ارزیابی ایمنی زایی حاملین نانوذرات PLGA حاوی آنتی ژن لیپوپلی ساکارید دتوکسیفیه شده کلبسیلاپنومونیه K2O1 در مدل عفونت ریوی موش BALB/C

محورهای موضوعی : مجله پلاسما و نشانگرهای زیستی

پریوش قادری نیا ¹ , رضا شاپوری ² , کبری رستمی زاده ³ , علیرضا خداوندی ⁴ , مهدی مهدوی ⁵

1 - گروه میکروب شناسی، دانشکده علوم، کشاورزی و فناوری‌های نوین، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز
2 - گروه میکروبیولوژی دانشکده علوم پایه واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران
3 - مرکز تحقیقات نانوفناوری دارویی، گروه شیمی دارویی، دانشکده داروسازی،دانشگاه علوم پزشکی زنجان
4 - گروه زیست شناسی، واحد گچساران، دانشگاه آزاد اسلامی، گچساران، ایران
5 - گروه ایمونولوژی، انستیتوپاستور ایران، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1399/10/08 تاریخ پذیرش : 1400/10/26 تاریخ انتشار : 1400/12/01

کلید واژه: K2O1, نانو ذرات پلی لاکتیک-کو–گلیکولیک اسید, لیپوپلی‌ساکارید, کلبسیلاپنومونیه, واکسن,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: کلبسیلاپنومونیه شایع‌ترین باکتری بیماری‌زا در جنس کلبسیلاها است. سالیانه مرگ حدود 2 میلیون کودک کمتر از 5 سال از پنومونی گزارش می‌گردد. هم چنین کلبسیلاپنومونیه عامل ایجاد پنومونی و عفونت‌های مجاری ادراری، در بیماران با اختلال در سیستم ایمنی و جزء عفونت‌های بیمارستانی است. به دلیل مقاومت اکتسابی و ذاتی کلبسیلاپنومونیه جداشده در برابر طیف گسترده‌ای از آنتی‌بیوتیک‌ها، به نظر می‌رسد کنترل و درمان آن حیاتی است. هدف مطالعه حاضر استفاده از نانو ذرات Poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) در طراحی واکسن با آنتی‌ژن دتوکسیفیه شده لیپوپلی‌ساکارید کلبسیلاپنومونیه K2O1 در مدل عفونت ریوی موش BALB/C است.روش کار: در مطالعه حاضر آنتی‌ژن لیپوپلی‌ساکارید از سویه کلبسیلاپنومونیه به روش سانتریفیوژ با دور بالا استخراج و توسط فنل داغ سم‌زدایی گردید. سپس آنتی‌ژن لیپوپلی‌ساکارید با نانو ذرات پلی لاکتیک کو گلیکولیک اسید کونژوگه شدند. از روش طیف‌سنجی(FT-IR) مادون‌قرمز و(AFM) میکروسکوپ نیروی اتمی برای تائید انجام کونژوگاسیون با نانو ذرات استفاده شده است. برای بررسی اندوتوکسین واکسن طراحی‌شده از روش بررسی کیت(L.A.L) لیمولوس آمیبوسیت لیسیت تست و برای کنترل تب بر روی خرگوش و میزان مرگ‌ومیر بر روی موش‌ها بررسی گردید. موفقیت کونژوگه‌های آنتی‌ژن و نانو ذرات بر اساس اندازه و شارژ نانو ذرات حاوی آنتی‌ژن تائید شد.یافته ها: نتایج FT-IR و شکل پیک‌های مربوطه حضور گروه‌های عاملی آنتی‌ژن در ساختار نانوذره و تشکیل پیوند استری را تائید کردند. تصاویر حاصل از میکروسکوپ نیرواتمی نانو ذرات حاوی آنتی‌ژن لیپوپلی‌ساکارید و نانو ذرات قبل از کونژوگاسیون ، افزایش سایت‌های اتصالی نانو ذرات رانشان دادند. تغییر از حالت تیزی اولیه به پفکی پس از انجام کونژوگاسیون موفقیت حمل آنتی‌ژن توسط نانو ذرات را اثبات کرد. مشاهده نشدن تب در خرگوش و مرگ‌ومیر در موش‌ها اثبات گردید.نتیجه­گیری: نتایج حاصل مؤثر بودن واکسن را در ایمنی‌زایی نشان دادند و بنابراین به‌عنوان کاندیدای واکسنی مناسب علیه بیماری‌های ناشی از کلبسیلاپنومونیه در مرحله اول کارآزمایی بالینی پیشنهاد می‌گردد.

چکیده انگلیسی:

Inroduction & Objective: Klebsiella pneumoniae is the most common pathogenic bacterium in the genus Klebsiella. Every year, about 2 million children under the age of 5 die from pneumonia. Due to the acquired and inherent resistance of Klebsiella pneumoniae isolated against a wide range of antibiotics, its control and treatment appear to be critical. The aim of the present study was to use Polylactic-co-glycolic acid (PLGA) nanoparticles in vaccine design the LPS antigen of Klebsiella pneumoniae K2O1. So far, no work has been done on this strain of bacteria to make the PLGA-LPS vaccine. In the study, the results obtained from the tested mice showed that the mice were vaccinated. Immunized and titrated antibodies of IgM 315 cfu / well, IgG 321 cfu / well, and SIgA 365 cfu / well, elevated and in mice with invasion factor in patients and spleen and lung tissues, number of people compared to unvaccinated mice Is. Has gone to zero.Material and Method: In the present study, the LPS antigen was extracted from Klebsiella pneumoniae K2O1 by centrifugation and detoxified with phenol.Then the LPS antigen was conjugated to polylactic-co-glycolic acid nanoparticles. Infrared spectroscopy (FT-IR) and atomic force microscopy (AFM) were used to confirm conjugation with nanoparticles. To evaluate endotoxin of the vaccine designed Tested by Limolus amoebocyte lysate assay (LAL test). success of antigen and nanoparticles conjugates based on the size and charge of antigen-containing nanoparticles was confirmed by the zetasizer.Results: FT-IR results the shape of the corresponding peaks confirmed the presence of antigen-functional groups in the nanoparticle structure and the formation of bonds. AFM microscopic images of nanoparticles containing LPS antigen and nanoparticles before conjugation showed an increase in the binding sites of nanoparticles after conjugated. Change from initial sharpness to puffiness after conjugation proved the success of antigen transport by nanoparticles. Fever was not observed in rabbits and mortality was confirmed in BALB/C mice.Conclusion: The results showed that the vaccine was effective in immunogenicity and therefore suggested as a candidate for an effective vaccine against Klebsiella pneumoniae.

منابع و مأخذ:

1.Abboud, R., Charcosset, C., Greige-Gerges, H. (2017). Interaction of triterpenoids with human serum albumin: A review. Epub.

2.Aytenfisu, AH., Simon, R., MacKerell, AD. (2019). Impact of branching on the conformational heterogeneity of the lipopolysaccharide from Klebsiella pneumoniae: Implications for vaccine design. Epub.

3.Berti, F., Micoli, F.(2020). Improving efficacy of glycoconjugate vaccines: from chemical conjugates to next generation constructs. Epub.

4.Caroff, MG., Karibian, D. (1990). Several uses for isobutyric acid-ammonium hydroxide solvent in endotoxin analysis. Applied and Environmental Microbiology, 56(6);1957.

5.Chhibber, S., Bajaj, J. (1995). Polysaccharide-iron—regulated cell surface protein conjugate vaccine: its role in protection against Klebsiella pneumoniae-induced lobar pneumonia. Vaccine, 13(2); 179–184.

6.Chhibber, S., Rani, M., Yadav, V. (2005). Immunoprotective potential of polysaccharide-tetanus toxoid conjugate in Klebsiella pneumoniae induced lobar pneumonia in rats. Epub.

7.Choipang, C., Chuysinuan, P., Suwantong, O., Ekabutr, P., Supaphol, P. (2018). Hydrogel wound dressings loaded with PLGA/ciprofloxacin hydrochloride nanoparticles for use on pressure ulcers. Epub.

8.Clegg, S., Sebghati, TAS. (2002). 77 - Klebsiella pneumoniae. In: Sussman M, editor. Molecular Medical Microbiology. London: Academic Press; 1655–1680.

9.Clements, A., Tull, D., Jenney, AW. (2007). Secondary Acylation of Klebsiella pneumoniae Lipopolysaccharide Contributes to Sensitivity to antibacterial peptides. Journal of Biological Chemistry282(21); 15569–15577.

10.Cohen, D., Meron-Sudai, S., Bialik, A. (2019). Serum IgG antibodies to Shigella lipopolysaccharide antigens–a correlate of protection against shigellosis. Human Vaccines & Immunotherapeutics, 15(6); 1401–1408.

11.Fairley, SJ., Singh, SR., Yilma, AN. (2013). Chlamydia trachomatis recombinant MOMP encapsulated in PLGA nanoparticles triggers primarily T helper 1 cellular and antibody immune responses in mice: a desirable candidate nanovaccine. Epub.

12.Gentile, P., Chiono, V., Carmagnola, I., Hatton, PV. (2014). An overview of poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA)-based biomaterials for bone tissue engineering. International Journal of Molecular Sciences, 15(3); 3640–3659.

13.Gomelsky, M., Hoff, WD. (2011). Light helps bacteria make important lifestyle decisions. Trends in Microbiology, 19(9); 441–448.

14.Grilló, MJ., Manterola, L., De Miguel, MJ. (2006). Increases of efficacy as vaccine against Brucella abortus infection in mice by simultaneous inoculation with avirulent smooth bvrS/bvrR and rough wbkA mutants. Vaccine, 24(15); 2910–2916.

15.Hussein, KE., Bahey-El-Din, M., Sheweita, SA. (2018). Immunization with the outer membrane proteins OmpK17 and OmpK36 elicits protection against Klebsiella pneumoniae in the murine infection model. Epub.

16.Kelly, SD., Clarke, BR., Ovchinnikova, OG. (2019). Klebsiella pneumoniae O1 and O2ac antigens provide prototypes for an unusual strategy for polysaccharide antigen diversification. Journal of Biological Chemistry, 294(28); 10863–10876.

17.Konadu, EY., Lin, F-YC., Hó, VA. (2000). Phase 1 and phase 2 studies of Salmonella enterica serovar paratyphi A O-specific polysaccharide-tetanus toxoid conjugates in adults, teenagers, and 2-to 4-year-old children in Vietnam. Infection and Immunity, 68(3); 1529 –1534.

18.Martora, F., Pinto, F., Folliero, V. (2019). Isolation, characterization and analysis of pro-inflammatory potential of Klebsiella pneumoniae outer membrane vesicles. Epub.

19.Micoli, F., MacLennan, CA. (2020). Outer membrane vesicle vaccines. Epub.

20.Pallach,. M, Lorenzo, FD., Facchini, FA. (2018). Structure and inflammatory activity of the LPS isolated from Acetobacter pasteurianus CIP103108. Epub.

21.Peek, LJ., Middaugh, CR., Berkland, C. (2008). Nanotechnology in vaccine delivery. Advanced Drug Delivery Reviews, 60(8);915–928.

22.Rice-Ficht, AC., Arenas-Gamboa, AM., Kahl-McDonagh, MM., Ficht, TA. (2010). Polymeric particles in vaccine delivery. Current Opinion in Microbiology, 13(1); 106–112.

23.Safari Zanjani, L., Shapoury, R., Dezfulian, M., Mahdavi, M., Shafieeardestani, M. (2018). Preparation of PLGA (poly lactic-co-glycolic acid) nanoparticles Containing Pseudomonas aeruginosa Alginate, LPS and Exotoxin A as a Nano-vaccine. Biological Journal of Microorganism, 7(26); 11–27.

24.Schöll, I., Kopp, T., Bohle, B., Jensen-Jarolim, E. (2006). Biodegradable PLGA particles for improved systemic and mucosal treatment of type I allergy. Immunology and Allergy Clinics of North America, 26(2); 349–364.

25.Sekhon, BS., Saluja, V. (2011). Nanovaccines-an overview. Int J Pharm Front Res, 1(1); 101–109.

26.Shapouri, R. (2020). Evaluation of immunogenicity of PLGA - Proteus mirabilis detoxified lipopolysaccharide conjugate against urinary tract infection in mice, The Quartrely Journal of Animal Physiology and Development, 13 (4); 99-115.

27.Tomas, JM., Camprubi, S., Williams, P. (1988). Surface exposure of the O-antigen in Klebsiella pneumoniae O1:K1 serotype strains. Microbial Pathogenesis, 5(2);141–147.

28.Tomazi, T., Tomazi, ACCH., Silva, JCC. (2021). Immunization with a novel recombinant protein (YidR) reduced the risk of clinical mastitis caused by Klebsiella spp. and decreased milk losses and culling risk after Escherichia coli infections. Epub.

29.Wileman, B. (2010). Preharvest Escherichia coli o157: h7 vaccination of beef cattle: industry-wide acceptance through a beef production lifecycle approach. Epub.

30.Wu, G., Ji, H., Guo, X. (2020). Nanoparticle reinforced bacterial outer-membrane vesicles effectively prevent fatal infection of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae. 2020 Epub.

31.Wu, M., Li, X. (2015). Chapter 87 - Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa. In: Tang Y-W, Sussman M, Liu D, Poxton I, Schwartzman J, editors. Molecular Medical Microbiology (Second Edition). Boston: Academic Press; 1547–1564.

32.Zigterman, J., van Dam, J., Snippe, H. (1985). Immunogenic properties of octasaccharide-protein conjugates derived from Klebsiella serotype 11 capsular polysaccharide. Infection and Immunity, 47(2); 421–428.