Allergie bei der Untersuchung der Mechanismen der Sensibilisierung und Toleranz von unschätzbarem Wert sind, ist ein Nachteil, dass sie können variabel sein und erfordern den Einsatz von Hilfsstoffen. Potentere immunogenen wäre eine Möglichkeit, die innere Variabilität solcher Modelle zu minimieren. Da B-Zellen stark durch multivalente Antigene aktiviert sind, sind Antigene Liposomen anzeigen das Allergen eine gute Wahl wegen ihrer Fähigkeit, potentiell B-Zellen durch die B-Zell-Rezeptor (BCR) aktivieren, während auch die Eigenschaft des effizient Grundieren die T-Zell-Fach durch unspezifisch durch Antigen-präsentierenden aufgegriffen wird Zellen.
Hier beschreiben wir ein detailliertes Protokoll für Konjugation Protein-Antigene, liposomale Nanopartikel mit einer einfache und modulare Strategie. Mit einem Ersatz-Antigen, Anti-IgM-Fab-Fragment, wir zeigen wie stark solche Antigenen Liposomen können in anregenden B-Zell-Aktivierung werden. Antigene Liposomen anzeigen Ah2 Antigen wurden verwendet, um ein neues Mausmodell der übertragenen Sensibilität zu entwickeln. In diesem Modell sind Splenocyten von verifizierten Erdnuss allergische Mäuse, mit Erdnuss-spezifische Speicher B- und T-Zellen, in naiven Congenic Mäuse übertragen. Speicher-Antikörper-Reaktionen werden durch Injektion von Liposomen in den Empfänger Mäuse, um Antikörper gegen Ah2 induzieren mit Ah2 konjugierten induziert. Gefolgt von nur einen Schub mit löslichen Ah2, geben Ah2-spezifische Antikörper Anlass zu einer starken anaphylaktischen Reaktion, wenn diese Mäuse anschließend mit Ah2 herausgefordert werden. Wie Mäuse durchläuft die allergische Reaktion sehr einheitlich reagieren und Adjuvans nicht erhalten haben, dieser Ansatz ist eine wünschenswerte Erdnuss-Allergie-Modell und die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es in anderen getrieben durch Antigene gerichtet an Mausmodellen Dienstprogramm möglicherweise Allergene und möglicherweise Autoantigene.
Die allgemeine Methode der Kupplung Protein, Lipid und Einbeziehung in Liposomen basiert größtenteils auf früheren Arbeiten15. Alle nachstehend beschriebene Tiere Verfahren wurden von der University of North Carolina in Chapel Hill institutionelle Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) genehmigt. Alle Mäuse in der Erdnuss-Allergie-Modell verwendeten sind BALB/cJ Weibchen gekauft von 3 Wochen alt. Die University of Alberta Tierpflege und verwenden Ausschuss (ACUC) genehmigte Experimente, die Verwendung von Maus Milz für ex-Vivo -Analyse von C57Bl/6 Mäusen von mindestens 6 Wochen alt.
(1) Konjugation von Protein Antigen pegylierten Lipid
(2) Liposomen-Vorbereitung
(3) Liposomen Extrusion
4. Calcium Flux, B-Zell-Aktivierung von Antigenen Liposomen zu überwachen
5. Vorbereitung des Erdnussextrakt
(6) Sensibilisierung von Mäusen, Erdnuss
(7) Herausforderung Mäuse mit Erdnuss-Extrakt
8. Isolierung des Splenocyten von allergische Mäuse und Adoptiv-Transfer
(9) Injektion von Mäusen mit Ara h 2 Antigenen Liposomen
10. Boost und Herausforderung von Mäusen mit Ara h 2
11. die Quantifizierung der Ara h 2-spezifischen IgE und IgG1 von ELISA
Konjugation des Proteins des Interesses mit DSPE-PEG(2000) nachgewiesen werden kann, indem man eine Verringerung mit einem Anstieg im Vergleich zu dem unconjugated Protein Molekulargewicht. Abbildung 1A zeigt eine repräsentativen Gel Anti-Maus IgM F(ab) Fragment Konjugation, PEG-DSPE, die eine 2 – 3-kDa-Bandshift für das denaturierte Protein zeigt. Beachten Sie, dass ca. 50 % des Proteins angezeigt wird geändert werden, das dürfte angesichts der Tatsache, dass Stöchiometrie 1:1 auf das Fab-Fragment erreicht wurde, die ein Heterodimer der schweren und leichten Kette ist. Abbildung 1 b zeigt eine repräsentative Gel Ah2 Konjugation, PEG-DSPE. Kalzium-Flux von B-Zellen zu beurteilen angeregt durch Antigene Liposomen, zwei Dinge sind entscheidend: (1) die Geräteeinstellungen sind abgestimmt, um zu sehen, ein Unterschied im Verhältnis von Indo-1 Fluoreszenz in der Ca2 + (violett) gebunden und ungebunden (blau) Formen und (2) die ordnungsgemäße Anspritzung Strategie dient zur Bewertung B-Zell-Aktivierung. Abbildung 2A zeigt das gating Schema für Flow Cytometry-basierte Kalzium Flussmittel Assay. Live Lymphozyten werden in ein SSC-A im Vergleich zu FSC-A (linken) angespritzt, Dubletten sind heraus in ein FSC-W gegen SSC-W Plot (Mitte Platte) und B200 gated+CD5– B-Zellen werden aus einem CD5-PE Vs B220-PE/Cy7 Grundstück (rechte Abbildung) ausgewählt. Abbildung 2 b zeigt das Verhältnis von Indo-1 (violett) Vs Indo-1 (blau) Fluoreszenz im Laufe der Zeit wie analysiert. Beachten Sie, dass die Gesamt-Protein-Konzentration von F(ab) und F(ab')2 in diesen Tests die gleichen waren, Nachweis der überlegene Fähigkeit von Antigenen Liposomen in anregenden B-Zell-Aktivierung. Führen Sie nach der Vorbereitung der Erdnussextrakt eine aliquote auf einem SDS-PAGE-Gel zu bestimmen, die relativen Mengen der Ara h 1, 2 und 3 innerhalb der Extrakt. Abbildung 3 zeigt eine repräsentative Gel eine Erdnuss-Extraktion, die neben gereinigten Ah2 ausgeführt wurde. Abbildung 4 zeigt eine schematische Darstellung des insgesamt Adoptiv-Erdnuss-Allergie-Maus-Modell, einschließlich erste Sensibilisierung für Erdnuss, Herausforderung, Erdnuss, Splenocyte Isolation und Adoptiv-Transfer, Liposomen-Injektionen, Blutentnahme gefolgt von Ah2 zu steigern, und fordern Sie zu Ah2. Ah2-spezifischen IgE und IgG1 ELISAs wurden um zu quantifizieren, Immunglobuline im Serum, ausgeführt, wie in Abb. 5A und Bdargestellt. Mäuse mit verliehenen Empfindlichkeit, die mit Ah2 gesteigert worden haben in ihrem Serum Ah2-spezifischen IgE und IgG1. Körpertemperatur während der Ah2 Challenge aufgenommen sind in Abbildung 5dargestellt; allergische Mäuse sank die Körpertemperatur nach der Herausforderung während Körpertemperaturen in naive Mäuse konsequent geblieben. Fotos, die naiv-Mäusen verglichen mit Erdnuß-allergischen Mäusen während der Challenge sind in Abbildung 6dargestellt.

Abbildung 1: repräsentative Gel Anti-Maus IgM F(ab) und Ah2 Konjugation, PEG-DSPE. (A, B) SDS-Page-Analyse von (A) Ziege Anti-Maus IgM F(ab) Fragment und (B) Ah2 vor und nach der Konjugation, PEG-DSPE. Ziege Anti-Maus IgM und Ah2 haben Molekulargewichte von ca. 48 und 18 kDa. Nach Änderung ist ein etwas größeres Molekulargewicht (~2.5 kDa) eindeutig für beide Proteine beobachtet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: repräsentative Anspritzung Strategie, Kalzium Flussmittel Ergebnisse und Analyse. (A) Zellen wurden durch die folgenden gating Strategie analysiert: Leben Lymphozyten (FSC-A vs. SSC-A), einzelne Zellen (FSC-W vs. SSC-W) und B-Zellen (B220+CD5–). (B) The Indo-1/Ca2 + Flussmittel Antwort (violette vs. blau) der B-Zellen. Dargestellt ist der Kalzium-Flussmittel für Anti-IgM Fab-Fragment Liposomen und Anti-IgM F(ab')2 bei der gleichen Proteinkonzentration (2,5 µg/mL) sowie Puffer-stimulierten Zellen als Kontrolle. Beachten Sie, dass zwischen 10-22 s ist, wenn die Stimulation hinzugefügt wird und daher keine Daten während dieser Zeit erworben werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: repräsentative Gel mit Erdnussextrakt und Ah2. Erdnuss-Extrakt enthält mehrere Proteine, einschließlich Allergene Ara h 1, 2, 3 und 6, im Vergleich zu den beiden Isoformen, die für Ah2 erscheinen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: Schematische der Adoptiveltern Übertragungsprotokoll. Naive BALB/cJ Mäuse waren sensibilisiert mit Erdnuss-Extrakt (PN) und Cholera Toxin (CT) und anschließend vor der Herausforderung, PN. Splenocyten von bestätigten allergische Mäuse wurden isoliert und in naive Mäuse übertragen. Mäuse wurden später mit immunogen Ara h 2 Liposomen oder PBS grundiert, dann mit löslichen Ah2 gesteigert. Zu guter Letzt wurden Mäuse mit Ah2 angefochten, Anaphylaxie zu überwachen. Blut auf 45 und 60 Tagen gesammelt wurden zur Ah2-spezifische Immunglobuline zu quantifizieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5: immunogen Ara h 2 Liposomen steigert verliehen-Speicher allergische Reaktionen. Serum wurde isoliert vor (45 Tage) und Post (Tag 60) Schub mit PBS oder 200 µL 300 µM immunogen Ah2 Liposomen Ah2 Sepcific IgE (A) messen und IgG1 (B). Individuelle Mäuse sind mit Linien, die mediane vertreten. Mäuse, die allergische Splenocyten erhalten und waren verabreicht Ah2 Liposomen am Tag 32 deutlich höhere Ah2-spezifischen IgE und IgG1 hatte. Anaphylaxie wurde in den verschiedenen Behandlungsgruppen durch Aufzeichnung Körpertemperaturen nach Ah2challenge gemessen (C). Meine Körpertemperatur mit SEM naiv dargestellt: PBS (naiv Splenocyten und PBS Prime), allergische: PBS (bestätigten allergische Splenocyten und PBS Prime), allergische: Ah2 (bestätigt allergische Splenocyten und Ah2immunogenic Liposomen Prime). * P < 0,05, ** P < 0,01, *** P < 0,001, *** P < 0,0001 festgelegten ungepaarten 2-tailed Student t-test. Beachten Sie, dass diese Ergebnisse Vertreter von zwei unabhängigen Experimenten sind. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 6: anaphylaktische Symptome beobachtet während Ah2 Challenge. Naive Mäuse bleiben aktiv und haben rosa Teint an ihren Füßen (A, C). Allergische Mäuse Aktivität abgenommen haben, sind oft oben gebeugt, Atmung gearbeitet haben und erleben Zyanose, durch dunkler lila Teint auf ihren Füßen (B, D) angegeben. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| MW | 790 | 387 | 2900 | 3000 | 48000 | |
| DSPC | Cholesterin | PEG-DSPE | überschüssige PEG-DSPE | ein IgM-PEG-DSPE | INSGESAMT | |
| Molverhältnis | 57 | 38 | 3.9 | 1 | 0.1 | 100.00 |
| Masse (mg) | 0,56 | 0.18 | 0,14 | 0,04 | 0,06 | 0,98 |
| m Mol | 0,71 | 0,47 | 0.05 | 0,01 | 0.00 | 1.25 |
| mL | 112,50 | 45.93 | 70.64 | 0.00 | 525.97 | 755.03 |
| Konz (mg/mL). | ||||||
| DSPC | 5 | |||||
| Cholesterin | 4 | |||||
| PEG-DSPE | 2 | |||||
| ein IgM-PEG-DSPE | 0.114 |
Tabelle 1: Berechnungen für die Erstellung einer 1,25 µM insgesamt Lipid Konzentration Liposomen. Beispiel der Berechnungstabelle für Ziege Anti-Maus IgM F(ab) Fragment Liposomen.
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Beschrieben, ist die Vorbereitung von Antigenen liposomalen Nanopartikeln und ihre Verwendung in anregenden B-Zell Aktivierung in Vitro und in Vivo. Konsistente und robuste Antikörperantworten führte zur Entwicklung eines neuen Modells der Erdnuss-Allergie. Das Protokoll zur Erzeugung von Antigenen Liposomen kann auf verschiedene Antigene und Immunisierung Modelle ausgedehnt werden.
Diese Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem Department of Defense (W81XWH-16-1-0302 und W81XWH-16-1-0303).
| Modell 2110 Fraktionssammler | BioRad | 7318122 | |
| Cholestrol | Sigma | C8667 | Sigma Klasse 99% |
| SPDP | Thermo Fisher Scientific | 21857 | |
| DSPC | Avanti | 850365 | |
| DSPE-PEG 18:0 | Avanti | 880120 | |
| DSPE-PEG Maleimid | Avanti 880126 | ||
| Extruder | Avanti | 610000 | 1 mL Spritze mit Halter/Heizblock |
| Filter 0,1 & Mikro; m | Avanti | 610005 | |
| Filter 0,8 &Mikro; m | Avanti | 610009 | |
| 10 mm Filterhalterungen | Avanti | 6100014 | |
| Glas Rundkolben | Sigma | Z100633 | |
| Wendestopfen | Thermo Fisher Scientific | P-301398 | |
| Schlauch | Thermo Fisher Scientific | P-198194 | |
| Leur Lock | Thermo Fisher Scientific | k4201634503 | |
| Sephadex G50 Perlen | GE Life Sciences | 17004201 | |
| Sephadex G100 Perlen | GE Life Sciences | 17006001 | |
| Hitzeinaktiviertes fötales Kälberserum | Thermo Fisher Scientific | 10082147 | |
| HEPES (1 M) | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
| EGTA | Sigma | E3889 | |
| Penicillin-Streptomycin (10.000 U/ml) | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| 1x Erythrozyten-Lysepuffer | Thermo Fisher Scientific | 00-4333-57 | |
| Indo-1 | Invitrogen | I1203 | |
| CD5-PE | BioLegend | 100608 | |
| B220-PE-Cy7 | BioLegend | 103222 | |
| HBSS | Thermo Fisher Scientific | 14170112 | ohne Calcium und Magnesium |
| MgCl2 | Sigma | M8266 | |
| CaCl2 | Sigma | C4901 | |
| Fab Anti-Maus | IgM Jackson ImmunoResearch | 115-007-020 | |
| F(ab')2 Anti-Maus | IgM Jackson ImmunoResearch | 115-006-020 | |
| Erdnussmehl | Golden Peanut Co. | 521271 | 12% Fett hell geröstet, 50% Eiweiß |
| Fütterungsnadeln | Cadence Science | 7920 | 22g x 1.5", 1.25 mm - gerade |
| Mikrosonde Thermometer | Physitemp | BAT-12 | |
| Rektumsonde für Mäuse | Physitemp | Ret-3 | |
| Choleratoxin, von Vibrio cholera | List Biological Laboratories, Inc. | 100B | Azidfreies |
| BCA-Protein-Assay-Kit | Pierce | 23225 | |
| Karbonat-Bicarbonat-Puffer | Sigma | C3041 | |
| TMB Stopplösung | KPL | 50-85-06 | |
| SureBlue TMB Mikrotiter-Peroxidase-Substrat | KPL | 5120-0077 | |
| 96-Well-Immulon 4HBX-Platte | Thermo Scientific | 3855 | |
| Aufgereinigtes lösliches Ara h 2 | N/A | N/A | gereinigt wie in: Sen, et al., 2002, Journal of Immunology |
| HSA-DNP | Sigma | A-6661 | |
| Maus IgE anti-DNP | Genaue Chemikalie | BYA60251 | |
| Schaf anti-Maus IgE | Die Bindungsstelle | PC284 | |
| Biotinylierter Esel Anti-Schaf | IgG Genaue chemische JNS065003 | ||
| NeutrAvidin Protein, HRP | ThermoFisher Scientific | 31001 | |
| Maus IgG1 Anti-DNP | Genaue chemische | MADNP105 | |
| HRP Ziege Anti-Maus IgG1 | Southern Biotech | 1070-05 | |
| 1 mL Insulinspritzen | BD | 329412 | U-100 Insulin, 0,40 mm (27 G) x 16,0 mm (5/8") |
| Superfrost Objektträger | Fisher Scientific | 12-550-14 | 25 mm x 75 mm x 1,0 mm |
| ACK Lysing Buffer | gibco by Life Technologies | A10492-01 | 100 mL |
| RPMI 1640 Medium | Thermo Fisher Scientific | 11875093 | 500 mL |
| Zellsieb | Corning | 352350 | 70 μ m Nylon, weiß, steril, einzeln verpackt |
| NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gele | Invitrogen | NP0322BOX | 10 Gele |
| NuPAGE LDS Puffer, 4x | Invitrogen | NP0008 | 250 mL |
| SeeBlue Plus2 Vorgefärbt Standard | Invitrogen | LC5925 | 500 & micro; L |
| NuPAGE MES/SDS Laufpuffer, 20x | Invitrogen | NP0002 | 500 mL |
| GelCode Blue Stain | Thermo Scientific | 24590 | 500 mL |