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Immunology and Infection

In Vitro ELISA-Test zur Bewertung der Wirksamkeit von Tollwut-Impfstoffen

Published: May 11, 2020
doi:
10.3791/59641
,
1Unit Antiviral Strategies, OIE Reference Laboratories for Rift Valley Fever Virus & Crimean Congo Hemorrhagic Fever Virus,Institut Pasteur, 2Institut Pasteur de Guinée, Conakry

Summary

Hier beschreiben wir eine indirekte ELISA-Sandwich-Immunocapture zur Bestimmung des immunogenen Glykoproteingehalts in Tollwut-Impfstoffen. Dieser Test verwendet einen neutralisierenden monoklonalen Antikörper (mAb-D1), der Glykoproteintrimer erkennt. Es ist eine Alternative zum in vivo NIH-Test, um die Konsistenz der Impfstoff-Potenz während der Produktion zu verfolgen.

Abstract

Die wachsende globale Sorge um den Tierschutz ermutigt Hersteller und die National Control Laboratories (OMCLs), die 3R-Strategie für den Ersatz, die Reduzierung und die Verfeinerung der Labortierversuche zu befolgen. Die Entwicklung von In-vitro-Ansätzen wird auf WHO- und europäischer Ebene als Alternative zum NIH-Test zur Bewertung der Tollwut-Impfstoff-Potenz empfohlen. An der Oberfläche des Tollwutviruspartikels (RABV) bilden Trimer von Glykoprotein das Hauptimmungen, das viralneutralisierende Antikörper (VNAbs) induziert. Ein ELISA-Test, bei dem Neutralisierende monoklonale Antikörper (mAb-D1) die trimerische Form des Glykoproteins erkennen, wurde entwickelt, um den Inhalt des nativen gefalteten trimerischen Glykoproteins zusammen mit der Herstellung der Impfstoffchargen zu bestimmen. Dieser In-vitro-Potenztest zeigte eine gute Übereinstimmung mit dem NIH-Test und wurde in kollaborativen Studien von RABV-Impfstoffherstellern und OMCLs für geeignet befunden. Die Vermeidung des Einsatzes von Tieren ist in naher Zukunft ein erreichbares Ziel.

Die vorgestellte Methode basiert auf einer indirekten ELISA-Sandwich-Immunaufnahme mit dem mAb-D1, das die antigenen Stellen III (aa 330 bis 338) des trimeren RABV-Glykoproteins, d.h. des immunogenen RABV-Antigens, erkennt. mAb-D1 wird sowohl zur Beschichtung als auch zum Nachweis von Glykoproteintrimern in der Impfstoffcharge verwendet. Da das Epitop aufgrund seiner konformalen Eigenschaften erkannt wird, kann das potenziell denaturierte Glykoprotein (weniger immunogen) vom mAb-D1 nicht erfasst und nachgewiesen werden. Der zu prüfende Impfstoff wird in einer mit dem mAb-D1 sensibilisierten Platte inkubiert. Gebundene trimere RABV Glykoproteine werden durch Zugabe des mAb-D1 wieder identifiziert, mit Peroxidase gekennzeichnet und dann in Gegenwart von Substrat und Chromogen offenbart. Der Vergleich der für den getesteten Impfstoff gemessenen Absorption und des Referenzimpfstoffs ermöglicht die Bestimmung des immunogenen Glykoproteingehalts.

Introduction

Seit mehr als 50 Jahren wird der NIH-Test1 als Goldstandard-Methode zur Bewertung der Tollwut-Impfstoff-Potenz vor der Chargenfreigabe verwendet. Dieser Test besteht aus einer intraperitonealen Immunisierung von Mäusegruppen mit dem zu testenden Impfstoff, gefolgt von einer intrazerebralen (IC) Herausforderung 14 Tage später mit dem Challenge Virus Standard (CVS) Stamm des Tollwutvirus (RABV). Die Wirksamkeit wird anhand des Anteils der Mäuse bewertet, die die IC-Herausforderung überleben. Obwohl WHO2 und European Pharmacopeia3 noch den NIH-Test zur Beurteilung der Impfstoffwirksamkeit benötigen, weist dieser Test mehrere Hürden auf: Die Ergebnisse sind hochvariabel4; infektiöse RABV wird während der Herausforderung verwendet, und dies erfordert sowohl technisches Geschick als auch strenge Biosicherheitsmaßnahmen; Eine große Anzahl von Tieren wird verwendet, und die Schwere der Herausforderung wirft ernste ethische Bedenkenauf 5. Eine weniger starke Variation dieses Tests wurde entwickelt: Zwei Wochen nach der intraperitonealen Immunisierung werden Mäuse nicht durch IC herausgefordert, sondern verbluten und auf das Vorhandensein spezifischer RABV-Neutralisationsantikörper (VNAbs) in ihrem Serum mit einem In-vitro-Neutralisationstest getestet. Dieser Test erfordert jedoch immer noch das Opfern einer großen Anzahl von Labormäusen, obwohl er bereits für die Veterinärimpfstoffe6,7 verwendet wird und für die Humanimpfstoffe8in Betracht gezogenwurde.

Ab sofort ermutigen sowohl international9 als auch European10 Empfehlungen Hersteller und National Control Laboratories (Official Medicine Control Laboratories – OMCLs), die Ersatz-, Reduktions- und Verfeinerung von Labortierversuchen, die als 3R-Strategie bezeichnet wird, umzusetzen. Die Europäische Richtlinie 2010/63/EU (in Kraft seit 2013/01/01) in Bezug auf den Schutz und das Wohlergehen von Tieren hat auch die Beschränkungen für Impfstoffhersteller und Laboratorien verschärft, die an der Qualitätskontrolle von Tollwutimpfstoffen sowie an der Tollwutforschung beteiligt sind11. Infolgedessen haben die Entwicklung, Validierung und Nutzung alternativer In-vitro-Ansätze inzwischen Priorität. Diese sind nicht nur ethisch einwandfrei, sondern können auch die Kosten für Batch-Teste senken und die Zeit für die Ergebnisse auf Stunden statt Wochen3verkürzen.

An der Oberfläche des RABV-Teilchens nimmt das Glykoprotein eine trimerische Forman 12,,13,,14,,15,,16. Im Tollwut-Impfstoff stellt diese native trimerische Form das hauptwichtigste Immunogen dar, das VNAbs17 induzieren, während die monomeren, löslichen oder denaturierten Glykoproteine schlecht immunogen sind18,19. Somit ist die Erhaltung der Trimmer des Glykoproteins entlang des Impfstoffherstellungsprozesses ein guter Indikator für die Erhaltung eines optimalen immunogenen Potenzials. Mehrere immunchemische Methoden, wie der Antikörper-Bindungstest20,21, der Single Radial Immunodiffusion (SRD) Test22 und der ELISA-Test23,24,25,26,27 werden vom TECHNISCHEN Bericht der WHO2 und der europäischen Monographie3 zur Quantifizierung des Antigengehalts in Tollwutimpfstoffen empfohlen. Diese werden von Herstellern zur Überwachung der Konsistenz der Impfstoffproduktion und von der OMCL verwendet, um die konsistente Formulierung von Chargen von Humanimpfstoffen zu bewerten28, auch wenn der NIH-Test noch für die Wirksamkeit in Betracht gezogen wird.

Allerdings sind alle diese immunchemischen Methoden nicht gleichwertig. Der SRD-Test erfordert eine Vorbehandlung, die die membranverankerten Trimmer verändern und zu einer löslichen oder denaturierten Form des Glykoproteins22,29führen kann. Daher ist SRD nicht sehr effizient bei der Unterscheidung zwischen immunogenen und nicht-immunogenen Glykoproteinen, was zu einer unvollkommenen Beurteilung der Immunogenität einer Impfstoffpartie führt. Im Gegensatz dazu ist der ELISA-Test empfindlicher22, bewahrt die native Struktur des Glykoproteins und ist besser geeignet, den Gehalt der nativ gefalteten Trimer von Glykoprotein zu bestimmen. Der ELISA-Test kann entweder monoklonale oder Mausmonoklonale Antiglykoprotein-Antikörper verwenden, die gereinigt oder mit Ammoniumsulfat konzentriert sind. Studien haben eine gute Übereinstimmung zwischen dem NIH-Test und dem von ELISA in Impfstoffen bewerteten Antigengehalt gezeigt und sind zu dem Schluss gekommen, dass ELISA-Methoden für den In-vitro-Potenztest geeignet sind. Dies spricht dafür, dass ELISA-Tests den NIH-Test mindestens ergänzen oder sogar ersetzen können4,26,27,30,31,32,33. Heute empfiehlt das Europäische Arzneibuch die Verwendung validierter serologischer oder immunchemischer Assays als Alternativen zum NIH-Test3. Die vollständige Vermeidung der Verwendung von Tieren für die Impfstoffwirksamkeit ist zu einer realistischen Perspektive geworden.

Die nachfolgend vorgestellte Methode basiert auf einer indirekten ELISA-Sandwich-Immunaufnahme mit einem mausmonoklonalen Antikörperklon (mAb-D1), der die antigenen Stellen III (aa 330 bis 338) des trimeren RABV-Glykoproteins15,34erkennt. Diese Methode wurde zunächst im Institut Pasteur26,30 entwickelt und dann vom Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des produits de santé (ANSM) Labor, d.h. dem französischen OMCL4,33, optimiert und validiert. Der mAb-D1 wird sowohl zur Sensibilisierung der Platte als auch anschließend zur Erkennung des erfassten Antigens eingesetzt. Dies ermöglicht die spezifische Quantifizierung der Glykoproteintrimer, d.h. des immunogenen RABV-Antigens. Das für den Nachweis verwendete mAb-D1 ist mit Peroxidase gekennzeichnet, die sich in Gegenwart des Substrats und Chromogens zeigt. Der Vergleich der für den getesteten Impfstoff gemessenen Absorption und des Referenzimpfstoffs ermöglicht die Bestimmung des immunogenen Glykoproteingehalts. Es ist erwähnenswert, dass die gleiche Art von Assay für verschiedene mAbs angewendet werden kann, die verschiedene antigene Stellen des RABV Glykoproteins35erkennen. Die Methode zur Gewinnung und Reinigung oder Konzentrat mit Ammoniumsulfat Anti-Glykoprotein Polyklonal Kaninchen Immunglobuline G (IgG) oder monoklonale Mausglobuline wurden ausführlich beschrieben zuvor36 zusammen mit dem Verfahren zur Konjugatierung von Antikörpern mit Peroxidase37.

Protocol

1. Sicherheitsvorkehrungen HINWEIS: Diese Methode gilt sowohl für lebende RABV als auch für inaktivierte Impfstoffe. Verwenden Sie gute Laborpraxis- und Sicherheitsverfahren. Tragen Sie eine angemessene persönliche Schutzausrüstung (PSA) einschließlich Einwegmantel, Handschuhe, Maske, Brille usw. Wenn das lebende Virus titriert wird, verwenden Sie einen biologischen Sicherheitsschrank der Klasse II. Betrachten Sie jedes Material, das mit den Proben in…

Representative Results

Im folgenden Beispiel wird der Referenzimpfstoff Lot 09 verwendet, der aus gereinigten inaktivierten Tollwutviruspartikeln (PV-Impfstoffstamm) besteht. Der Glykoprotein-Trimergehalt (10 g/ml) wurde nach der Bestimmung der Gesamtmenge an viralen Proteinen (BCA-Test) und der Bewertung des Prozentsatzes des Glykoproteins durch SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese ermittelt. Alternativ kann ein kalibrierter Referenzimpfstoff, z.B. der WHO 6th International Standard (IS) für Tollwut…

Discussion

Das vom mAb-D1 anerkannte Epitop befindet sich an der antigenen Stelle III des RABV-Glykoproteins, das nicht nur immundominant für die Induktion von VNAbs ist, sondern auch an Neurovirulenz, Pathogenität40,,41 und Rezeptorerkennung42beteiligt ist. Es gibt eine weitere wichtige antigene Stelle entlang des Glykoproteins, Stelle II43, gegen die mehrere MAbs isoliert wurden, wie mAb-WI-111235. …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dr. Sylvie Morgeaux und Dr. Jean-Michel Chapsal müssen für ihre wichtige Beteiligung an der Einrichtung des ELISA-Assays zu Impfstoffchargen und der Organisation internationaler Workshops und kollaborativer Studien anerkannt werden. Wir danken Sabrina Kali für die kritische Lektüre des Manuskripts. Dr. Pierre Perrin war verantwortlich für die Isolierung und Charakterisierung von mAb-D1. Diese Arbeit wurde hauptsächlich durch fördermittel des Institut Pasteur unterstützt.

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
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Jallet, C., Tordo, N. In Vitro ELISA Test to Evaluate Rabies Vaccine Potency. J. Vis. Exp. (159), e59641, doi:10.3791/59641 (2020).
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