מחקרים וירוס שפעת A במודל של עכברים של זיהום
Summary
וירוסים שפעת A (IAVs) הם חשובים פתוגנים הנשימה האנושית. כדי להבין את פתוגניות של IAVs וכדי לבצע בדיקות פרה גישות חיסון הרומן, חייתיים מחקה פיזיולוגיה אנושית נדרשים. כאן, אנו מתארים שיטות להערכת iav ב פתוגנזה, התגובות ההורמונאלית, יעילות החיסון באמצעות מודל של העכבר של זיהום.
Abstract
וירוסים שפעת לגרום למותם over 500,000 ברחבי העולם1 והן משויכות תמורת עלות שנתית של 12-14 מיליארד דולר בארצות הברית לבד בהתחשב רפואי ישיר, הוצאות אשפוז, עבודה ההיעדרויות2. מודלים בעלי חיים חיוני בלימודי וירוס (iav ב) שפעת A כדי להעריך פתוגנזה ויראלי, אינטראקציות פתוגן-פונדקאי, תגובות מערכת החיסון, היעילות של החיסון הנוכחית ו/או רומן גישות כמו גם עלולות. עכברים הם מודל חיה קטנה יתרון כי המערכת החיסונית אבולוציונית דומה לזה נמצא אצל בני אדם, הם זמינים מספקי מסחרי כמו בנושאים זהים גנטית, ישנם זנים מרובים שעלולים להיות מנוצלים לרעה כדי להעריך בסיס גנטי של זיהומים, הם זולים יחסית, קל לתמרן. רוצה להתרכז iav ב זיהום בבני אדם באמצעות דרכי הנשימה, עכברים הם מרדימים קודם לפני חיסון תוך-אפי עם מדבקת IAVs תחת אבטחה נאותה הבלימה. לאחר ההדבקה, בפתוגנזה של IAVs נקבע על-ידי ניטור מדי יום התחלואה (ירידה במשקל הגוף) ושיעור התמותה (הישרדות). בנוסף, ניתן להעריך פתוגנזה ויראלי גם על-ידי הערכת שכפול וירוס העליון (רירית האף) או התחתון בדרכי הנשימה (ריאות) של עכברים נגועים. התגובות ההורמונאלית על זיהום iav ב ניתן להעריך במהירות על ידי דימום לא פולשנית וזיהוי נוגדן משני מבחני שמטרתו גילוי הנוכחות של סה כ או נטרול נוגדנים. כאן, אנו מתארים את שיטות נפוצות כדי להדביק עכברים intranasally (i.n) עם iav ב ולהעריך פתוגנזה, תגובות חיסוניות ההורמונאלית והיעילות הגנה.
Introduction
IAVs הם וירוסים מעטפת מסווג של משפחה Orthomyxoviridae 3. הם מכילים מולקולות RNA חד-גדילי שמונה עם קוטביות שלילית3. בבני אדם, IAVs לגרום מגיפות עונתיים ומגפות מזדמנים של תוצאה חשובה כאשר הרומן הנגיפים מוחדרים את האוכלוסייה האנושית4. יתר על כן, IAVs עונתית מאוד, במהירות מועברים בין בני אדם בהפקת הפסד כלכלי גבוה ברחבי העולם בכל שנה2,5. Iav ב התסמינים כוללים שיעול, גודש באף, חום, חולשה, כאב ראש, אנורקסיה, myalgia, אבל הנגיף גם להפיק מחלה חמורה יותר חולים immunocompromised6. למעשה, ארגון הבריאות העולמי (WHO) מחשבת כי וירוסים שפעת עונתית לגרום 300,000-500,000 מקרי מוות ברחבי העולם בכל שנה1. ישנם רק שני סוגים של תרופות המאושרות כיום על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) עבור טיפול מונע שפעת וטיפול בבני אדם: מעכבי neuraminidase (NA) (למשל, אוסלטמיביר), חוסמי של הערוץ יון M2 (למשל, amantadine); הופעתה של וירוסים עמידים לתרופות גרסאות זאת, דאגה גוברת. החיסון, לכן, נותרת האפשרות הרפואית הטובה ביותר כדי להגן על בני אדם מפני זיהומים IAVs. עד כה, שלושה סוגים של שפעת חיסונים מורשה ע י ה-FDA לשימוש בני אדם הינם זמינים: חיסונים חלבון רקומביננטי נגיפי hemagglutinin (HA), לא פעיל שפעת חיסונים (IIV), ו- live-הקלוש שפעת חיסונים (LAIV)5, 7. שלושת החיסונים נועדו לגרום תגובה חיסונית אדפטיבית כנגד החלבון HA ויראלי, היעד העיקרי של נטרול נוגדנים נגד IAVs.
דגם העכבר המאומת לימודים iav ב זיהום ויוו
היו בשימוש בבעלי חיים כדי ללמוד, בין היתר, iav ב פתוגנזה8,9,10,11, נגיפי גורמים שתורמים למחלות12 ו/או ויראלי שידור13 ,14, ולא כדי לבדוק את היעילות של חיסונים חדשים או נגיפים סמים9,10,15. עכברים (ס. מאסכאלאס). הם המודל בעלי חיים בשימוש נרחב ביותר לחקר iav ב מכמה סיבות: 1) המערכת החיסונית דומה אבולוציונית כדי להציג את זה בבני אדם; 2) בעלות נמוכה, כולל רכישה בעלי חיים, דיור, רבייה; 3) גודל קטן בקלות לתפעל ולאחסן; 4) השתנות מארח מינימלי כדי לקבל תגובות הומוגניות ותוצאות; 5) ידע רב בביולוגיה עכברים, כולל רצף הגנום; 6) רבים זמינים ביולוגיה מולקולרית ו/או אימונולוגיה ריאגנטים; 7) מדהימה זמין (KO) עכברים ללמוד את התרומה של חלבון נתון המארח על זיהום ויראלי; ו, 8) מספר זנים העכבר, שעלולים להיות מנוצלים לרעה כדי להעריך את בסיס גנטי של זיהומים.
ישנם מספר זנים העכבר זמין כרגע לימודים iav ויוו. גיל, מצב המערכת החיסונית, סקס, זן רקע ועכבר גנטית, כמו גם מסלולים של זיהום, מינון וללחצים ויראלי להשפיע על התוצאה של זיהום iav בעכברים. זנים עכבר הנפוץ ביותר בשימוש במחקר iav ב הם C57BL/6, BALB/C ועכברים, לאחרונה, DBA.2, שכן הם רגישים יותר למחלות iav ב מאשר שני זנים לשעבר16,17,18, 19 , 20. חשוב, התגובה החיסונית גם יכולה להיות שונה בהתאם העכבר זן18,19,20. לכן, חשוב מאוד לשחזר את כל המידע זמין על העכבר על iav ב להתאמץ כדי לבחור את האפשרות הטובה ביותר עבור הניסוי אמור להתנהל.
אמנם מודל בעלי חיים של זיהום ללימודי אין ויוו עם iav ב העכבר, יש להם מספר מגבלות, אשר צריך להיחשב בעיצוב ניסיוני. למשל, מגבלה עיקרית של שימוש בעכברים ללימודי אין ויוו הוא כי IAVs לא מעבירות בין עכברים. לכן, לצורך שידור מחקרים, מקובל יותר מודלים בעלי חיים (למשל, חמוסים או שרקנים) נמצאים בשימוש16,17,21. בנוסף, ישנם מספר הבדלים בין ביטויים iav בעכברים ובבני אדם. בניגוד לבני אדם, עכברים אינם מפתחים חום על זיהום iav; לעומת זאת הם מציגים עם היפותרמיה16,17. בעכברים, שכפול iav ב מרוכז במערכת הנשימה התחתונה (הריאות) ולא דרכי הנשימה העליונות. לפיכך, התקפה אלימה של iav בעכברים הוא לא תמיד מתואם כי ראיתי אצל בני אדם. כליל, בגלל היתרונות עולים על החסרונות מוגבל, העכבר מייצג את המודל החייתי הראשון המשמשים להערכת פתוגנזה נגיפי שפעת, immunogenicity, מגן יעילות במחקרים חיסון, אנטי-ויראלי. יתר על כן, זה לא יהיה קביל מבחינה מוסרית לבצע מחקרים עם iav ב באמצעות מודלים בעלי חיים גדולים ללא ראיות קודמות במודל בעלי חיים קטנים של זיהום iav. כתב יד זה, אנו נתאר כיצד להדביק עכברים intranasally (i.n.) עם iav ב, כיצד לפקח את חומרת והתקדמות של זיהום ויראלי, כיצד לבצע את הניסויים הנדרשים כדי להעריך את תגובות מערכת החיסון ההורמונאלית והיעילות הגנה.
Protocol
Representative Results
Discussion
העכבר בדגם iav ב נעשה שימוש נרחב ללימודי אין ויוו של יעילות iav ב פתוגנזה, immunogenicity והגנה. גודל קטן של עכברים גורם להם קל לתמרן ולאחסן לעומת דגמים בעלי חיים אחרים כגון חמוסים או שרקנים. יתר על כן, הקלות במונחים של בעל החיים עולה, דיור ורביה לאפשר את השימוש בהם בבדיקות החיסון קליניים בהם נדרש…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר על וירוס שפעת במעבדה LM-S יסובסד בחלקו על ידי ה ניו יורק שפעת מרכז התמחות (NYICE), חבר של NIAID מרכזי מצוינות עבור שפעת מחקר, מעקב (CEIRS). אנו מודים וונדי בייטס על שאתמוך בה התיקונים של כתב היד.
Materials
| Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) epithelial cells | ATCC | CCL-34 | |
| Six- to eight-week-old female C57BL/6 mice | National Cancer Institute (NCI) | 01XBE | |
| Turckey red blod cells | Biolink Inc | Store at 4°C | |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) | Corning Cellgro | 15-013-CV | Store at 4°C |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Seradigm | 1500-050 | Store at -20°C |
| Penicillin/Streptomycin/L-Glutamine (PSG) 100X | Corning | 30-009-CI | Store at -20°C |
| Penicillin/Streptomycin (PS) 100X | Corning | 30-00-CI | Store at -20°C |
| Bovin Albumin solution (BA) | Sigma-Aldrich | A7409 | Store at 4°C |
| Bovin Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | Store at 4°C |
| Tosylsulfonyl phenylalanyl chloromethyl ketone (TPCK)-treated trypsin | Sigma-Aldrich | T8802 | Store at -20°C |
| Neutral Buffered Formalin 10% | EMD | 65346-85 | Store at RT |
| Triton X-100 | J.T.Baker | X198-07 | Store at RT |
| Monoclonal Antibody anti-NP Influenza A Virus HB-65 | ATTC | H16-L10-4R5 | Store at -20°C |
| Polyclonal rabbit anti-mouse immunoglobulins/FITC | Dako | F0261 | Store at 4°C |
| ECL Anti-mouse IgG, Horseradish Peroxidase linked whole antibody | GE Healthcare | LNA931V/AG | Store at 4°C |
| TMB substrate set | BioLegend | 421101 | Store at 4°C |
| Vmax Kinetic plate reader | Molecular Devices | ||
| Dounce Tissue Grinders | Thomas Scientific | 7722-7 | |
| Receptor destroying enzyme, RDE (II) | Denka Seiken Co. | 370013 | Store at -20°C |
| Crystal Violet | Fisher Scienctific | C581-100 | Store at RT |
| 96-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 655-180 | |
| Cell Culture dishes 100mm | Greiner Bio-one | 664-160 | |
| Nunc MicroWell 96-Well Microplates | Thermo Fisher Scienctific | 269620 | |
| Nunc 96-Well Polystyrene Conical Bottom MicroWell Plates | Thermo Fisher Scienctific | 249570 | |
| Puralub Vet Ointment | Dechra | 9N-76855 | |
| Fluorescent microscope | Olympus | Olympus IX81 |
References
- Girard, M. P., Cherian, T., Pervikov, Y., Kieny, M. P. A review of vaccine research and development: human acute respiratory infections. Vaccine. 23 (50), 5708-5724 (2005).
- Arnold, S., Monto, M. D. Epidemiology and Virology of Influenza Illness. Am J Manag Care. 6, 255-264 (2000).
- Palese, P., Shaw, M. L., Knipe, D. M., Howley, P. M., Griffin, D. E., Lamb, R. A., Martin, M. A. Orthomyxoviridae: The Viruses and Their Replication. Fields Virology. , (2007).
- Li, K. S., et al. Genesis of a highly pathogenic and potentially pandemic H5N1 influenza virus in eastern Asia. Nature. 430 (6996), 209-213 (2004).
- Nogales, A., Martinez-Sobrido, L. Reverse Genetics Approaches for the Development of Influenza Vaccines. Int J Mol Sci. 18 (20), (2017).
- Kunisaki, K. M., Janoff, E. N. Influenza in immunosuppressed populations: a review of infection frequency, morbidity, mortality, and vaccine responses. Lancet Infect Dis. 9 (8), 493-504 (2009).
- Belshe, R. B. Live attenuated versus inactivated influenza vaccine in infants and young children. N Engl J Med. 356 (7), 685-696 (2007).
- Cox, A., Baker, S. F., Nogales, A., Martinez-Sobrido, L., Dewhurst, S. Development of a mouse-adapted live attenuated influenza virus that permits in vivo analysis of enhancements to the safety of live attenuated influenza virus vaccine. J Virol. 89 (6), 3421-3426 (2015).
- Nogales, A., et al. Influenza A Virus Attenuation by Codon Deoptimization of the NS Gene for Vaccine Development. J Virol. 88 (18), 10525-10540 (2014).
- Nogales, A., DeDiego, M. L., Topham, D. J., Martinez-Sobrido, L. Rearrangement of Influenza Virus Spliced Segments for the Development of Live-Attenuated Vaccines. J Virol. 90 (14), 6291-6302 (2016).
- Nogales, A., Huang, K., Chauché, C., DeDiego, M. L., Murcia, P. R., Parrish, C. R., Martínez-Sobrido, L. Canine influenza viruses with modified NS1 proteins for the development of live-attenuated vaccines. Virology. 500 (2017), 1-10 (2016).
- Garcia-Sastre, A., et al. Influenza A virus lacking the NS1 gene replicates in interferon-deficient systems. Virology. 252 (2), 324-330 (1998).
- Lowen, A. C. Blocking interhost transmission of influenza virus by vaccination in the guinea pig model. J Virol. 83 (7), 2803-2818 (2009).
- Mubareka, S. Transmission of influenza virus via aerosols and fomites in the guinea pig model. J Infect Dis. 199 (6), 858-865 (2009).
- Nogales, A., Baker, S. F., Martinez-Sobrido, L. Replication-competent influenza A viruses expressing a red fluorescent protein. Virology. 476C, 206-216 (2014).
- Margine, I., Krammer, F. Animal Models for Influenza Viruses: Implications for Universal Vaccine Development. Pathogens. 3 (4), 845-874 (2014).
- Bouvier, N., Lowen, A. C. Animal Models for Influenza Virus Pathogenesis and Transmission. Viruses. 2 (8), 1530-1563 (2010).
- Pica, N., Iyer, A., Ramos, I., Bouvier, N. M., Fernandez-Sesma, A., García-Sastre, A., Lowen, A. C., Palese, P., Steel, J. The DBA.2 mouse is susceptible to disease following infection with a broad, but limited, range of influenza A and B viruses. J Virol. 85 (23), 12825-12829 (2011).
- Watanabe, H., Numata, K., Ito, T., Takagi, K., Matsukawa, A. Innate immune response in Th1- and Th2-dominant mouse strains. Shock. 22 (5), 460-466 (2004).
- Srivastava, B., Blazejewska, P., Hessmann, M., Bruder, D., Geffers, R., Mauel, S., Gruber, A. D., Schughart, K. Host genetic background strongly influences the response to influenza a virus infections. PLoS One. 4 (3), e4857 (2009).
- Lowen, A. C., Bouvier, N. M., Steel, J. Transmission in the Guinea Pig Model. Curr Top Microbiol Immunol. 385, 157-183 (2014).
- Schickli, J. H. Plasmid-only rescue of influenza A virus vaccine candidates. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 356 (1416), 1965-1973 (2001).
- Martinez-Sobrido, L., Garcia-Sastre, A. Generation of recombinant influenza virus from plasmid DNA. J Vis Exp. (42), (2010).
- National Research Council (U.S.) Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals., Institute for Laboratory Animal Research (U.S.). . Guide for the care and use of laboratory animals. , (2011).
- Reed, L. J., Muench, H. A simple method of estimating fifty percent endpoints. The American Journal of Hygiene. 27 (3), 493-497 (1938).
- Golde, W. T., Gollobin, P., Rodriguez, L. L. A rapid, simple, and humane method for submandibular bleeding of mice using a lancet. Lab Animal. 34 (9), 39-43 (2005).
- Nogales, A. A temperature sensitive live-attenuated canine influenza virus H3N8 vaccine. J Virol. , (2016).
- Eisfeld, A. J., Neumann, G., Kawaoka, Y. Influenza A virus isolation, culture and identification. Nat Protoc. 9 (11), 2663-2681 (2014).
- Guo, H., Baker, S. F., Martinez-Sobrido, L., Topham, D. J. Induction of CD8 T cell heterologous protection by a single dose of single-cycle infectious influenza virus. J Virol. 88, 12006-12016 (2014).
- He, W., Mullarkey, C. E., Miller, M. S. Measuring the neutralization potency of influenza A virus hemagglutinin stalk/stem-binding antibodies in polyclonal preparations by microneutralization assay. Methods. , (2015).
- Gulati, U. Antibody epitopes on the neuraminidase of a recent H3N2 influenza virus (A/Memphis/31/98). J Virol. 76 (23), 12274-12280 (2002).
- Beare, A. S., Webster, R. G. Replication of avian influenza viruses in humans. Arch Virol. 119, 37-42 (1991).
- Rowe, T. Detection of antibody to avian influenza A (H5N1) virus in human serum by using a combination of serologic assays. J Clin Microbiol. 37 (4), 937-943 (1999).
- Stephenson, I., Wood, J. M., Nicholson, K. G., Zambon, M. C. Sialic acid receptor specificity on erythrocytes affects detection of antibody to avian influenza haemagglutinin. J Med Virol. 70 (3), 391-398 (2003).
