In Vitro ELISA-test om de potentie van rabiësvaccin te evalueren
Summary
Hier beschrijven we een indirecte ELISA sandwich immunocapture om de immunogene glycoproproteïnegehalte in rabiësvaccins te bepalen. Deze test maakt gebruik van een neutraliserende Monoclonal Antibody (mAb-D1) herkennen glycoproproproteïne trimers. Het is een alternatief voor de in vivo NIH-test om de consistentie van de potentie van het vaccin tijdens de productie te volgen.
Abstract
De groeiende wereldwijde zorg voor het dierenwelzijn moedigt fabrikanten en de Nationale Controlelaboratoria (OL’s) aan om de 3Rs-strategie voor de vervanging, vermindering en verfijning van het laboratoriumdierproeven te volgen. De ontwikkeling van in vitro benaderingen wordt aanbevolen op het WHO- en Europees niveau als alternatieven voor de NIH-test voor de evaluatie van de potentie van rabiësvaccin. Aan het oppervlak van het rabantievirus (RABV) vormen trimers van glycoproteïne de belangrijkste immunogen die virale neutraliserende antilichamen (VNAbs) veroorzaken. Een ELISA-test, waarbij monoklonale antilichamen (mAb-D1) de trimeric vorm van het glycoproteïne herkennen, is ontwikkeld om de inhoud van het inheemse gevouwen trimeric glycoproteïne samen met de productie van de vaccinbatches te bepalen. Deze in vitro potentie test toonde een goede overeenstemming met de NIH-test en is geschikt bevonden in gezamenlijke proeven door RABV vaccin fabrikanten en OL’s. Het vermijden van dierlijk gebruik is een haalbaar doel in de nabije toekomst.
De gepresenteerde methode is gebaseerd op een indirecte ELISA sandwich immunocapture met behulp van de mAb-D1 die de antigene sites III (aa 330 tot 338) van het trimeric RABV glycoproteïne herkent, d.w.z. het immunogene RABV-antigeen. mAb-D1 wordt gebruikt voor zowel coating als detectie van glycoproproproteïne trimers die aanwezig zijn in de vaccinbatch. Aangezien het epitoop wordt herkend vanwege zijn conformatie-eigenschappen, kan het potentieel gedenatureerde glycoproteïne (minder immunogeen) niet worden opgevangen en gedetecteerd door de mAb-D1. Het te testen vaccin wordt geïncubeerd in een plaat die is gesensibiliseerd met de mAb-D1. Gebonden trimeric RABV glycoproteïnen worden geïdentificeerd door het toevoegen van de mAb-D1 opnieuw, gelabeld met peroxidase en vervolgens onthuld in de aanwezigheid van substraat en chromogen. Vergelijking van de voor het geteste vaccin gemeten absorptiemiddel en het referentievaccin maakt de bepaling van het immunogene glycoproteïnegehalte mogelijk.
Introduction
Sinds meer dan 50 jaar wordt de NIH-test1 gebruikt als een gouden standaardmethode om de potentie van het rabiësvaccin vóór de batchrelease te evalueren. Deze test bestaat uit een intraperitoneale immunisatie van groepen muizen met het te testen vaccin, gevolgd door een intracerebrale (IC) uitdaging 14 dagen later met de Challenge Virus Standard (CVS) stam van rabiësvirus (RABV). De potentie wordt geëvalueerd vanuit het aandeel muizen dat de IC-uitdaging overleeft. Hoewel who2 en European Pharmacopeia3 nog steeds de NIH-test vereisen voor de beoordeling van de vaccinpotentie, lijdt deze test aan verschillende hindernissen: de resultaten zijn zeer variabel4; besmettelijke RABV wordt gebruikt tijdens de uitdaging en dit vereist zowel technische vaardigheid als strikte bioveiligheidsmaatregelen; grote aantallen dieren worden gebruikt, en de ernst van de uitdaging roept ernstige ethische bezwaren op5. Een minder ernstige variatie van deze test is ontwikkeld: twee weken na de intra-peritoneale immunisatie worden muizen niet uitgedaagd door IC, maar gebloed en getest op de aanwezigheid van specifieke RABV neutraliserende antilichamen (VNAbs) in hun serum met behulp van een in vitro neutralisatietest. Deze test vereist echter nog steeds het opofferen van een groot aantal laboratoriummuizen, hoewel deze al wordt gebruikt voor de veterinaire vaccins6,7 en in aanmerking is genomen voor menselijke vaccins8.
Vanaf nu moedigen zowel internationale9- als Europese10-aanbevelingen fabrikanten en nationale controlelaboratoria (Official Medicine Control Laboratories – OL’s) aan om de vervanging, vermindering en verfijning van laboratoriumdierproeven uit te voeren, de zogenaamde 3Rs-strategie. De Europese Richtlijn 2010/63/EU (die sinds 2013/01/01 van kracht is) met betrekking tot de bescherming en het welzijn van dieren heeft ook de beperkingen versterkt voor vaccinfabrikanten en laboratoria die betrokken zijn bij de kwaliteitscontrole van rabiësvaccins en bij onderzoek naar rabiës11. Als gevolg hiervan zijn de ontwikkeling, validatie en het gebruik van alternatieve in vitro benaderingen nu een prioriteit geworden. Deze zijn niet alleen ethisch verantwoord, maar kunnen ook de kosten voor batchtesten verlagen en de tijd voor resultaten verkorten tot uren in plaats van weken3.
Aan het oppervlak van het RABV-deeltje neemt het glycoproteïne een trimeric vormaan 12,13,14,15,16. In rabiësvaccin vormt deze inheemse trimeric vorm de belangrijkste immunogen inducerende VNAbs17, terwijl de monomeric, oplosbare of gedenatureerde glycoproteïnen slecht immunogene18,19zijn. Zo is het behoud van trimers van het glycoproteïne langs het vaccinproductieproces een goede indicator voor het behoud van een optimaal immunogeen potentieel. Verschillende immunochemische methoden, zoals de antilichaambindingstest20,21,de enkelvoudige radiale immunodiffusie (SRD) test22 en de ELISA-test23,24,25,27,27 worden aanbevolen door de WHO Technical Report Series2 en de Europese monografie3 om het antigeengehalte in rabiësvaccins te kwantificeren. Deze worden gebruikt door fabrikanten om de consistentie van de productie van vaccins te controleren en door de OMCL om de consistente formulering van partijen menselijke vaccins28tebeoordelen, zelfs als de NIH-test nog steeds in aanmerking komt voor de potentie.
Echter, al deze immunochemische methoden zijn niet gelijkwaardig. De SRD-test vereist een voorbehandeling die de membraanverankerde trimers kan veranderen en kan resulteren in een oplosbare of gedenatureerde vorm van het glycoproteïne222,29. Daarom is SRD niet veel efficiënt in het discrimineren tussen immunogene en niet-immunogene glycoproteïnen wat resulteert in een onvolmaakte beoordeling van de immunogeniciteit van een vaccinpartij. Daarentegen is de ELISA-test gevoeliger22, behoudt de oorspronkelijke structuur van het glycoproteïne en is het beter om de inhoud van de native gevouwen trimers van glycoproteïne te bepalen. De ELISA-test kan gebruik maken van konijnenpolyklonale of muismonoklonale anti-glycoproteïneantilichamen gezuiverd of geconcentreerd met ammoniumsulfaat. Studies hebben aangetoond goede overeenstemming tussen de NIH-test en het antigeengehalte geëvalueerd door ELISA in vaccins en concludeerde dat ELISA-methoden geschikt zijn voor de in vitro potentie test. Dit pleit ervoor dat ELISA-tests op zijn minst de NIH-test4,26,27,30,31,32,33kunnen aanvullen of zelfs vervangen ., Vandaag beveelt de Europese Farmacopee het gebruik aan van gevalideerde serologische of immunochemische tests als alternatief voor de NIH-test3. Het volledig vermijden van dierlijk gebruik voor vaccinpotentie is een realistisch perspectief geworden.
De onderstaande methode is gebaseerd op een indirecte ELISA sandwich immunocapture met behulp van een muis monoklonale antilichaam kloon (mAb-D1) die de antigene sites III (aa 330 tot 338) van de trimeric RABV glycoproteïne15,34herkent. Deze methode werd in eerste instantie ontwikkeld aan het Institut Pasteur26,30 vervolgens geoptimaliseerd en gevalideerd door de Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des produits de santé (ANSM) laboratorium, dat wil zeggen, de Franse OMCL4,33. De mAb-D1 wordt zowel gebruikt voor het sensibiliseren van de plaat als vervolgens voor het detecteren van het gevangen antigeen. Dit maakt de specifieke kwantificering van de glycoproproteïne trimers mogelijk, d.w.z. het immunogene RABV-antigeen. De mAb-D1 die voor de detectie wordt gebruikt, is gelabeld met peroxidase, wat wordt onthuld in aanwezigheid van het substraat en chromogen. Vergelijking van de voor het geteste vaccin gemeten absorptiemiddel en het referentievaccin maakt de bepaling van het immunogene glycoproteïnegehalte mogelijk. Het is van belang dat hetzelfde type test kan worden toegepast voor verschillende mAbs herkennen verschillende antigene sites van de RABV glycoproteïne35. De methode om met ammoniumsulfaat anti-glycoproteïne polyklonkonijn immunoglobulinen G (IgG) of monoklonale muisglobuline te verkrijgen en te zuiveren of te concentreren, is eerder uitgebreid beschreven36 samen met de methode om antilichamen met peroxidase37te vervoegen..
Protocol
Representative Results
Discussion
Het epitoop dat door de mAb-D1 wordt erkend, bevindt zich in de antigene plaats III van het RABV-glycoproteïne, dat niet alleen immunodominant is voor de inductie van VNAbs, maar ook betrokken is bij neurovirulence, pathogeniteit40,41 en receptorherkenning42. Er is nog een andere belangrijke antigene site langs het glycoproteïne, site II43, waartegen verschillende MAbs zijn geïsoleerd, zoals mAb-WI-1112<sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Sylvie Morgeaux en Dr. Jean-Michel Chapsal moeten worden erkend voor hun belangrijkste deelname aan de ELISA-test op vaccinbatches vast te stellen en internationale workshops en samenwerkingsstudies te organiseren. Wij danken Sabrina Kali voor het kritisch lezen van het manuscript. Dr. Pierre Perrin was verantwoordelijk voor de isolatie en karakterisering van mAb-D1. Dit werk werd voornamelijk ondersteund door de financiering van het Institut Pasteur.
Materials
| Class II Biological Safety Cabinet | ThermoFisher Scientific | 10445753 | if titrating live virus |
| Clear Flat-Bottom Immuno Nonsterile 96-Well Plates, 400 µL, MAXISORP | ThermoFisher Scientific | 439454 | good for binding to the loaded antibody |
| Equip Labo Polypropylene Laboratory Fume Hood | ThermoFisher Scientific | 12576606 | for the preparation of sulfuric acid |
| Immunology Plate Strong Adsorption MAXISORP Flat Bottom Well F96 |
Dutscher | 55303 | good for binding to the loaded antibody |
| Microplate Sealing Tape(100 sheets) | ThermoFisher Scientific | 15036 | |
| Microplate single mode reader Sunrise | TECAN | ||
| Microplate shaker-incubator | Dutscher | 441504 | |
| Microplate washer Wellwash | ThermoFisher Scientific | 5165000 | |
| Multichannel pipette (30-300 µL) 12 channels | ThermoFisher Scientific | 4661180N | |
| Single Channel pipettes (Kit 2 : Finnpipettes F2 0.2-2 μL micro, 2-20 μL, 20-200 μL & 100-1000 μL) | ThermoFisher Scientific | 4700880 |
References
- Seligmann, E. B. The NIH test for potency. Laboratory Techniques in Rabies. , 279-286 (1973).
- Annex 2. Recommendations for inactivated rabies vaccine for human use produced in cell substrates and embryonated eggs. WHO Technical Report Series. 941, 83-132 (2007).
- . Rabies vaccine for human use prepared in cell cultures. European Pharmacopoeia. , (2008).
- Gibert, R., Alberti, M., Poirier, B., Jallet, C., Tordo, N., Morgeaux, S. A relevant in vitro ELISA test in alternative to the in vivo NIH test for human rabies vaccine batch release. Vaccine. 31, 6022-6029 (2013).
- Stokes, W., et al. Report on the international workshop on alternative methods for human and veterinary rabies vaccine testing: state of the science and planning the way forward. Biologicals. 40 (5), 369-381 (2012).
- Krämer, B., Bruckner, L., Daas, A., Milne, C. Collaborative study for validation of a serological potency assay for rabies vaccine (inactivated) for veterinary use. Pharmeuropa Bio & Scientific Notes. 2, 37-55 (2010).
- Krämer, B., Kamphuis, E., Hanschmann, K. M., Milne, C., Daas, A., Duchow, K. A multi-dose serological assay suitable to quantify the potency of inactivated rabies vaccines for veterinary use. Biologicals. 41, 400-406 (2013).
- Fitzgerald, E. A., Gallagher, M., Hunter, W. S., Seligmann, E. B. Use of the antibody assay in immunized mice for the determination of rabies vaccine potency. Developments in Biological Standardization. 40, 183-186 (1978).
- Milstien, J., Grachev, V., Padilla, A., Griffiths, E., Brown, F., Cussler, K., Hendriksen, C. WHO activities towards the three Rs in the development and control of biological products. Replacement, reduction and refinement of animal experiments in the development and control of biological products. , 31-39 (1996).
- Behr-Gross, M. E., Spieser, J. M. Contributions of the European OMCL Network and Biological Standardisation Programme to animal Welfare. ALTEX-Alternatives to Animal Experimentation. 23, 21-28 (2006).
- . Directive 2010/63/EU of the European Parliament and the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. Official Journal of European Union. L276, 33-79 (2010).
- Whitt, M. A., Buonocore, L., Prehaud, C., Rose, J. K. Membrane fusion activity, oligomerization and assembly of the rabies virus glycoprotein. Virology. 185 (2), 681-688 (1991).
- Gaudin, Y., Ruigrok, R. W., Tuffereau, C., Knossow, M., Flamand, A. Rabies virus glycoprotein is a trimer. Virology. 187, 627-632 (1992).
- Roche, S., Gaudin, Y. Characterization of the equilibrium between the native and fusion-inactive conformation of rabies virus glycoprotein indicates that the fusion complex is made of several trimers. Virology. 297 (1), 128-135 (2002).
- Desmézières, E., Maillard, A. P., Gaudin, Y., Tordo, N., Perrin, P. Differential stability and fusion activity of Lyssavirus glycoprotein trimers. Virus Research. 91 (2), 181-187 (2003).
- Koraka, P., et al. A recombinant rabies vaccine expressing the trimeric form of the glycoprotein confers enhanced immunogenicity and protection in outbred mice. Vaccine. 32 (36), 4644-4650 (2014).
- Wiktor, T., Gyorgy, E., Schlumberger, D., Sokol, F., Koprowski, H. Antigenic properties of rabies virus components. Journal of Immunology. 110, 269-276 (1973).
- Gamoh, K., Senda, M., Itoh, O., Muramatsu, M., Hirayama, N., Koike, R., et al. Use of ELISA for in vitro potency test of rabies vaccines for animal use. Biologicals. 24, 95-101 (1996).
- Dietzschold, B., Wiktor, T., Wunner, W., Varrichio, A. Chemical and immunological analysis of the rabies soluble glycoprotein. Virology. 124, 330-337 (1983).
- Fitzgerald, E., Green, O., Seligmann, E. Rabies vaccine potency testing: a comparison between the antibody-binding test and the NIH test. Symposia Series in Immunobiological Standard. 21, 300-307 (1974).
- Barth, R., Groβ-Albenhausen, E., Jaeger, O., Milcke, L. The antibody-binding test, a useful method for quantitative determination of inactivated rabies virus antigen. Journal of Biological Standardization. 9, 81-89 (1981).
- Ferguson, M., Schild, G. A single-radial-immunodiffusion technique for the assay of rabies glycoprotein antigen: application for the potency tests of vaccines against rabies. Journal of General Virology. 59, 197-201 (1982).
- Atanasiu, P., Perrin, P., Delagneau, J. F. Use of an enzyme immunoassay with protein A for rabies antigen and antibody determination. Developments in Biological Standardization. 46, 207-215 (1980).
- van der Marel, P., van Wezel, A. Quantitative determination of rabies antigen by ELISA. Developments in Biological Standardization. 50, 267-275 (1981).
- Adamovicz, P., Aguillon, F., David, A., Le Fur, R., Mazert, M. C., Perrin, P., et al. The use of various immunochemical, biochemical and biological methods for the analysis of rabies virus production in tissue cultures. Developments in Biological Standardization. 55, 191-197 (1984).
- Lafon, M., Perrin, P., Versmisse, P., Sureau, P. Use of monoclonal antibody for quantification of rabies vaccine glycoprotein by enzyme immunoassay. Journal of Biological Standardization. 13, 295-301 (1985).
- Thraenhart, O., Ramakrishnan, K. Standardization of an enzyme immunoassay for the in vitro potency assay of inactivated tissue culture rabies vaccines: determination of the rabies virus glycoprotein with polyclonal antisera. Journal of Biological Standardization. 17, 291-309 (1989).
- Council of Europe. . Official Authority Batch release of Rabies vaccines Guideline. , (2019).
- Ferguson, M., Seagroatt, V., Schild, G. A collaborative study on the use of single radial immunodiffusion for the assay of rabies virus glycoprotein. Developments in Biological Standards. 12, 283-294 (1984).
- Perrin, P., Morgeaux, S., Sureau, P. In vitro rabies vaccine potency appraisal by ELISA: advantages of the immunocapture method with a neutralizing anti-glycoprotein monoclonal antibody. Biologicals. 18, 321-330 (1990).
- Rooijakkers, E. J., Uittenbogaard, J. P., Groen, J., Osterhaus, A. D. Rabies vaccine potency control: comparison of ELISA systems for antigenicity testing. Journal of Virological Methods. 58, 111-119 (1996).
- Rooijakkers, E. J., Uittenbogaard, J. P., Groen, J., van Herwijnen, J., Osterhaus, A. D., Brown, F., Cussler, K., Hendriksen, C. . Development and evaluation of alternative testing methods for the in vivo NIH potency test used for the quality control of inactivated rabies vaccines. , 137-145 (1996).
- Fournier-Caruana, J., et al. Inactivated rabies vaccine control and release: use of an ELISA method. Biologicals. 31, 9-16 (2003).
- Sissoëff, L., Mousli, M., England, P., Tuffereau, C. Stable trimerization of recombinant rabies virus glycoprotein ectodomain is required for interaction with the p75NTR receptor. Journal of General Virology. 86, 2543-2552 (2005).
- Morgeaux, S., et al. Replacement of in vivo human rabies vaccine potency testing by in vitro glycoprotein quantification using ELISA – Results of an international collaborative study. Vaccine. 35 (6), 966-971 (2017).
- Lafon, M., Meslin, F. X., Kaplan, M. N., Kopowski, H. Techniques for the production, screening and characterisation of monoclonal antibodies. Laboratory techniques in rabies, 4th Edition. , 133-144 (1996).
- Perrin, P., Meslin, F. X., Kaplan, M. N., Kopowski, H. Techniques for the preparation of rabies confugates. Laboratory techniques in rabies, 4th Edition. , 433-444 (1996).
- Barth, R., Diderrich, G., Weinmann, E. NIH test, a problematic method for testing potency of inactivated rabies vaccine. Vaccine. 6, 369-377 (1988).
- Jallet, C., et al. Chimeric lyssavirus glycoproteins with increased immunological potential. Journal of Virology. 73, 225-233 (1999).
- Dietzschold, B., et al. Characterization of an antigenic determinant of the glycoprotein that correlates with pathogenicity of rabies virus. Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 80, 70-74 (1983).
- Seif, L., Coulon, P., Rollin, P., Flamand, A. Rabies virulence: effect on pathogenicity and sequence characterization of rabies virus mutations affecting antigenic site III of the glycoprotein. Journal of Virology. 53, 926-934 (1985).
- Lafon, M. Rabies virus receptors. Journal of Neurovirology. 11, 82-87 (2005).
- Benmansour, A., Leblois, H., Coulon, P., Tuffereau, C., Gaudin, Y., Flamand, Y., Lafay, A. Antigenicity of the rabies virus glycoprotein. Journal of Virology. 65, 4198-4203 (1991).
- . . Rabies Vaccine Workshop Summary. , (2011).
- De Mattia, F., et al. The Vaccines Consistency Approach Project: an EPAA initiative. Pharmeuropa Bio & Scientific Notes. 2015, 30-56 (2015).
