概要

ウシ単球由来樹状細胞を用いたワクチン免疫原性の決定

Published: May 19, 2023
doi:

概要

この方法論では、ウシ単球由来樹状細胞(MoDC)の生成と、牛の潜在的な獣医用ワクチンの開発中の抗原候補の in vitro 評価へのそれらの応用について説明しています。

Abstract

樹状細胞(DC)は、免疫系内で最も強力な抗原提示細胞(APC)です。彼らは病原体を探して生物をパトロールし、自然免疫応答と適応免疫応答をリンクすることにより、免疫系内で独自の役割を果たします。これらの細胞は、捕捉された抗原を貪食し、エフェクター免疫細胞に提示し、多様な免疫応答を引き起こす可能性があります。この論文は、ウシ末梢血単核球(PBMC)から分離されたウシ単球由来樹状細胞(MoDC)の in vitro 生成のための標準化された方法と、ワクチンの免疫原性の評価におけるそれらの応用を示しています。

PBMCからCD14+ 単球を単離するために磁気ベースのセルソーティングを使用し、インターロイキン(IL)-4および顆粒球-マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)を完全培養培地に補充して、CD14+ 単球をナイーブMoDCに分化させました。未成熟MoDCの生成は、主要組織適合遺伝子複合体II(MHC II)、CD86、およびCD40細胞表面マーカーの発現を検出することによって確認されました。市販の狂犬病ワクチンを使用して未熟MoDCをパルスし、その後、ナイーブリンパ球と共培養しました。

抗原パルスMoDCとリンパ球共培養のフローサイトメトリー解析により、Ki-67、CD25、CD4、およびCD8マーカーの発現によるTリンパ球増殖の刺激が明らかになりました。定量的PCRを用いた IFN-γ および Ki-67のmRNA発現の分析は、MoDCがこの in vitro 共培養系においてリンパ球の抗原特異的プライミングを誘導できることを示した。さらに、ELISAを用いて評価されたIFN-γ分泌は、狂犬病ワクチンパルスMoDCリンパ球共培養において、非抗原パルスMoDCリンパ球共培養よりも有意に高い力価(**p < 0.01)を示した。これらの結果は、ワクチンの免疫原性を測定するためのこのin vitro MoDCアッセイの有効性を示しており、このアッセイは、 in vivo 試験を進める前に牛の潜在的なワクチン候補を特定するため、および市販ワクチンのワクチン免疫原性評価に使用できます。

Introduction

獣医用ワクチン接種は、世界の畜産部門に影響を与える病気に対する保護を与えることにより、食料安全保障と動物福祉の改善に貢献するため、畜産と健康の重要な側面を表しています1。可能なワクチン候補の免疫原性を評価するための効果的な in vitro 法は、ワクチンの開発と製造のプロセスを加速するのに役立ちます。したがって、 in vitro 研究に基づく革新的な方法論で免疫アッセイの分野を拡大することは、免疫化と病原体感染に関連する免疫プロセスの複雑さを明らかにするのに役立つため、必要です。現在、定期的なサンプリング(血液や脾臓など)を必要とする in vivo 動物免疫およびチャレンジ試験が、候補ワクチンおよびアジュバントの免疫原性を測定するために使用されています。これらのアッセイは高価で時間がかかり、ほとんどの場合、動物の安楽死は試験の終わりまでに行われるため、倫理的な意味があります。

in vivoアッセイの代替として、末梢血単核細胞(PBMC)を使用して、in vitro2でワクチン誘導免疫応答を評価しています。PBMCは、70%〜90%のリンパ球、10%〜20%の単球、および限られた数の樹状細胞(DC、1%〜2%)で構成される不均一な細胞集団です3。PBMCには、B細胞、単球、DCなどの抗原提示細胞(APC)があり、感染や組織損傷の兆候を探して生物を常にパトロールします。局所的に分泌されるケモカインは、細胞表面受容体に結合することにより、これらの部位へのAPCの動員および活性化を促進する。単球の場合、ケモカインはDCまたはマクロファージのいずれかに分化するように運命を指示します4。DCが病原体に遭遇して捕獲するとすぐに、それらは二次リンパ器官に移動し、そこで主要組織適合遺伝子複合体(MHC)クラスIまたはクラスII表面タンパク質を使用して処理された病原体ペプチド抗原をそれぞれCD8+ T細胞またはCD4+ T細胞に提示することができ、したがって免疫応答を引き起こす5,6

さまざまな病原体に対する防御免疫応答を調整する上でDCが果たす重要な役割は、特に感染性病原体に対するワクチンやアジュバントを設計する際に、細胞内免疫メカニズムを理解するための興味深い研究ターゲットになります7。PBMCから得ることができるDCの割合はかなり小さい(1%〜2%)ので、代わりに単球がin vitroDCを生成するために使用されてきました8。これらの単球由来DC(MoDC)は、当初、がん免疫療法における可能な治療戦略として開発されました9。最近では、MoDCがワクチン研究に使用されており10、1112古典的な単球がMoDC産生の主要なサブタイプ(89%)です13インビトロでのMoDCの産生は、インターロイキン-4(IL-4)、腫瘍壊死因子α(TNF-α)、またはIL-13などの他のサイトカインと組み合わせて与えられた顆粒球-マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)の添加によって以前に達成されています14,15,16。

in vitro MoDCアッセイの成功は、抗原刺激成熟MoDCが検出された抗原のタイプに特異的な免疫応答の範囲とタイプを調節する能力に依存しています17。MoDCによって認識および提示される病原体の種類は、CD4+ Tヘルパー(Th)細胞のTh1、Th2、またはTh17エフェクター細胞への分化を決定し、病原体特異的分泌サイトカインプロファイルによって特徴付けられます。Th1応答は細胞内病原体に対して誘発され、食作用依存性保護を調節するインターフェロンガンマ(IFN-γ)および腫瘍壊死因子ベータ(TNF-β)の分泌をもたらす。Th2応答は寄生生物に対して誘発され、IL-4、IL-5、IL-10、およびIL-13分泌によって特徴付けられ、食作用に依存しない体液性保護を開始します。Th17は、IL-17、IL-17F、IL-6、IL-22、およびTNF-α 18,19,20,21の分泌によって媒介される細胞外細菌および真菌感染症に対する好中球依存性の保護を提供します。以前の研究に基づいて、すべての病原体が予想されるサイトカインプロファイルに含まれるわけではないことが指摘されています。例えば、皮膚MoDCは、リーシュマニア寄生感染に応答して、CD4+ T細胞およびCD8+ T細胞からのIFN−γ分泌を刺激し、したがって保護的炎症誘発性Th1応答を誘導する22

また、サルモネラ菌リポ多糖(LPS)をプライミングしたニワトリMoDCでは、Th1応答とTh2応答の両方を活性化することにより、ネズミチフス菌に対する可変応答を誘導できることも示されていますが、サルモネラガリナラムはTh2応答のみを誘導し、MoDCクリアランス23に対する後者のより高い耐性を説明できる可能性があります。ブルセラ・カニス(B. canis)に対するMoDCの活性化は、イヌとヒトの両方のMoDCでも報告されており、これは人獣共通感染症の感染メカニズムを表している可能性があります24B. canisでプライミングされたヒトMoDCは、重篤な感染に対する耐性を与える強力なTh1応答を誘導しますが、イヌMoDCは、Th1応答の低下を伴う優性Th17応答を誘導し、その後、慢性感染症の確立につながります25。ウシMoDCは、前者10に応答してウイルス抗体複合体を形成するため、免疫グロブリンG(IgG)と結合した口蹄疫ウイルス(FMDV)に対する親和性が非結合FMDV単独と比較して増強された。まとめると、これらの研究は、病原体感染中の免疫応答の複雑さを分析するためにMoDCがどのように使用されているかを示しています。適応免疫応答は、リンパ球増殖に関連する特異的マーカーの定量化によって評価することができる。分裂細胞でのみ検出される細胞内タンパク質であるKi-67は、増殖研究の信頼できるマーカーと見なされており26、同様に、活性化の後期にT細胞の表面に発現するCD25はリンパ球の増殖に対応します27,28

この研究は、牛MoDCのin vitro生成のための標準化された方法と、それに続くワクチンの免疫原性をテストするために使用されるin vitro免疫アッセイでのそれらの適用を示しています。市販の狂犬病ワクチン(RV)を使用して、このアッセイの有効性を検証しました。Tリンパ球の活性化と増殖は、フローサイトメトリー、リアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、および酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)によって測定され、Ki-67やCD25などの確立された細胞活性化マーカーの分析とIFN-γ 28,29,30,31の分泌を通じて測定されました。MoDCアッセイ中に動物または人間の実験試験は行われません。

Protocol

採血は、オーストリア保健食品安全庁(AGES)の倫理ガイドラインに従い、受け入れられている動物福祉基準32に準拠して、認定獣医サービスによって行われます。この研究は、オーストリア農業省から倫理的承認を受けました。MoDCの生成とその後のアプリケーションの実験計画を 図1に示します。 1.ナイーブMoDCの生産 <…

Representative Results

この方法論は、in vivo研究を実施する前に候補ワクチン抗原を評価するためのウシMoDCのin vitro生成について説明しています。図1は、ウシMoDC生成の実験スキームと、インビトロアッセイへのMoDCの適用を示しています。磁気ベースの細胞選別技術を使用すると、50 mLの牛の血液から以前に分離された採取されたPBMCから約2,600万個のCD14+筋細胞を収…

Discussion

この研究は、ウシMoDCを生成および表現型化するための標準化された in vitro 方法と、その後の市販ワクチン(RVなど)のワクチン免疫原性の測定におけるそれらの使用を示しています。ウシMoDCは、in vivo 動物試験に進む前に、牛の病気に対する潜在的なワクチン抗原をスクリーニングし、免疫応答に基づいてそれらの潜在的な臨床的影響を予測するためのツールとして使用できます?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我々は、動物の健康状態の判定とBTVの提供を支援してくれたEveline Wodak博士とAngelika Loistch博士(AGES)、ウシの血液を提供してくれたBernhard Reinelt博士、リアルタイムPCR実験と言語編集に関する有益なアドバイスをしてくださったIAEAのBharani Settypalli博士とWilliam Dundon博士にそれぞれ感謝します。

Materials

ACK Lysing Buffer Gibco, Thermo Fisher A1049201 Ammonium-Chloride-Potassium buffer for lysis of residual RBCs in harvested PBMC Fraction
BD Vacutainer Heparin Tubes Becton, Dickinson (BD) and Company 366480 10 mL, additive sodium heparin 158 USP units, glass tube, 16 x 100 mm size
Bovine Dendritic Cell Growth Kit Bio-Rad, UK PBP015KZZ Cytokine cocktail composed of recombinant bovine IL-4 and GM-CSF
Bovine IFN-γ ELISA Kit Bio-Rad MCA5638KZZ Kit use for measuring IFN-γ expression in culture supernatant
CD14 Antibody Bio-Rad MCA2678F Mouse anti-bovine CD14 monoclonal antibody, clone CC-G33, isotype IgG1
CD25 Antibody Bio-Rad MCA2430PE Mouse anti bovine CD25 monoclonal antibody, clone IL-A11, isotype IgG1
CD4 Antibody Bio-Rad MCA1653A647 Mouse anti bovine CD4 monoclonal antibody, clone CC8, isotype IgG2a
CD40 Antibody Bio-Rad MCA2431F Mouse anti-bovine CD40 monoclonal antibody, clone IL-A156, isotype IgG1
CD8 Antibody Bio-Rad MCA837F Mouse anti bovine CD8 monoclonal antibody, clone CC63, isotype IgG2a
CD86 Antibody Bio-Rad MCA2437PE Mouse anti-bovine CD86 monoclonal antibody, clone IL-A190, isotype IgG1
CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System Bio-Rad Thermal cycler PCR machine
Corning Centrifuge Tube Falcon Corning  352096 & 352070 15 mL and 50 mL, high-clarity poypropylene conical bottom, graduated, sterial, seal screw cap, falcon tube
Cytofix/Cytoperm Plus BD Bio Sciences 555028 Fixation/permeabilization kit with BD golgiPlug, use for flow cytometer cell staining
Ethanol Sigma Aldrich 1009832500 Absolute for analysis EMSURE ACS,ISO, Reag. Ph Eur
Fetal Bovine Serum (FBS) Gibco, Thermo Fisher 10500064 Qualified, heat inactivated
Ficoll Plaque PLUS GE Health care Life Sciences, USA 341691 Lymphocyte-isolation medium
FlowClean Cleaning Agent Beckman Coulter, Life Sciences A64669 500 mL
FlowJo FlowJo, Becton, Dickinson (BD) and Company, LLC, USA Flow cytometer Histogram software
FlowTubes/ FACS  (Fluorescence-activated single-cell sorting) Tube Falcon Corning  352235 5 mL, sterial, round bottom polystyrene test tube with cell strainer snap cap, use in flow cytometry analysis
Fluoresceinisothiocynat-Dextran Sigma Aldrich, Germany 60842-46-8 FITC-dextran MW
Gallios Flow Cytometer Beckman Coulter Flow cytometer machine
Hard-Shell 96-Well PCR Plates Bio-Rad HSP9601 96 well, low profile, thin wall, skirted, white/clear
Human CD14 MicroBeads Miltenyi Bioteck, Germany 130-050-201 2 mL microbeads conjugated to monoclonal anti-human CD14 antibody isotype IgG2a, used for selection of bovine monocytes from PBMCs
Kaluza Beckman Coulter, Germany Flow cytometer multicolor data analysis software
MACS Column Miltenyi Bioteck, Germany 130-042-401 Magnetic activated cell sorting or immune magentic cell separation colum for separation of various CD14 cell population based on cell surface antigens
MHC Class II DQ DR Polymorphic Antibody Bio-Rad MCA2228F Mouse anti-sheep MHC Class II DQ DR Polymorphic:FITC, clone 49.1, isotype IgG2a, cross reactive with bovine
Microcentrifuge Tube Sigma Aldrich HS4325 1.5 mL, conical bottom, graduated, sterial tube
Microsoft Power Point Microsoft The graphical illustrations of experimental design
Mouse IgG1 Negative Control:FITC for CD14, CD40 Antibody Bio-Rad MCA928F Isotype control CD14 and CD40 monoclonal antibody 
Mouse IgG1 Negative Control:PE for CD86 Antibody Bio-Rad MCA928PE Isotype control CD86 monoclonal antibody 
Mouse IgG1 Negative Control:RPE for CD25 Antibody Bio-Rad MCA928PE Isotype control CD25 monoclonal antibody 
Mouse IgG2a Negative Control:FITC for MHC Class II Antibody Bio-Rad MCA929F Isotype control for MHC class II monoclonal antibody 
Nobivac Rabies MSD Animal Health, UK 1 µL/mL of cell cultured inactivated vaccine containing > 2 I.U./mL Rabies virus strain
Optical seals Bi0-Rad TCS0803 0.2 mL flat PCR tube 8-cap strips, optical, ultraclear, compatible for qPCR machine
Penicillin-Streptomycin Gibco, Thermo Fisher 15140122 100 mL
Phosphate Buffer Saline (PBS) Gibco, Thermo Fisher 10010023 pH 7.4, 1x concentration
Prism – GraphPad 5 Software  Dotmatics Statistical software
Purified Anti-human Ki-67 antibody Biolegend, USA 350501 Monoclonal antibody, cross reactive with cow, clone ki-67
Purified Mouse IgG1 k Isotype Ctrl Antibody Biolegend 400101 Isotype control for Ki-67 monoclonal antibody
READIDROP Propidium Iodide BD Bio Sciences 1351101 Live/dead cell marker used for flow cytometry, amine reactive dye
Recombinant Human IL-2 Protein R&D System, USA 202-IL-010/CF Interleukin-2, 20 ng/ml
RNeasy Mini Kit Qiagen 74106 Kit use for extraction of total RNA; RLT buffer = lysis buffer; RW1 buffer = stringent guanidine-containing washing buffer; RDD buffer = DNase buffer; RPE buffer = mild wash buffer; RNaseOUT = RNase inhibitor.
RPMI 1640 Medium Sigma Aldrich R8758 Cell culture media with L-glutamine and sodium bicarbonate
SMART-servier medical art  Les Laboratories Servier Licensed under a creative commons attribution 3.0 unported license
SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix Bio-Rad 172-5270 2x qPCR mix conatins dNTPs, Ss07d fusion polymerase, MgCl2, SYBR Green I supermix = supermix, ROX normalization dyes.
SuperScript III First-Strand Synthesis System Invitrogen, Thermo Fisher 18080051 Kit for cDNA synthsis
Tissue Culture Test plate 24 TPP, Switzerland 92024 24 well plate, sterilized by radiation , growth enhanced treated, volume 3.18 mL
Trypan Blue Solution Gibco, Thermo Fisher 15250061 0.4%, 100 mL, dye to assess cell viability
UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water Invitrogen, Thermo Fisher 10977023 0.1 µm membrane filtered distilled water
VACUETTE Heparin Blood Collection Tubes Thermo Fisher Scientific 15206067 VACUETTE Heparin Blood Collection Tubes have a green top and contain spray-dried lithium, sodium or ammonium heparin on the inner walls and are usedin clinical chemistry, immunology and serology. The anticoagulant heparin activates antithrombin, which blocks the clotting cascade and thus produces a whole blood/plasma sample.
Water Sigma Aldrich W3500-1L Sterile-filtered, bioReagent suitable for cell culture

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記事を引用
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