Способ повышения иммуногенности антигенов b. pseudomallei при экспериментальном мелиоидозе
Владельцы патента RU 2483752:
Федеральное казенное учреждение здравоохранения Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора (RU)
Способ предусматривает иммунизацию животных с использованием поверхностных мелиоидозных антигенов в липосомальной форме, а для дополнительной стимуляции механизмов клеточного иммунитета вместе с цитокинами вводят иммуномодулятор бестим. Оценку стимулирующего воздействия препаратов на иммунную систему осуществляют в динамике иммунного ответа по уровню ГЗТ и степени хемилюминесцентного ответа на зимозан перитонеальных макрофагов иммунизированных мышей. О протективности антигенов судят по показателям летальности (проценту выживших животных и средней продолжительности жизни) после контрольного заражения вирулентной культурой В. pseudomallei. Иммуногенные и протективные свойства антигенов существенно возрастают за счет использования антигенов в липосомальной форме и включения в схему иммунизации активатора клеточного иммунитета бестима. Использование способа позволит усилить иммуногенность мелиоидозных антигенов при разработке средств специфической профилактики мелиоидозной инфекции. 6 табл., 2 пр.
Изобретение относится к области медицины, в частности к микробиологии и иммунологии, и касается способа повышения иммуногенности антигенов возбудителя мелиоидоза - Burkholderia pseudomallei.
Мелиоидозная инфекция, эндемичная для стран Юго-Восточной Азии, представляет потенциальную опасность и для нашей страны вследствие бурного роста разнообразных туристических, экономических, культурных связей между разными регионами мира в современных условиях глобальной интеграции. Не следует также забывать о том, что мелиоидоз является, по данным международных экспертов, возможным оружием при биотеррористических атаках [1].
Как известно, специфическая профилактика мелиоидоза пока не разработана, что в значительной мере связано с низкой протективностью мелиоидозных антигенов. В связи с этим актуальной задачей является поиск средств и методов повышения иммуногенных и протективных свойств антигенов В.pseudomallei. Одним из современных подходов к решению этой задачи является использование препаратов рекомбинантных цитокинов. По данным ряда зарубежных исследователей цитокины играют существенную роль в патогенезе мелиоидоза и, прежде всего, Th1-цитокины, отвечающие за формирование преимущественно клеточного типа иммунного ответа [2, 3, 4, 5]. Клинически доказана высокая терапевтическая эффективность препаратов гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (G-CSF) при их совместном применении с антибиотиками в лечении острого мелиоидоза у людей [6]. В экспериментальных условиях получены убедительные данные по стимуляции с помощью ИЛ-1 резистентности мышей к псевдотуберкулезной инфекции [7]. Нами ранее показана возможность стимуляции поствакцинального иммунитета к мелиоидозным антигенам с помощью цитокинов ИФН-γ и ИЛ-2, вводимых совместно с антигенами при первичной (ИФН-γ) и вторичной (ИЛ-2) иммунизации [8]. Данная работа является наиболее близким аналогом предлагаемому способу стимуляции иммуногенности антигенов В. pseudomallei.
Целью изобретения является усиление иммуногенности мелиоидозных антигенов при экспериментальном мелиоидозе за счет инкапсулирования антигенов в липосомы и использования пептидного иммунорегулятора бестим.
Поставленная цель достигается тем, что при первичной и вторичной иммунизации липосомальными мелиоидозными антигенами вместе с цитокинами (ИФН-γ и ИЛ-2) дополнительно вводится препарат бестим, что обеспечивает более высокий уровень реагирования систем клеточного иммунитета и обеспечивает повышение иммуногенных и протективных свойств антигенов.
Для иммунизации мышей применяют поверхностный антигенный комплекс, в частности смесь антигена 6 и антигена d (АГ6+d), который предварительно инкапсулируют в липосомы таким образом, чтобы включение антигенного материала составляло не менее 80%. Антигенный липосомальный комплекс вводят мышам подкожно в дозе 40 мкг по белку двукратно с интервалом 10 сут. Препараты рекомбинантных цитокинов вводят животным подкожно одновременно с иммунизацией мелиоидозными антигенами и в последующие 2 сут, при первичной иммунизации используют ИФН-γ (ингарон) в дозе 20 ME, при вторичной - ИЛ-2 (ронколейкин) в дозе 1 мкг. Иммуномодулятор бестим вводят подкожно вместе с цитокинами в дозе 0,07 мкг. О влиянии данной схемы стимуляции на иммуногенные свойства антигенов судят по реакциям клеточного иммунитета (уровень ГЗТ) и макрофагальной системы (фагоцитарная активность перитонеальных макрофагов-ПМ) в динамике иммунного ответа на 8 и 18 сут после первичной иммунизации. Для оценки протективности антигенов животных заражают спустя 21 сут после первичной иммунизации вирулентной культурой В. pseudomallei 100. За животными наблюдают 30 сут, затем рассчитывают показатели летальности: процент погибших и среднюю продолжительность жизни (СПЖ), по которым судят о протективности мелиоидозных антигенов.
Пример 1
Схема профилактики экспериментального мелиоидоза, разработанная нами ранее, включает использование в процессе иммунизации вместе со специфическими антигенами препаратов рекомбинантных цитокинов [8].
Дальнейшее усовершенствование этой схемы шло по пути увеличения как иммуногенности самих антигенов путем использования их в более иммуногенной липосомальной форме, так и по пути усиления ответной реакции иммунной системы животных на введение антигенов за счет использования новых современных иммуномодуляторов (ИМ).
По данным ряда авторов включение антигенов в липосомы способствует усилению их иммуногенных и протективных свойств, что было показано и в отношении антигенов возбудителей особо опасных инфекций [9], в том числе и антигенов возбудителя мелиоидоза [10]. В качестве ИМ нами были испытаны препараты бестим и имунофан. Бестим - дипептид, состоящий из глутамина и триптофана, соединенных между собой γ-связью (γ-Д-глутамил-L-триптофан), обладает способностью вызывать дифференцировку Th1-лимфоцитов и стимулировать продукцию ИЛ-2 и ИФН-γ [11]. Препарат имунофан-синтетический гексапептид по механизму действия близок к бестиму [12].
В наших экспериментах в сравнительном плане большую иммунологическую эффективность показал иммуномодулятор бестим. При включении его в схему иммунизации (однократное введение при первичной и вторичной иммунизации) отмечена положительная динамика изменения показателей клеточного иммунитета и фагоцитарной активности макрофагов мышей на 8 и 18 сут наблюдения после первичной иммунизации. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1, 2. Как видно из данных таблицы 1, мелиоидозный комплекс АГ6+d как в исходной, так и в липосомальной форме и в различных сочетаниях (с бестимом, с цитокинами) уже на 8 сут после иммунизации формирует у мышей отчетливую ГЗТ (р<0,05). При этом уровни ГЗТ во всех группах достоверно не различаются между собой за исключением мышей, получавших цитокины совместно с бестимом: степень ГЗТ у мышей данной группы была достоверно выше, чем у привитых только липосомальными антигенами (р<0,05). Высокий уровень ГЗТ у мышей, стимулированных цитокинами и бестимом, сохранялся и на 18 сут наблюдения (р<0,05). Аналогичная динамика зарегистрирована и при изучении фагоцитарных показателей иммунизированных животных (табл.2). Включение АГ6+d в липосомы, а также дополнительное воздействие бестимом и цитокинами существенно увеличивало фагоцитарную активность ПМ по отношению к изолированной иммунизации только липосомальными антигенами уже на 8 сут наблюдения (р<0,05), причем эти различия сохранялись и на 18 сут наблюдения. Следует обратить особое внимание на то, что включение бестима в схему иммунизации приводило уже на ранних этапах иммуногенеза (на 8 сут) к существенному росту уровня ГЗТ и фагоцитарной активности ПМ, в то время как использование ранее разработанной нами схемы стимуляции с цитокинами [8] способствовало достоверному повышению показателей клеточного иммунитета только к концу периода иммуногенеза (на 18 сут наблюдения) (табл.1, 2). Раннее формирование защитных клеточных реакций, обусловленное ранним цитокиновым провоспалительным ответом, по данным ряда авторов, имеет определяющее значение в резистентности к мелиоидозной инфекции и защите макроорганизма от развития неблагоприятной острой формы болезни [13, 14, 15].
Изучение протективности мелиоидозных антигенов, введенных с использованием разных схем стимуляции, показало, что АГ6+d в дозе 40 мкг обладал низкой протективностью, превышающей таковую в контрольной группе интактных мышей на 11,3% (табл.3). Выживаемость мышей возрастала на 18,7% при использовании антигенов в липосомальной форме. Более существенное увеличение выживаемости отмечено при стимуляции иммунизированных животных цитокинами совместно с бестимом, при этом выживаемость превышала контрольные показатели у интактных мышей на 50,6% (р<0,05). Показатель СПЖ в группе мышей, получавших цитокины и бестим, также был достоверно выше, чем в контроле (р<0,05), причем сохранялся на повышенном уровне и при заражении более высокой дозой возбудителя мелиоидоза (20 ЛД50).
Таким образом, использование мелиоидозных антигенов в липосомальной форме в сочетании с дополнительным введением в схему иммунизации бестима способствовало существенному росту иммунологических показателей иммунизированных животных уже на ранних этапах иммуногенеза и повышению протективности антигенов.
Учитывая, что в защите от мелиоидоза первостепенное значение имеют клеточные механизмы иммунитета, становится понятным стимулирующее действие бестима при включении его в схему иммунизации мелиоидозными антигенами. Являясь синтетическим аналогом одного из активных центров гормона тимуса тимопоэтина, бестим индуцирует дифференцировку предшественников Т-лимфоцитов. Кроме того, за счет способности бестима повышать продукцию ИФН-γ и ИЛ-2 в организме животных происходит дополнительная эндогенная стимуляция этими важнейшими цитокинами как ранних клеточных реакций за счет ИФН-γ, так и процессов накопления специфических Т-эффекторов за счет ИЛ-2. Использование мелиоидозных антигенов в более иммуногенной липосомальной форме в сочетании с иммуностимуляцией цитокинами и бестимом способствует существенному повышению иммуногенности и протективности мелиоидозных антигенов.
Пример 2
В экспериментах на белых мышах нами было установлено, что включение бестима в схему иммунизации мелиоидозными антигенами приводило к стимуляции иммуногенных и протективных свойств антигенов, причем бестим в данной схеме применялся однократно при первичной и однократно при вторичной иммунизации. Нами была проведена серия экспериментов по изучению влияния кратности введения бестима на иммуногенность мелиоидозных антигенов. В этих опытах в качестве препарата сравнения был использован иммуномодулятор имунофан. Животных иммунизировали дважды с интервалом 10 сут инкапсулированными мелиоидозными антигенами совместно с цитокинами, а иммуномодулирующие пептиды бестим и имунофан вводили однократно (при первичной и при вторичной иммунизации), двукратно или трехкратно. При однократной стимуляции разовая доза бестима (она же курсовая) составляла 0,2 мкг/мышь, при двукратной - 0,1 мкг, при трехкратной - 0,07 мкг. Разовая доза имунофана при 1-2-3-кратном применении составляла 0,02 мкг/мышь. Показатели иммунитета определялись у животных на 18 сут после первичной иммунизации. Полученные результаты отражены в таблицах 4, 5. Согласно данным таблицы 4 более высокие показатели, характеризующие клеточный иммунитет, зарегистрированы при использовании бестима по сравнению с имунофаном. При этом трехкратное введение бестима мышам обеспечивало явные преимущества по сравнению с одно- или двукратной стимуляцией (р<0,05). Определение уровня хемилюминесцентного ответа ПМ мышей на зимозан подтвердило большую эффективность трехкратного введения бестима в обеспечении эффективной стимуляции процесса фагоцитоза, при этом фагоцитарная активность ПМ мышей достоверно превосходила таковую при одно- и двукратном введении препарата (табл.5).
При изучении протективности антигенов, стимулированных по данным схемам, было показано, что при 1-3-кратной стимуляции иммуногенеза бестимом и при 1-2 кратной стимуляции имунофаном выживаемость животных от 10 ЛД50 В. pseudomallei превышала таковую у контрольных животных и составляла 43-61,5% при использовании бестима и 41,7-50% - при введении имунофана. Самый низкий показатель летальности (38,5%) отмечен в группе животных с трехкратной стимуляцией бестимом.
Таким образом, бестим проявил более выраженные иммуностимулирующие свойства по отношению к мелиоидозным антигенам, чем имунофан. В данных опытах определена оптимальная схема применения бестима - трехкратное введение при первичной и при вторичной иммунизации вместе с цитокинами, позволяющая существенно повысить иммуногенные и протективные свойства мелиоидозных антигенов.
Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ стимуляции иммуногенности антигенов В. pseudomallei позволяет уже на ранних этапах иммуногенеза значительно повысить иммунологические показатели, характеризующие состояние Т-клеточного иммунитета, что способствует увеличению выживаемости животных при заражении высоковирулентной культурой возбудителя мелиоидоза. Предлагаемый способ может использоваться в учреждениях, занимающихся разработкой средств специфической профилактики особо опасных инфекций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Организация ликвидации медико-санитарных последствий биологических, химических и радиационных террористических актов. Практическое руководство. // Москва, ФГУ «ВЦМК «Защита». - 2005. - 328 с.
2. Elevated plasma concentrations of interferon (IFN)-gamma and IFN-gamma-inducing cytokines interleukin (IL)-18, IL-12 and IL-15 in severe melioidosis / Lauw F.N., Simpson A.J., Prins J.M. et al. // J. Infect. Dis. - 1999. - V.180, N.6. - P.1878-1885.
3. Prognostic value of cytokine concentrations (tumor necrosis factor-alpha, interleukin-6 and interleukin-10 and clinical parameters in severe melioidosis / Simpson A.J., Smith M.D., Weverling G.J. et al. // J. Infect. Dis. - 2000. - V.181, N.2. -P.621-625.
4. Ulett G.C., Ketheesan N., Hirst R.G. Proinflammatory cytokine mRNA responses in experimental Burkholderia pseudomallei infection in mice // Acta Trop. - 2000. - V.74, N.2-3. - P.229-234.
5. Koo G.C., Gan Y.H. The innate interferon gamma response of BALB/c and C57B 1/6 mice in vitro Burkholderia pseudomallei infection // BMC Immunology. - 2006. - N.7. - P.19.
6. Cheng A.C., Stephens D.P., Anstey N.M., Currie B.Y. / Adjunctive granulocyte colonystimulating factor for treatment of septic shock due to melioidosis // Clin.Infect.Dis. - 2004. - №38(1). P.32-37.
7. Зезюлин П.Н., Минаева Е.Н., Синкевич И.Е., Симбирцев A.C. Изучение противоинфекционного защитного действия рекомбинантного интерлейкина-1 бета на модели летальной бактериальной инфекции. // Мед. иммунол. - 2005. - Т.7, №2-3, С.299.
8. Жукова С.И., Демьянова О.Б., Авророва И.В., Алексеев В.В., Храпова Н.П., Ломова Л.В. Способ повышения протективности мелиоидозных антигенов цитокинами. // Патент на изобретение №2376031. Зарегистр.в Госреестре изобретений РФ 20.12.2009 г
9. Куликов В.Н., Кашкин К.П., Драновская Е.А. Включение протективного антигена Br. abortus в липосомы и иммуногенные свойства антигенсодержащих липосом. // Ж. Микробиол. - 1985. - №12. - С.69-72.
10. Повышение протективности мелиоидозных антигенов за счет их включения в липосомы / Жукова С.И., Рыбкин B.C., Пивень Н.Н., Авророва И.В., Ротов К.А., Прошина О.Б. // Медицинская микробиология-XXI век, Саратов, 2004. Материалы Всероссийской науч.-практич. конф. (28-20 сентября 2004 г.). Саратов, С.96
11. Изучение иммуномодулирующей активности нового пептидного соединения бестима. / Н.В.Пигарева, A.C.Симбирцев, А.А.Колобов // Иммунология, 2000, №1, С.33-35.
12. Лебедев В.В. Имунофан - синтетический пептидный препарат нового поколения: иммунологические и патогенетические аспекты клинического применения. // Иммунология. - 1999. - №1. - С.25-30.
13. Demonstration of a cell-mediated immune response in melioidosis / Ketheesan N., Bames J.L., Ulett G.C. et al. // J. Infect. Dis. - 2002. - V.186, N.2. - P.286-289.
14. Adaptive immunity in melioidosis: a possible role for Т cells in determining outcome of infection with Burkholderia pseudomallei / Bames J.L., Wamer J., Melrose W. et al. // Clin. Immunol. - 2004. - V.113, N.1. - P.22-28.
15. Role of Т cells in innate and adaptive immunity against murine Burkholderia pseudomallei infection / Haque A., Easton A., Smith D. et al. // J. Infect. Dis. - 2006. - V.193, N.3. - P.370-379.
| Таблица 1 | |||
| Уровень реакции ГЗТ мышей, иммунизированных мелиоидозными антигенами в сочетании с бестимом и цитокинами | |||
| № п/п | Препараты для иммунизации | Индекс реакции ГЗТ, % | |
| 8 сут | 18 сут | ||
| 1 | АГ | 16,02±1,64 | 20,31±1,74 |
| 2 | АГл | 19,6±1,93 | 25,73±1,92 |
| 3 | АГл+ бестим | 20,4±1,58 | 31,29±2,61 |
| 4 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2 | 22,9±2,04 | 37,53±1,76* |
| 5 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+ бестим | 25,02±1,48* | 35,67±2,08* |
| 6 | Контроль (интактные) | 5,4±0,9 | 6,2±1,01 |
| * - различия достоверны по отношению к группе мышей, иммунизированных АГл (р<0,05). | |||
| ** - здесь и далее АГл - липосомальная форма АГ. |
| Таблица 2 | |||
| Фагоцитарная активность ПМ мышей после введения липосомальных мелиоидозных антигенов совместно с бестимом и цитокинами | |||
| № п/п | Препараты для иммунизации | Уровень хемилюминесценции ПМ (mV) | |
| 8 сут | 18 сут | ||
| 1 | АГ | 8,36±1,82 | 13,2±1,83 |
| 2 | АГл | 13,16±1,96 | 15,7±1,72 |
| 3 | АГл+бестим | 16,87±2,01 | 18,4±2,1 |
| 4 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2 | 18,92±1,65 | 36,82±2,08* |
| 5 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+бестим | 28,4±3,51* | 34,5±1,68* |
| 6 | Контроль (интактные) | 5,73±1,26 | 7,2±1,94 |
| * - различия достоверны по отношению к группе мышей, иммунизированных АГл (р<0,05) |
| Таблица 3 | |||||||
| Протективность мелиоидозных антигенов при использовании их с цитокинами и бестимом | |||||||
| Летальность при заражении B.pseudomallei 100 | |||||||
| № п/п | Препараты для иммунизации | 2 ЛД50 | 20 ЛД50 | ||||
| пало/взято | % павш. | СПЖ | пало/взято | % павш. | СПЖ | ||
| 1 | АГ | 11/16 | 68,7 | 7,1 | 16/16 | 100 | 7,8 |
| 2 | АГл | 9/18 | 50,0 | 7,9 | 16/17 | 94,1 | 7,7 |
| 3 | АГл+бестим | 6/16 | 37,5 | 6,7 | 15/16 | 93,7 | 6,0 |
| 4 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2 | 5/16 | 31,2* | 10,4 | 16/16 | 100 | 8,9 |
| 5 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+бестим | 5/17 | 29,4* | 12,6* | 15/16 | 93,7 | 10,5* |
| 6 | Контроль (интактные) | 8/10 | 80 | 8,5 | 10/10 | 100 | 6,3 |
| * - различия достоверны по отношению к группе интактных мышей (р<0,05). |
| Таблица 4 | ||||
| Влияние кратности применения иммуномодулирующих пептидов на клеточный иммунитет мышей, иммунизированных липосомальными мелиоидозными антигенами | ||||
| № п/п | Препараты для иммунизации | Уровень ГЗТ на 18 сут (ИР, %) | ||
| Кратность введения ИМ | ||||
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+бестим | 22,76±1,85 | 19,58±1,65 | 33,37±2,01* |
| 2 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+имунофан | 18,6±1,56 | 21,52±1,93 | 26,14±2,03** |
| 3 | Контроль (интактные) | 4,18±0,85 | - | - |
| * - различия достоверны по отношению к 1-2 кратному введению. | ||||
| * - различия достоверны по отношению к 1-кратному введению. |
| Таблица 5 | ||||
| Фагоцитарная активность ПМ в зависимости от кратности введения ИМ в иммунном ответе мышей на липосомальные мелиоидозные антигены | ||||
| № п/п | Препараты для иммунизации | Уровень хемилюминесценции ПМ, mV | ||
| Кратность введения ИМ | ||||
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+ бестим | 11,41±1,72 | 10,84±1,34 | 19,42±1,65* |
| 2 | АГл+ИФН-γ+ИЛ-2+ имунофан | 10,95±1,35 | 12,53±1,83 | 14,4±1,54 |
| 3 | Контроль (интактные) | 2,66±0,68 | - | - |
| *- различия достоверны по отношению к 1-2 кратному введению (р<0,05). |
Способ повышения иммуногенности антигенов В. pseudomallei при экспериментальном мелиоидозе, включающий введение антигенов и цитокинов, отличающийся тем, что для повышения иммуногенных свойств поверхностный антигенный комплекс из антигена 6 и антигена d (АГ6+d) вводят мышам в липосомальной форме, содержащей не менее 80% антигенного материала, в дозе 40 мкг по белку, двукратно с интервалом 10 сут, а вместе с цитокинами вводят иммуномодулятор бестим в дозе 0,07 мкг трехкратно, ежедневно, одновременно с иммунизацией и в последующие 2 сут, причем при первичной иммунизации применяют рекомбинантный ИФН-γ (ингарон) в дозе 20 ME, а при вторичной - рекомбинантный ИЛ-2 (ронколейкин) в дозе 1 мкг, и оценивают иммуногенные свойства антигенов на 8 и 18 сут после первичной иммунизации по показателям уровня ГЗТ и фагоцитарной активности перитонеальных макрофагов мышей, а протективные свойства - по показателям летальности животных, зараженных 2-10 ЛД50 штамма 100 возбудителя мелиоидоза на 21 сут после первичной иммунизации.
