O ensaio opsono-adesão é um método alternativo ao ensaio opsono-fagocítico de matar para avaliar as funções opsônicas dos anticorpos no desenvolvimento de vacinas.
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O ensaio opsono-adesão é um método alternativo ao ensaio opsono-fagocítico de matar para avaliar as funções opsônicas dos anticorpos no desenvolvimento de vacinas.
O ensaio opsono-adesão é um ensaio funcional que enumera o apego de patógenos bacterianos a fagocitos profissionais. Como a adesão é necessária à fagocitose e à matança, o ensaio é um método alternativo para ensaios de morte opsono-fagocítico. Uma vantagem do ensaio de adesão opsono é a opção de usar patógenos inativados e linhas celulares de mamíferos, o que permite a padronização em vários experimentos. O uso de um patógeno inativado no ensaio também facilita o trabalho com agentes infecciosos de nível 3 de biossegurança e outros patógenos virulentos. Em nosso trabalho, o ensaio opsono-adesão foi utilizado para avaliar a capacidade funcional dos anticorpos, desde soro de animais imunizados com uma vacina à base de cápsula de antraz, para induzir a adesão de Anthracis fixas de Bacillus a uma linha de células macrófagos do camundongo, RAW 264.7. A microscopia automatizada de fluorescência foi usada para capturar imagens de bacilos aderindo a macrófagos. O aumento da adesão foi correlacionado com a presença de anticorpos anti-cápsula no soro. Primatas não humanos que exibiam altas concentrações de anticorpos anti-cápsulas de soro foram protegidos do desafio do antraz. Assim, o ensaio opsono-adesão pode ser utilizado para elucidar as funções biológicas de anticorpos específicos de antígeno no Sera, avaliar a eficácia dos candidatos à vacina e outras terapêuticas, e servir como uma possível correlação de imunidade.
Reconhecimento, adesão, internalização e degradação de um patógeno são parte integrante da fagocitose1, um caminho saliente na resposta imune inata hospedeira descrita pela primeira vez por Ilya Metchnikoff em 18832,3. Leucócitos fagocíticos, bem como outras células do sistema imunológico, são altamente discriminatórios em sua seleção de alvos; eles são capazes de distinguir entre "não-eu infeccioso" e "eu não infeccioso" através de padrões moleculares associados ao patógeno por seu repertório de receptores de reconhecimento de padrões (PRRs)4,5. O reconhecimento hospedeiro de um patógeno também pode ocorrer com a vinculação de opsoninas hospedeiras, como complemento e anticorpos6. Esse processo, chamado opsonização, reveste o patógeno com essas moléculas, aumentando a internalização ao vincular-se a receptores opsônicos (por exemplo, receptores complementares e fc) em células fagocíticas6. Para que um patógeno adere a um fagocito, é necessária a ligação coletiva de múltiplos receptores com seus ligantes cognatos. Só então a adesão pode desencadear e sustentar cascatas de sinalização dentro da célula hospedeira para iniciar a internalização6.
Devido à importância da fagocitose no despejo de patógenos e prevenção de infecções, patógenos extracelulares desenvolveram inúmeras formas de subverter esse processo para prolongar sua sobrevivência. Uma estratégia de importância é a produção de uma cápsula polimérica aniônica (por exemplo, polissacarídeo ou poliaminoácido), que é anti-fagocítica em virtude de sua carga, é pouco imunogênica e protege moléculas no envelope bacteriano das PRRs6,7. Patógenos como Cryptococcus neoformans e Streptococcus pneumoniae possuem cápsulas compostas de polímeros sacarídeos, enquanto staphylococcus epidermidis e algumas espécies de Bacillus produzem ácido poli-ɣ-glutamico (PGGA)7,8. No entanto, outros patógenos produzem cápsulas que se assemelham ao eu não infeccioso. Por exemplo, Streptococcus pyogenes e uma cepa patogênica de B. cereus têm uma cápsula de ácido hialurônico que não é apenas anti-fagocítica, mas que também pode não ser reconhecida como estrangeira pelo sistema imunológico9,10.
A conjugação da cápsula para proteínas portadoras converte-os de antígenos pobres e independentes de T em antígenos altamente imunogênicos dependentes de T que podem induzir os anticorpos anti-cápsula de soro elevado11,12. Esta estratégia é empregada para vacinas licenciadas contra S. pneumoniae, Haemophilus influenzaee meningite Neisseria11. As atividades opsônicas de anticorpos anti-cápsula têm sido comumente avaliadas por ensaios de morte opsono-fagocítico (OPKA)13,14,15,16. Estes ensaios testam se anticorpos funcionais podem desencadear fagocitose e matar14. No entanto, o uso de OPKA com patógenos infecciosos, como Agentes e Toxinas Biológicas de Nível 1 (BSAT), incluindo B. anthracis17,é perigoso e apresenta riscos à segurança; esses ensaios exigem um manuseio extensivo de um agente selecionado. O manuseio de agentes selecionados só pode ser feito em laboratórios de biossegurança restrito nível 3 (BSL-3); o trabalho nessas áreas exige procedimentos operacionais prolongados devido às inúmeras precauções de segurança e segurança que devem ser seguidas. Os laboratórios BSL-3 também normalmente não são equipados com os equipamentos especializados utilizados para o trabalho opka, como microscópios e citómetros. Assim, desenvolvemos um ensaio alternativo baseado no uso de bactérias inativadas18,19. Referimo-nos a isso como um ensaio opsono-adesão (OAA) que não depende da internalização e da morte como saídas de ensaio; em vez disso, a adesão de patógenos inativados opsonizados é usada como um índice de fagocitose. Mecanicamente, o OAA é um substituto adequado porque a adesão ocorre a priori e está intimamente entrelaçada com internalização e assassinato intracelular. Do ponto de vista da biossegurança, o OAA é preferido porque requer manuseio mínimo de um agente infeccioso, é experimentalmente de menor duração que o OPKA, e pode ser realizado em laboratórios BSL-2 depois que um estoque do patógeno inativado foi produzido e transferido.
Demonstramos a utilização da OAA para examinar a função opsônica de anticorpos anti-cápsula encontrados em soro de primatas não humanos (NHPs) vacinados com uma cápsula conjugada [ou seja, PGGA de B. antracracis conjugado ao complexo proteico da membrana externa (OMPC) de meningite neisseria]20. Bacilos opssonizados de soro foram incubados com uma linha de células macrófagos de camundongos aderentes, RAW 264.7. Após a fixação, a monocamada celular e bacilos aderentes foram imagens por microscopia de fluorescência. A adesão bacteriana aumentou quando os bacilos foram incubados com soro de NHPs vacinados com o conjugado da cápsula em comparação com o soro de controle20. Adesão correlacionada com a sobrevivência do desafio antraz20,21. Assim, o uso de OAA caracterizou a função de anticorpos anti-cápsula e facilitou muito o teste do nosso candidato à vacina.
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Em conformidade com a Lei de Bem-Estar Animal, a política do Serviço Público de Saúde e outros estatutos e regulamentos federais relativos a animais e experimentos envolvendo animais, a pesquisa aqui descrita foi conduzida sob um protocolo aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais. A instalação onde esta pesquisa foi realizada é credenciada pela Associação de Avaliação e Acreditação de Cuidados Laboratoriais de Animais, Internacional e adere aos princípios indicados no Guia de Cuidado e Uso de Animais de Laboratório, Conselho Nacional de Pesquisa, 201124.
1. Cultura e manutenção da linha celular, RAW 264.7
NOTA: Os seguintes procedimentos devem ser realizados com técnicas assépticas.
2. Cultura bacteriana e Preparações
NOTA: A espécie bacteriana utilizada neste protocolo é uma cepa virulenta encapsulada, B. anthracis Ames. Todas as manipulações com esta espécie requerem biossegurança e autorizações de segurança adequadas e devem ser realizadas em um gabinete de segurança biológica classe II ou Classe III localizado em um laboratório BSL-3. Seguir os procedimentos operacionais institucionais para o trabalho BSL-3 e para uso de equipamentos de proteção individual no manuseio de bactérias.
3. Coloração negativa e microscopia de luz para observar encapsulamento e cadeias bacilos
4. Rotulagem FITC de bactérias
5. Opsonização Bacteriana
6. Ensaio de adesão e rotulagem fluorescente de células mamíferas
7. Microscopia
NOTA: Em geral, um microscópio automatizado de fluorescência de alto rendimento facilitará a imagem para o OAA. Se um sistema automatizado não estiver disponível, imagens fluorescentes de bacilos aderentes podem ser tiradas manualmente21. Nesteestudo, 20,bacilos aderentes e monocamadas de células foram imagens utilizando o sistema de microscopia de escaneamento a laser Zeiss 700 com equipamento especializado; nosso sistema era composto pelo microscópio invertido Zeiss Axio Observer Z1 equipado com um estágio automatizado, o módulo Foco Definitivo, objetivo 40 x NA 0.6, câmera Axio Cam HRc e software Zen 2012 (Blue Edition). As imagens adquiridas são imagens de campo largo, não imagens confocal. O protocolo a seguir destina-se a uma configuração básica de microscópio que é aplicável a uma variedade de sistemas automatizados de microscopia.
8. Coleta e Análise de Dados
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Esta seção mostra micrografias representativas coletadas durante um experimento OAA, juntamente com resultados mostrando que o OAA pode ser usado para examinar a função biológica dos anticorpos. Aqui, o ensaio foi usado com sucesso para avaliar a eficácia de um candidato à vacina contra antraz. É fundamental verificar o estado de encapsulamento nos bacilos tão pouco ou nenhum encapsulamento faz com que eles aderam às células hospedeiras, produzindo um alto fundo. Figura 1 é uma imagem de
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Vacinas à base de cápsulas têm se mostrado eficazes contra numerosos patógenos bacterianos, e muitas são licenciadas para uso em humanos25,26,27. Essas vacinas funcionam gerando anticorpos voltados para a cápsula e muitos desses estudos utilizam o OPKA para mostrar as funções opsono-fagocíticas dos anticorpos13,14,16,
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Os autores não possuem uma associação comercial ou outra que possa representar um conflito de interesses.
J. Chua, D. Chabot e A. Friedlander projetaram os procedimentos descritos no manuscrito. J. Chua e T. Putmon-Taylor realizaram os experimentos. D. Chabot realizou análise de dados. J. Chua escreveu o manuscrito.
Os autores agradecem a Kyle J. Fitts pela excelente assistência técnica.
O trabalho contou com o apoio da Agência de Redução de Ameaças de Defesa da CBM. VAXBT.03.10.RD.015, plano número 921175.
Opiniões, interpretações, conclusões e recomendações são dos autores e não são necessariamente endossadas pelo Exército dos EUA. O conteúdo desta publicação não reflete necessariamente as opiniões ou políticas do Departamento de Defesa, nem menciona nomes comerciais, produtos comerciais ou organizações implicam o endosso do Governo dos EUA.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0,20 µ m (25mm, celulose regenerada) | Corning, Corning, NY | 431222 | |
| 10 mL (ponta Luer-Lok) | BD, Franklin Lakes, NJ | 302995 | |
| 15µ 96 placas pretas de poço (placa #1 para imagem) | In Vitro Scientific, Sunnyvale, CA | P96-1-N | |
| 16% paraformaldeído | Microscopia Eletrônica Science, Hatfield, PA | 15710 | |
| Balão tratado com cultura de tecidos de 75 cm Corning | , Corning, NY | 430641 | |
| Ágar (pó) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | A1296 | |
| Complemento de Coelho Bebê | Cedarlane Labs, Burlington, NC | CL3441 | |
| Extrato de Levedura Bacto | BD, Sparks, MD | 288620 | |
| BBL Infusão de Coração Cerebral (BHI) | BD, Sparks, MD | 211059 | |
| Placas de ágar sangue (TSA com sangue de ovelha) | Remel, Lenexa, KS | R01198 | |
| Raspador de células | Sarstedt, Newton, NC | 83.183 | |
| Placas de cultura de células de 96 poços Costar (placas # 2 e 3 para diluições) | Corning, Corning, NY | 3596 | |
| Vidro de cobertura | Microscopia eletrônica Science, Hatfield, PA | 72200-10 | |
| Caldo de nutrientes Difco | BD, Sparks, MD | 234000 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), glicose alta | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 11965-092 | contém 4500 mg/L de glicose, 4 mM de L-glutamina, Phenol Red |
| EVOS FL Auto Cell Imaging System (microscópio de fluorescência) | Life Technologies, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | AMAFD1000 | |
| Fetal Bovine Serum | Hyclone, GE Healthcare Life Sciences, South Logan, UT | SH30071.03 | não irradiado por gama, não inativado |
| por calor Isotiocianato de fluoresceína | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | F143 | |
| HCS Cell Mask Orange Cell Stain | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | H32713 | |
| hemocitômetro (Neubauer aprimorado) | Hausser Scientific, Horsham, PA | 3900 | |
| Solução de tinta da Índia | BD, Sparks, MD | 261194 | |
| L-glutamina (200 mM) | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham MA | 25030081 | meio suplementar com L-glutamina adicional de 2mM |
| Nikon Eclipse TE2000-U (microscópio composto invertido) | Nikon Instruments, Melville, NY | TE2000 | |
| PBS sem cálcio ou magnésio | Lonza, Walkersville, MD | 17-516F | |
| Solução de penicilina-estreptomicina, 100x | Hyclone, GE Healthcare Life Sciences, South Logan, UT | SV30010 placas de | |
| Petri (100 x 15 mm) | Falcon, Corning, Durham, NC | 351029 | para placas de ágar |
| Linha celular de macrófagos RAW 264.7 (Tib47) | ATCC, Manassas, VA | ATCC TIB-71 | |
| Slides | VWR, Radnor, PA | 16004-422 | |
| Bicarbonato de sódio | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | S5761 | |
| Solução de azul de tripano (0,4%) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | T8154 | |
| Zeiss 700 Microscopia de varredura a laser (microscópio confocal) | Carl Zeiss Microimaging, Thornwood, NY | 4109001865956000 |
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