Интраназальная иммунизация и сбор молока в исследованиях материнской иммунизации у новозеландских белых кроликов (Oryctolagus cuniculus)
Summary
В данной статье описано и демпсесса введение интраназальных вакцин и забор молока у лактирующих кроликов(Oryctolagus cuniculus)в качестве средства оценки иммунитета слизистой оболочки в трансляционно подходящей модели иммунизации матери.
Abstract
Благодаря сходству плацентации и переноса антител с человеком, кролики являются отличной моделью материнской иммунизации. Дополнительными преимуществами этой исследовательской модели являются простота размножения и сбора образцов, относительно короткий период беременности и большие размеры помета. Обычно оцениваемые пути иммунизации включают подкожные, внутримышечные, интраназальные и внутрикожные. Нетерминальный отбор проб для хронологического выявления иммунологических реакций на эти иммунизации включает сбор крови, как из плотин, так и из наборов, и молока из лактирующих. В этой статье мы продемонстрируем методы, которые наша лаборатория использовала в исследованиях материнской иммунизации у новозеландских белых кроликов(Oryctolagus cuniculus),включая интраназальную иммунизацию и сбор молока.
Introduction
Исследования материнской иммунизации и переноса антител имеют неоценимое значение по многим причинам, так как это начальный путь передачи иммунитета и последующей защиты от патогенов и заболеваний у новорожденных и младенцев. Иммунизация матерей может оказать положительное влияние как на здоровье матери, так и ребенка/ребенка на глобальном уровне путем снижения заболеваемости и смертности, связанных с определенными патогенами, в течение этого уязвимого периода1. Основной целью этой стратегии является повышение уровня специфических материнских антител на протяжении всей беременности. Эти антитела затем могут быть переданы новорожденному и младенцу на уровнях, достаточных для защиты от инфекций, пока их иммунная система не станет достаточно зрелой, чтобы адекватно реагировать на проблемы1,2,3. Предыдущая работа показала, что более высокие титры антител при рождении связаны либо с полной защитой, либо с отсроченным началом и уменьшением тяжести многочисленных различных инфекционных заболеваний у новорожденных, включая столбняк, коклюш, респираторно-синцитиальный вирус (РСВ), грипп и стрептококковые инфекции группы В1,2,3.
У людей материнские антитела пассивно переносятся через плаценту, а также передаются через грудное молоко через кормление грудью. Предыдущая работа показала, что ВИЧ-специфические уровни IgA в грудном молоке человека от матерей, инфицированных вирусом, были связаны с уменьшением постнатальной передачи вируса, что предполагает защитную роль грудного молока против ВИЧ IgA4. Исследования на нечеловеческих приматах показали, что иммунизация против ВИЧ может вызывать значительный ответ антител в грудном молоке, и хотя аналогичные сывороточные ответы IgG были индуцированы после системной иммунизации по сравнению с иммунизацией слизистой оболочки, иммунизация слизистой оболочки вызвала значительно более высокий ответ IgA в молоке5,6.
При выявлении трансляционно подходящей животной модели для этих исследований следует учитывать тип плацентации и механизмы пассивного переноса антител, а также перенос антител через грудное молоко. Существует три основных типа плацентации у млекопитающих, основанных на типах тканей и слоях на границе матери и плода, включая гемохориальную (приматы, грызуны и кролики), эндотелиохориальную (плотоядные) и эпителиохориальную (лошади, свиньи и жвачные животные). Гемохориальная плацента является наиболее инвазивным типом, позволяющим осуществлять прямую связь между материнским кровоснабжением и хорионом или самой внешней плодной оболочкой. Исходя из количества слоев трофобластов, существует несколько вариаций гемохориальной плацентации, включая гемомонохориальную плаценту, обнаруженную у приматов, гемодихориальную плаценту у кроликов и гемотрихориальную плаценту, наблюдаемую у крыс и мышей7. Этот прямой контакт между материнским кровоснабжением и хорионом позволяет пассивно передавать антитела через плаценту во время беременности. IgG является единственным классом антител, который значительно пересекает человеческую плаценту8,тогда как IgA является преобладающим классом Ig, обнаруженным в грудном молоке человека9. Из научно значимых моделей только приматы (включая человека), кролики и морские свинки переносят IgG в утробе матери и IgA в молоке10,11. Таким образом, модель кролика включает факторы, сопоставимые с теми, которые у людей контролируют трансплацентарный перенос IgG и лактационный перенос IgA.
В дополнение к тому, что они служат исключительной моделью для материнского иммунитета и разработки вакцины, сходство между полостями носа кролика и человека делает их подходящей моделью для интраназальной иммунизации. Объем носовой полости кролика больше похож на человеческие, чем на модели грызунов, основанные на относительной массе тела12. Кроме того, Casteleyn et al. 12 продемонстрировали, что носовая ассоциированная лимфоидная ткань (NALT) более объемна у кролика по сравнению с грызунами. NALT расположен в основном в вентральном и вентромедиальном аспекте вентрального носового мяса и в боковом и дорсолатеральном аспекте носоглоточного мяса у кроликов, тогда как у грызунов лимфоидная ткань присутствует только вдоль вентрального аспекта носоглоточного мяса12. У кроликов строение и расположение интраэпителиальных и ламина проприальных лимфоцитов, а также выделенных лимфоидных фолликулов аналогичны человеческим12.
Дополнительные преимущества использования кролика в качестве модели материнского и слизистого иммунитета включают их высокую плодовитость и относительно короткий срок беременности. Крупные ушные кровеносные сосуды обеспечивают относительно легкий доступ к большим объемам крови для серийных сборов. Для анализа реакции антиген-специфических антител могут быть собраны различные образцы слизистой оболочки, включая грудное молоко13 (при кормлении), слизистые выделения или промывки (например, пероральные14,15,16,бронхоальвеолярный лаваж13,17,18,19,влагалищ20,21,22)и кал20,23,24,25. Образцы молока могут быть легко собраны во время лактации для оценки наличия антиген-специфических реакций антител. Хотя это не так распространено, как для людей и мышей, широкий спектр экспериментальных реагентов доступен для исследований и анализов, специфичных для кроликов. В этой статье мы опишем и продемонстрируем интраназальную иммунизацию и сбор молока у новозеландских белых кроликов (Oryctolagus cuniculus).
Protocol
Representative Results
Discussion
Хотя это и не описано в приведенном выше протоколе, успешное разведение кроликов необходимо для этой материнской модели и для сбора молока. Кроликов легко разводят по живому укрытию в исследовательской обстановке. Рекомендуется, чтобы его перевели в клетку бакса для размножения, так к?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Отдел ресурсов лабораторных животных в Университете Дьюка и их команду по разведения за их помощь и большую заботу, оказанную животным. Кроме того, авторы хотели бы отметить команду PhotoPath в отделе патологии за их помощь с аудио- и видео-частями рукописи. Эта работа была поддержана дискреционными исследовательскими фондами лаборатории Staats.
Materials
| Intranasal Immunization | |||
| Anesthesia Machine/Vaporizer | Vet Equip | 901807 | |
| Hypodermic Needle (25 g) | Terumo | 07-806-7584 | |
| Isoflurane (250 mL Bottle) | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | 2-4% |
| Luer Lock Syringe (1 mL) | Air-Tite | 07-892-7410 | |
| Mucosal Vaccine | N/A | N/A | Experimental Vaccine |
| Nose Cone | McCulloch Medical | 07891-1097 | |
| Pipette Tips | VWR | 53503-290 | |
| Pipettor | VWR | 89079-962 | |
| PromAce (Acepromazine maleate) | Boehringer Ingelheim | 07-893-5734 | 1mg/kg IM |
| Puralube Sterile Ophthalmic Ointment | Dechra | 07-888-2572 | |
| Milk Collection | |||
| Alcohol Prep 2-ply | Covidien | 07-839-8871 | |
| Anesthesia Machine/Vaporizer | Vet Equip | 901807 | |
| Hypodermic Needles (25 g) | Terumo | 07-806-7584 | |
| Isoflurane (250 mL Bottle) | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | 2-4% |
| Luer Lock Syringe (1 mL) | Air-Tite | 07-892-7410 | |
| Non-Woven Sponge (4×4) | Covidien | 07-891-5815 | |
| Nose Cone | McCulloch Medical | 07891-1097 | |
| PromAce (Acepromazine Maleate) | Boehringer Ingelheim | 07-893-5734 | 1mg/kg IM |
| Puralube Sterile Ophthalmic Ointment | Dechra | 07-888-2572 | |
| Sterile Conical Vial (15 mL) | Falcon | 14-959-49B |
Riferimenti
- Munoz, F. M. Current Challenges and Achievements in Maternal Immunization Research. Frontiers in Immunology. 9, 436 (2018).
- Kachikis, A., Englund, J. A. Maternal immunization: Optimizing protection for the mother and infant. The Journal of Infection. 72, 83-90 (2016).
- Omer, S. B. Maternal Immunization. The New England Journal of Medicine. 376 (13), 1256-1267 (2017).
- Pollara, J., et al. Association of HIV-1 Envelope-Specific Breast Milk IgA Responses with Reduced Risk of Postnatal Mother-to-Child Transmission of HIV-1. Journal of Virology. , 01560 (2015).
- Fouda, G. G. A., et al. Mucosal Immunization of Lactating Female Rhesus Monkeys with a Transmitted/Founder HIV-1 Envelope Induces Strong Env-Specific IgA Antibody Responses in Breast Milk. Journal of Virology. 87 (12), 6986-6999 (2013).
- Nelson, C. S., et al. Combined HIV-1 Envelope Systemic and Mucosal Immunization of Lactating Rhesus Monkeys Induces Robust IgA-Isotype B Cell Response in Breast Milk. Journal of Virology. 90 (10), 4951-4965 (2016).
- Furukawa, S., Kuroda, Y., Sugiyama, A. A comparison of the histological structure of the placenta in experimental animals. Journal of Toxicologic Pathology. 27 (1), 11-18 (2014).
- Palmeira, P., Quinello, C., Silveira-Lessa, A. L., Zago, C. A., Carneiro-Sampaio, M. IgG placental transfer in healthy and pathological pregnancies. Clinical & Developmental Immunology. 2012, 985646 (2012).
- Macchiaverni, P., et al. Mother to child transfer of IgG and IgA antibodies against Dermatophagoides pteronyssinus. Scandinavian Journal of Immunology. 74 (6), 619-627 (2011).
- Pentsuk, N., vander Laan, J. W. An interspecies comparison of placental antibody transfer: new insights into developmental toxicity testing of monoclonal antibodies. Birth Defects Research Part B Developmental and Reproductive Toxicology. 86 (4), 328-344 (2009).
- Butler, J. E., Rainard, P., Lippolis, J., Salmon, H., Kacskovics, I., Mestecky, J. . Mucosal Immunology. , 2269-2306 (2015).
- Casteleyn, C., Broos, A. M., Simoens, P., Vanden Broeck, W. NALT (nasal cavity-associated lymphoid tissue) in the rabbit. Veterinary Immunology Immunopathology. 133 (2-4), 212-218 (2010).
- Peri, B. A., et al. Antibody content of rabbit milk and serum following inhalation or ingestion of respiratory syncytial virus and bovine serum albumin. Clinical and Experimental Immunology. 48 (1), 91-101 (1982).
- Fukuizumi, T., Inoue, H., Tsujisawa, T., Uchiyama, C. Tonsillar application of killed Streptococcus mutans induces specific antibodies in rabbit saliva and blood plasma without inducing a cross-reacting antibody to human cardiac muscle. Infection and Immunity. 65 (11), 4558-4563 (1997).
- Saeed, M. I., Omar, A. R., Hussein, M. Z., Elkhidir, I. M., Sekawi, Z. Development of enhanced antibody response toward dual delivery of nano-adjuvant adsorbed human Enterovirus-71 vaccine encapsulated carrier. Human Vaccines & Immunotherapeutics. 11 (10), 2414-2424 (2015).
- Ma, Y., et al. Vaccine delivery to the oral cavity using coated microneedles induces systemic and mucosal immunity. Pharmaceutical Research. 31 (9), 2393-2403 (2014).
- Jarvinen, L. Z., Hogenesch, H., Suckow, M. A., Bowersock, T. L. Induction of protective immunity in rabbits by coadministration of inactivated Pasteurella multocida toxin and potassium thiocyanate extract. Infection and Immunity. 66 (8), 3788-3795 (1998).
- Suckow, M. A., Bowersock, T. L., Nielsen, K., Grigdesby, C. F. Enhancement of respiratory immunity to Pasteurella multocida by cholera toxin in rabbits. Laboratory Animals. 30 (2), 120-126 (1996).
- Jarvinen, L. Z., HogenEsch, H., Suckow, M. A., Bowersock, T. L. Intranasal vaccination of New Zealand white rabbits against pasteurellosis, using alginate-encapsulated Pasteurella multocida toxin and potassium thiocyanate extract. Comparative Medicine. 50 (3), 263-269 (2000).
- Winchell, J. M., Routray, S., Betts, P. W., Van Kruiningen, H. J., Silbart, L. K. Mucosal and systemic antibody responses to a C4/V3 construct following DNA vaccination of rabbits via the Peyer’s patch. The Journal of Infectious Diseases. 178 (3), 850-853 (1998).
- Wegmann, F., et al. A novel strategy for inducing enhanced mucosal HIV-1 antibody responses in an anti-inflammatory environment. PLoS One. 6 (1), 15861 (2011).
- Winchell, J. M., Van Kruiningen, H. J., Silbart, L. K. Mucosal immune response to an HIV C4/V3 peptide following nasal or intestinal immunization of rabbits. AIDS Research and Human Retroviruses. 13 (10), 881-889 (1997).
- Knudsen, C., et al. Quantitative feed restriction rather than caloric restriction modulates the immune response of growing rabbits. The Journal of Nutrition. 145 (3), 483-489 (2015).
- Ciarlet, M., et al. Subunit rotavirus vaccine administered parenterally to rabbits induces active protective immunity. Journal of Virology. 72 (11), 9233-9246 (1998).
- Denchev, V., Mitov, I., Marinova, S., Linde, K. Local and systemic immune response in rabbits after intraintestinal immunization with a double-marker attenuated strain of Salmonella typhimurium. Journal of Hygiene, Epidemiology, Microbiology, and Immunology. 32 (4), 457-465 (1988).
- Watson, D. L. Immunological functions of the mammary gland and its secretion–comparative review. Australian Journal of Biological Sciences. 33 (4), 403-422 (1980).
- Lascelles, A. K., McDowell, G. H. Localized humoral immunity with particular reference to ruminants. Transplantation Reviews. 19, 170-208 (1974).
- Jones, D. I., et al. Optimized Mucosal Modified Vaccinia Virus Ankara Prime/Soluble gp120 Boost HIV Vaccination Regimen Induces Antibody Responses Similar to Those of an Intramuscular Regimen. Journal of Virology. 93 (14), (2019).
- Rabbit Tracks: Breeding Techniques and Management. Michigan State University Available from: https://www.canr.msu.edu/resources/rabit (2020)
- Patton, N. M., Manning, P. J., Ringler, D. H., Newcomer, C. E. . The Biology of the Laboratory Rabbit. , 27-45 (1994).
- Nowland, M. H., Brammer, D. W., Garcia, A., Rush, H. G., Fox, J. G., et al. . Laboratory Animal Medicine. , 411-461 (2015).
- Attia, Y. A., Al-Hanoun, A., El-Din, A. E., Bovera, F., Shewika, Y. E. Effect of bee pollen levels on productive, reproductive and blood traits of NZW rabbits. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition. 95 (3), 294-303 (2011).
- Feussner, E. L., Lightkep, G. E., Hennesy, R. A., Hoberman, A. M., Christian, M. S. A decade of rabbit fertility data: study of historical control animals. Teratology. 46 (4), 349-365 (1992).
- Manal, A. F., Tony, M. A., Ezzo, O. H. Feed restriction of pregnant nulliparous rabbit does: consequences on reproductive performance and maternal behaviour. Animal Reproduction Science. 120 (1-4), 179-186 (2010).
- Marai, I. F., Ayyat, M. S., Abd el-Monem, U. M. Growth performance and reproductive traits at first parity of New Zealand white female rabbits as affected by heat stress and its alleviation under Egyptian conditions. Tropical Animal Health and Production. 33 (6), 451-462 (2001).
- Rodríguez, M., et al. A diet supplemented with n-3 polyunsaturated fatty acids influences the metabomscic and endocrine response of rabbit does and their offspring. Journal of Animal Science. 95 (6), 2690-2700 (2017).
- Salem, A. A., El-Shahawy, N. A., Shabaan, H. M., Kobeisy, M. Effect of punicalagin and human chorionic gonadotropin on body weight and reproductive traits in maiden rabbit does. Veterinary and Animal Science. 10, 100140 (2020).
- Sirotkin, A. V., Parkanyi, V., Pivko, J. High temperature impairs rabbit viability, feed consumption, growth and fecundity: examination of endocrine mechanisms. Domestic Animal Endocrinology. 74, 106478 (2020).
- Sun, L., et al. Effect of light intensity on ovarian gene expression, reproductive performance and body weight of rabbit does. Animal Reproduction Science. 183, 118-125 (2017).
- El-Gayar, M., et al. Pregnancy detectuib ub rabbits by ultrasonography as compared to manual palpation. Egyptian Journal of Animal Production. 51 (3), 196-199 (2014).
- Nason, K. S., Binder, N. D., Labarta, J. I., Rosenfeld, R. G., Gargosky, S. E. IGF-II and IGF-binding proteins increase dramatically during rabbit pregnancy. The Journal of Endocrinology. 148 (1), 121-130 (1996).
- Haneda, R., et al. Changes in blood parameters in pregnant Japanese White rabbits. The Journal Toxicological Sciences. 35 (5), 773-778 (2010).
- Mizoguchi, Y., et al. Changes in blood parameters in New Zealand White rabbits during pregnancy. Laboratory Animals. 44 (1), 33-39 (2010).
- Salem, A. A., Gomaa, Y. A. Effect of combination vitamin E and single long-acting progesterone dose on enhancing pregnancy outcomes in the first two parities of young rabbit does. Animal Reproduction Science. 150 (1-2), 35-43 (2014).
- Maertens, L., Lebas, F., Szendro, Z. Rabbit milk: A review of quantity, quality and non-dietary affecting factors. World Rabbit Science. 14 (4), 205-230 (2006).
- Pekow, C. A., Suckow, M. A., Stevens, K. A., Wilson, R. P. . The Laboratory Rabbit, Guinea Pig, Hamster, and Other Rodents. , 243-258 (2012).
- Jenness, R. Lactational Performance of Various Mammalian-Species. Journal of Dairy Science. 69 (3), 869-885 (1986).
- Yoshiyama, Y., Brown, W. R. Specific antibodies to cholera toxin in rabbit milk are protective against Vibrio cholerae-induced intestinal secretion. Immunology. 61 (4), 543-547 (1987).
- Gwinn, W. M., et al. Effective induction of protective systemic immunity with nasally administered vaccines adjuvanted with IL-1. Vaccine. 28 (42), 6901-6914 (2010).
- Sloat, B. R., Cui, Z. Evaluation of the immune response induced by a nasal anthrax vaccine based on the protective antigen protein in anaesthetized and non-anaesthetized mice. Journal of Pharmcy and Pharmacology. 58 (4), 439-447 (2006).
- Janakova, L., et al. Influence of intravenous anesthesia on mucosal and systemic antibody responses to nasal vaccines. Infection and Immunity. 70 (10), 5479-5484 (2002).
- Fuentes, J. M., et al. General anesthesia delays the inflammatory response and increases survival for mice with endotoxic shock. Clinical and Vaccine Immunology. 13 (2), 281-288 (2006).
- Lee, Y. -. M., Song, B. C., Yeum, K. -. J. Impact of Volatile Anesthetics on Oxidative Stress and Inflammation. BioMed Research International. 2015, 242709 (2015).
