Summary

İn Vitro Nanoemülsiyon Aşısı Adjuvan Ophiopogonin D'nin Hücresel Aktivitesinin Değerlendirilmesi

Published: December 09, 2022
doi:

Summary

Protokol, nanoemülsiyon ofiyopogonin D adjuvanının etkili hücresel immün yanıtları destekleyip desteklemediğini değerlendirmek için ayrıntılı yöntemler sunar.

Abstract

Aşıların temel bir bileşeni olarak, adjuvanlar antijenlerle ilişkili güçlü, yaygın, doğuştan gelen ve adaptif immün yanıtları doğrudan indükleyebilir veya artırabilir. Ophiopogon japonicus bitkisinden ekstrakte edilen saflaştırılmış bir bileşen olan Ophiopogonin D (OP-D), bir aşı adjuvanı olarak yararlı bulunmuştur. OP-D’nin düşük çözünürlüğü ve toksisitesi sorunları, nanoemülsiyon ofiyopogonin D (NOD) hazırlamak için düşük enerjili bir emülsifikasyon yöntemi kullanılarak etkili bir şekilde üstesinden gelinebilir. Bu makalede, hücresel aktivitenin değerlendirilmesi için bir dizi in vitro protokol incelenmiştir. L929’un sitotoksik etkileri, hücre sayma kit-8 testi kullanılarak belirlendi. Daha sonra, immünize farelerden splenositlerin stimülasyonu ve kültürü sonrasında salgılanan sitokin düzeyleri ve buna karşılık gelen immün hücre sayıları ELISA ve ELISpot yöntemleri ile tespit edildi. Ek olarak, C57BL / 6 farelerden izole edilen ve GM-CSF artı IL-4 ile inkübasyondan sonra olgunlaşan kemik iliği kaynaklı dendritik hücrelerde (BMDC’ler) antijen alım yeteneği, lazer taramalı konfokal mikroskopi (CLSM) ile gözlenmiştir. Önemli olarak, makrofaj aktivasyonu, IL-1β, IL-6 ve tümör nekroz faktörü alfa (TNF-α) sitokinlerinin seviyelerinin, boş farelerden peritoneal makrofajların (PM’ler) adjuvanla 24 saat boyunca birlikte kültürlenmesinden sonra ELISA kitleri ile ölçülmesiyle doğrulandı. Bu protokolün, diğer araştırmacılara yeni aşı adjuvanlarının hücresel yanıt etkinliklerini değerlendirmek için doğrudan ve etkili deneysel yaklaşımlar sağlayacağı umulmaktadır.

Introduction

Aşılar, bulaşıcı ve bulaşıcı olmayan hastalıkların önlenmesi ve tedavisinde önemli bir araçtır. Aşı formülasyonlarına adjuvanların ve dağıtım araçlarının uygun şekilde eklenmesi, antijenlerin immünojenitesini arttırmak ve uzun süreli immün yanıtlar oluşturmak için faydalıdır1. Klasik adjuvan şaplara (alüminyum tuzu) ek olarak, şu anda pazarlanan aşılar için altı çeşit adjuvan vardır: MF592,3, AS04 3, AS03 3, AS01 3, CpG10184 ve Matrix-M5. Genel olarak, insan vücudu viral bir saldırıyla karşılaştığında, birinci ve ikinci savunma hatları (cilt, mukoza ve makrofajlar) virüsün temizlenmesinde öncülük eder ve son olarak, bağışıklık organlarını ve bağışıklık hücrelerini içeren üçüncü savunma hattı aktive edilir. Alüminyum ve alüminyum tuzları, 1920’lerin başından beri insan aşıları için en yaygın kullanılan adjuvanlar olmuştur ve etkili bir doğuştan gelen bağışıklık tepkisi ortaya çıkarmıştır6. Bununla birlikte, antijen sunan hücrelerin (APC’ler) klasik adjuvanlar tarafından aktivasyonunun, immün hücreleri spesifik sitokin ve kemokin setleri üretmeye teşvik eden, adjuvanların çalıştığı mekanizma olduğu ve adjuvanların spesifik immün yanıtlar üzerinde sadece geçici etkiler göstermesinin nedenlerinden biri olabileceği öne sürülmüştür7. İnsan kullanımı için sınırlı lisanslı adjuvanların varlığı, etkili bağışıklık tepkilerini ortaya çıkaran aşıların geliştirilmesinde kısıtlayıcı bir faktördür8.

Şu anda, artan sayıda adjuvan çalışma, farelerde güçlü bir hücresel bağışıklık tepkisi indükleme yeteneğini göstermektedir. QS-21’in dengeli bir T-helper 1 (Th1) ve T-helper 2 (Th2) immün yanıtını indüklediği, daha yüksek seviyelerde antikor titreleri ürettiği ve bir adjuvan olarak korumayı uzattığı gösterilmiştir, ancak güçlü toksisitesi ve hemolitik özellikleri, bağımsız bir klinik adjuvan 9,10 olarak gelişimini sınırlar. OP-D (ruscogenin-O-α-L-rhamnopyranosy1-(1→2)-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-β-D-fucopyranoside), Çin şifalı bitkisi Ophiopogon japonicas4’ün kökünden izole edilen steroidal saponinlerden biridir. Ek olarak, Radix Ophiopogonis’te bulunan baş farmakolojik olarak aktif bileşendir (Shen Mai San) ve bazı farmakolojik özelliklere sahip olduğu bilinmektedir11. Ayrıca, Liliaceae ailesinin bir üyesidir ve hücresel inflamasyon ve miyokard hasarında inhibitör ve koruyucu etkileri için yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, OP-D, BALB / C farelerde DNCB ile indüklenen atopik dermatit benzeri lezyonları ve tümör nekroz faktörü alfa (TNF-α) inflamatuar HaCaT hücrelerini iyileştirir12. Önemli olarak, OP-D, kardiyovasküler sistemin antioksidatif korumasını teşvik eder ve hem reaktif oksijen türlerinin üretimini azaltarak hem de mitokondriyal membran hasarını bozarak kalbi doksorubisin kaynaklı otofajik hasara karşı korur. Deneyler, OP-D’yi mono-desmosid ile almanın bağışıklık sağlığını artırmaya, beyaz kan hücresi sayımlarını ve DNA sentezini artırmaya ve antikorların daha uzun süre dayanmasına yardımcı olduğunu göstermiştir13. Daha önce OP-D’nin adjuvan etkisi olduğu bulunmuştur14.

Nanoemülsiyonlar, yüzey aktif maddeler, yağ, kosürfaktanlar ve su12,15’in bir kombinasyonundan oluşan su içinde yağ nanoformülasyonlarıdır. Bu nanoaşı tasarımları, immün stimülasyonu arttırmak, antijenleri korumak ve dendritik hücre (DC) olgunlaşmasını teşvik etmek için antijenlerin ve adjuvanların birlikte kapsüllenmesine izin verir16. Taramadan elde edilen bu yeni adjuvanların gelişimi için, hücresel yanıt yeteneklerini değerlendirmek için uygun yöntemler bulmak önemlidir.

Bu protokolün amacı, adjuvanların fagositozu ve immün hücrelerin in vitro hücre kültüründeki ekspresyonunu artırıp artıramayacağını sistematik olarak değerlendirmek ve ana deneysel yöntemleri detaylandırmaktır. Deney dört alt bölüme ayrılmıştır: (1) OP-D ve NOD’nin L929 hücrelerine toksisitesi, hücre sayma kit-8 (CCK-8) testi ile belirlenir; (2) endokrin IFN-γ ve IL-17A’nın sitokin seviyeleri ve immünize farelerde karşılık gelen hücre sayıları splenosit stimülasyonu ve ELISpot testleri ile tespit edilir; (3) Adjuvan stimülasyondan sonra DC’lerin antijen sunum kabiliyeti konfokal mikroskopi kullanılarak gözlenir; ve (4) adjuvanlarla birlikte kültürlenmiş normal farelerde periton makrofajlarından (PM’ler) elde edilen süpernatantlarda üç çeşit sitokin, IL-1β, IL-6 ve TNF-α tespit edilir.

Protocol

Tüm hücre deneyleri, temel ameliyathaneler, tampon odalar, steril kültür odaları, tanımlama ve analiz odaları ile donatılmış bir hücre mühendisliği laboratuvarında gerçekleştirildi. Çalışma ortamı ve koşulları mikrobiyal kontaminasyon ve diğer zararlı faktörlerden arındırılmıştır. Hayvan deneyleri, Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı için Kılavuz’a dayanarak yürütülmüş ve Üçüncü Askeri Tıp Üniversitesi Laboratuvar Hayvanları Refahı ve Etik Kurulu tarafından o…

Representative Results

OP-D ve NOD adjuvanlarının hücresel aktivite değerlendirmesi protokole göre in vitro olarak tamamlandı. L929 fibroblastları, NOD’nin in vitro toksisite testi için yararlı bir tarama modelidir (Şekil 1). Dalaktaki inflamatuar sitokin seviyelerinin miktarı, araştırmacıların bağışıklık tepkisini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir (Şekil 2). CTL’lerin ELISpot ile izlenmesi, klinik çalışmalarda antijene özgü T hücr…

Discussion

Alt ünite aşılar mükemmel güvenlik sağlar, ancak immünojenisitesi zayıftır. İmmünojeniteyi arttırmanın ana stratejisi, antijenleri adjuvanlarla fiziksel olarak adsorbe etmek veya eşleştirmek ve DC’ler tarafından alımını ve sunumunu teşvik etmek için bunları ilaç dağıtım sistemlerine dahil etmektir. quillaia saponin ve türevleri gibi doğal bitki saponinleri oldukça toksiktir ve insan aşılarının geliştirilmesi için uygun değildir17. Bu nedenle, aşıların veya ad…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı’nın 2021YFC2302603 numaralı hibesi, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Programı’nın 31670938, 32070924, 82041045 ve 32000651 No’lu hibeleri, Chongqing Doğa Bilimleri Vakfı Proje Programı’nın 2014jcyjA0107 ve 2019jcyjA-msxmx0159 no’lu hibeleri, Chongqing’in Lisansüstü Araştırma ve İnovasyon Projesi’nin CYS21519 no’lu hibesi, Ordu Tıp Üniversitesi Özel projelerinin 2020XBK24 numaralı hibesi ve üniversite öğrencileri için Ulusal İnovasyon ve Girişimcilik Programı’nın 202090031021 numaralı hibe.

Materials

0.25% Trypsin-EDTA (1x) GIBCO, USA 25200056
96-well filter plates Millipore. Billerica, MA CLS3922
AlPO4 General Chemical Company, USA null
Automated Cell Counter Countstar, China IC1000
BALB/c mice and C57BL/6 mice Beijing HFK Bioscience Co. Ltd null
caprylic/capric triglyceride (GTCC) Beijing Fengli Pharmaceutical Co. Ltd., Beijing, China null
CCK-8 kits Dojindo, Japan CK04
Cell Counting Plate Costar, Corning, USA CO010101
Cell Sieve biosharp, China BS-70-CS
Centrifuge 5810 R Eppendorf, Germany  5811000398
DAPI Sigma-Aldrich, St. Louis, USA D9542
DMEM basic(1x) medium GIBCO, USA C11885500BT
DSZ5000X Inverted Microscope Nikon,Japan DSZ5000X
EL-35 (Cremophor-35) Mumbai, India null
ELISpot classic AID, Germany ELR06
Fetal Bovine Serum GIBCO, USA 10099141C
Full-function Microplate Reader Thermo Fisher Scientific, USA VL0000D2
GFP Sigma-Aldrich, St. Louis, USA P42212
Glutamax Invitrogen, USA 35050061
Granulocyte Macrophage Colony-Stimulating Factor GM-CSF, R&D Systems, USA 315-03
HEPES Invitrogen, USA 15630106
HF 90/240 Incubator Heal Force, Switzerland null
IL-4 PeproTech, USA 042149
L929 cell line FENGHUISHENGWU, China  NCTC clone 929 (RRID:CVCL_0462)
Laser Scanning Confocal Microscopy Zeiss, Germany LSM 980
MONTANE 85 PPI SEPPIC, France L12910
MONTANOX 80 PPI SEPPIC, France 36372K
Mouse IFN-γ ELISA kit Dakewe, China 1210002
Mouse IFN-γ precoated ELISPOT kit Dakewe, China DKW22-2000-096
Mouse IL-17A ELISA kit Dakewe, China 1211702
Mouse IL-17A ELISpotPLUS Kit ebiosciences, USA 3521-4HPW-2
Mouse IL-1β ELISA kit Dakewe, China 1210122
Mouse IL-6 ELISA kit Dakewe, China 1210602
Mouse TNF-α ELISA kit Dakewe, China 1217202
Non-essential amino acids(100x) Invitrogen, USA 11140050
Ophiopogonin-D Chengdu Purui Technology Co. Ltd 945619-74-9
Penicillin-Streptomycin Solution Invitrogen, USA 15070063
Phalloidin Solarbio, China CA1620
Phosphate Buffered Saline ZSGB-BIO, China ZLI-9062
Red Blood Cell Lysis Buffer Solarbio, China R1010
RPMI 1640 medium Hyclone (Life Technology), USA SH30809.01
Sodium pyruvate(100 mM) Invitrogen, USA 11360070
Squalene Sigma, USA S3626
β- Mercaptoethanol Invitrogen, USA 21985023

References

  1. Cao, W., et al. Recent progress of graphene oxide as a potential vaccine carrier and adjuvant. Acta Biomaterials. 112, 14-28 (2020).
  2. Ko, E. J., Kang, S. M. Immunology and efficacy of MF59-adjuvanted vaccines. Human Vaccines & Immunotherapeutics. 14 (12), 3041-3045 (2018).
  3. Shi, S., et al. Vaccine adjuvants: Understanding the structure and mechanism of adjuvanticity. Vaccine. 37 (24), 3167-3178 (2019).
  4. Kuo, T. Y., et al. Development of CpG-adjuvanted stable prefusion SARS-CoV-2 spike antigen as a subunit vaccine against COVID-19. Scientific Reports. 10, 20085 (2020).
  5. Twentyman, E., et al. Interim recommendation of the Advisory Committee on Immunization Practices for use of the Novavax COVID-19 vaccine in persons aged >/=18 years – United States, July 2022. MMWR Morbidity and Mortality Weekly Report. 71 (31), 988-992 (2022).
  6. Wang, Z., et al. Improved aluminum adjuvants eliciting stronger immune response when mixed with hepatitis B virus surface antigens. ACS Omega. 7 (38), 34528-34537 (2022).
  7. Wang, N., Chen, M., Wang, T. Liposomes used as a vaccine adjuvant-delivery system: From basics to clinical immunization. Journal of Controlled Release. 303, 130-150 (2019).
  8. Akin, I., et al. Evaluation of the safety and efficacy of Advax(TM) as an adjuvant: A systematic review and meta-analysis. Advances in Medical Sciences. 67 (1), 10-17 (2022).
  9. Lacaille-Dubois, M. A. Updated insights into the mechanism of action and clinical profile of the immunoadjuvant QS-21: A review. Phytomedicine. 60, 152905 (2019).
  10. Marty-Roix, R., et al. Identification of QS-21 as an inflammasome-activating molecular component of saponin adjuvants. The Journal of Biological Chemistry. 291 (3), 1123-1136 (2016).
  11. Zhang, Y. Y., et al. Ophiopogonin D attenuates doxorubicin-induced autophagic cell death by relieving mitochondrial damage in vitro and in vivo. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 352 (1), 166-174 (2015).
  12. An, E. J., et al. Ophiopogonin D ameliorates DNCB-induced atopic dermatitis-like lesions in BALB/c mice and TNF-alpha- inflamed HaCaT cell. Biochemical and Biophysical Research Communications. 522 (1), 40-46 (2020).
  13. Song, X., et al. Effects of polysaccharide from Ophiopogon japonicus on immune response to Newcastle disease vaccine in chicken. Pesquisa Veterinária Brasileira. 36 (12), 1155-1159 (2016).
  14. Tong, Y. N., et al. An immunopotentiator, ophiopogonin D, encapsulated in a nanoemulsion as a robust adjuvant to improve vaccine efficacy. Acta Biomaterialia. 77, 255-267 (2018).
  15. Lin, C. A., et al. Hyaluronic acid-glycine-cholesterol conjugate-based nanoemulsion as a potent vaccine adjuvant for T cell-mediated immunity. Pharmaceutics. 13 (10), 1569 (2021).
  16. Xu, H. H., et al. Global metabolomic and lipidomic analysis reveals the potential mechanisms of hemolysis effect of ophiopogonin D and ophiopogonin D’ in vivo. Chinese Medicine. 16 (1), 3 (2021).
  17. Drane, D., Gittleson, C., Boyle, J., Maraskovsky, E. ISCOMATRIX adjuvant for prophylactic and therapeutic vaccines. Expert Review of Vaccines. 6 (5), 761-772 (2007).
  18. Rudolf, R., et al. Microstructure characterisation and identification of the mechanical and functional properties of a new PMMA-ZnO composite. Materials. 13 (12), 2717 (2020).
  19. Cannella, V., et al. Cytotoxicity evaluation of endodontic pins on L929 cell line. BioMed Research International. 2019, 3469525 (2019).
  20. Jiao, G., et al. Limitations of MTT and CCK-8 assay for evaluation of graphene cytotoxicity. RSC Advances. 5 (66), 53240-53244 (2015).
  21. Ghasemi, M., Turnbull, T., Sebastian, S., Kempson, I. The MTT assay: Utility, limitations, pitfalls, and interpretation in bulk and single-cell analysis. International Journal of Molecular Sciences. 22 (23), 12827 (2021).
  22. Li, W., Zhou, J., Xu, Y. Study of the in vitro cytotoxicity testing of medical devices. Biomedical Reports. 3 (5), 617-620 (2015).
  23. Wu, F., et al. Correlation between elevated inflammatory cytokines of spleen and spleen index in acute spinal cord injury. Journal of Neuroimmunology. 344, 577264 (2020).
  24. Lewis, S. M., Williams, A., Eisenbarth, S. C. Structure and function of the immune system in the spleen. Science Immunology. 4 (33), (2019).
  25. Cox, J. H., Ferrari, G., Janetzki, S. Measurement of cytokine release at the single cell level using the ELISPOT assay. Methods. 38 (4), 274-282 (2006).
  26. Elliott, A. D. Confocal microscopy: Principles and modern practices. Current Protocols in Cytometry. 92 (1), 68 (2020).
  27. Zhou, Y., et al. CD4(+) T cell activation and inflammation in NASH-related fibrosis. Frontiers in Immunology. 13, 967410 (2022).
  28. Martinez, F. O., Sica, A., Mantovani, A., Locati, M. Macrophage activation and polarization. Frontiers in Bioscience. 13, 453-461 (2008).
  29. Quesniaux, V., Erard, F., Ryffel, B. Adjuvant activity on murine and human macrophages. Methods in Molecular Biology. 626, 117-130 (2010).

Play Video

Cite This Article
Luo, X., Tong, Y., Zeng, X., Ye, Y., Yang, Y., Song, Z., Zhang, Z., Li, H., Gao, J., Mao, X., Zeng, H., Zou, Q., Sun, H. In Vitro Cellular Activity Evaluation of the Nanoemulsion Vaccine Adjuvant Ophiopogonin D. J. Vis. Exp. (190), e64291, doi:10.3791/64291 (2022).

View Video