Ein Ad5-vektorisierter COVID-Impfstoff, der ein S1-N-Fusionsprotein exprimiert

In einer kürzlich veröffentlichten Studie bioRxiv* Preprint-Server charakterisierten Forscher die Entwicklung von mehreren Adenovirus-Vektoren und rekombinanten Protein-Untereinheiten-Impfstoffkandidaten für das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Neu auftretende SARS-CoV-2-Varianten haben neue Eigenschaften gezeigt, darunter eine erhöhte Übertragung und eine robustere Umgehung des menschlichen Immunsystems. Dies erfordert die Entwicklung neuer Impfstoffe gegen die Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19), die auf Regionen abzielen könnten, die in SARS-CoV-2 stärker konserviert sind.

Studien: Adenovirus-vektorisierter SARS-CoV-2-Impfstoff, der S1-N-Fusionsprote exprimiertin. Bildnachweis: F8-Studio / Shutterstock

Über das Studium

In der vorliegenden Studie beschrieben die Forscher die Erzeugung eines Adenovirus-basierten SARS-CoV-2-Impfstoffs zusammen mit der Wirksamkeit einer heterologen Impfstoff-Auffrischimpfungsdosis, die mit einem rekombinanten SARS-CoV-2-Untereinheiten-Impfstoff verabreicht wird.

Das Team subklonierte das SARS-CoV-2 Spike 1 (S1)-Protein und das Wildtyp-Nukleoprotein (N)-Gen, um pAd / SARS-CoV-2-S1N zu produzieren. Das Ad5.SARS-CoV-2-S1N (Ad5.S1N) wurde anschließend unter Verwendung von homologer Rekombination hergestellt, um ein E1/E3-deletiertes replikationsdefizientes humanes Typ-5-Adenovirus zu erzeugen, das das SARS-CoV-2-S1-Protein exprimiert. Die virale Expression aufgrund des adenoviralen Kandidaten wurde durch Infizieren des A549-Überstands mit Ad5.S1N und Bewerten des Überstands unter Verwendung von Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) und Western-Blot-Analyse nachgewiesen. Anschließend erkannte das Team die rekombinanten SARS-CoV-2-S1N-Proteine ​​mithilfe der polyklonalen N- und S1-Antikörper.

Die Immunogenität von Ad5.S1N wurde mit der von Ad5.S1 verglichen, indem die Endpunkttiter von S1-spezifischem Immunglobulin G (IgG), IgG1 und IgG2a in den serologischen Proben von Mäusen bewertet wurden, die entweder intranasal (IN) oder subkutan (SC) geimpft wurden ) ) Injektion und von Kontrollmäusen. Die gesammelten Serumproben wurden verdünnt, um die Endpunkttiter unter Verwendung eines enzymgebundenen Immunosorbent-Assays (ELISA) abzuschätzen.

Das Team verwendete auch einen Mikroneutralisationsassay (NT90), die die Fähigkeit der Serumproben testeten, die SARS-CoV-2-Infektiosität zu neutralisieren. Serumproben von Mäusen sechs bis acht Wochen nach der Impfung wurden ebenfalls auf SARS-CoV-2-spezifische neutralisierende Antikörper getestet. Die S1- und N-spezifische zelluläre Immunität in geimpften Mäusen wurde durch Quantifizierung von Interferon-γ bestimmt+ (IFNγ+), zytotoxische (CD8 +) und CD4 + T-Zell-Antworten durch Durchflusszytometrie und intrazelluläre Zytokinfärbung (ICS).

Darüber hinaus untersuchte das Team die Strategien zur Verabreichung von Primär- und Auffrischungsimpfungen in Form von homologen und heterologen Impfplänen. Die Effizienz eines heterologen Schemas mit Ad5.S1N verabreichtem SC als Primärimpfstoff, verstärkt durch rekombinantes Untereinheit-S1-Wildtyp-(WT)-Protein, wurde ebenfalls bewertet.

Ergebnisse

Die Studienergebnisse zeigten, dass die Endpunkttiter von S1-spezifischem IgG, IgG1 und IgG2a für Ad5.S1 und Ad5.S1N vergleichbar waren. Die subkutane Verabreichung von Ad5.S1 und Ad5.S1N zeigte jedoch einen signifikanten Anstieg der IgG-Titer bis zu zwei Wochen nach einer Impfdosis im Vergleich zur Kontrollgruppe. Andererseits stiegen die IgG-Titer nach IN-Verabreichung von Ad5.S1 und Ad5.S1N drei Wochen nach der Impfung auf ähnliche Werte wie bei der SC-Injektion. Die ähnlichen Titer von IgG1 und IgG2a, die durch Ad5.S1 und Ad5.S1N induziert wurden, zeigten eine ausgewogene T-Helfer-1-(Th1)- und Th2-Zellantwort an.

Darüber hinaus fand das Team keine neutralisierenden Antikörperreaktionen im Serum von Kontrollmäusen. Bei mit Ad5.S1 und Ad5.S1N geimpften Mäusen wurden jedoch sechs Wochen nach der Impfung neutralisierende Antikörper beobachtet. Bemerkenswerterweise war die neutralisierende Antikörperantwort für die SC-Injektion von geringerem Ausmaß als die für die IN-Verabreichung sowohl für die Ad5.S1- als auch für die Ad5.S1N-Impfung.

Neutralisierende Antikörperantworten bei Mäusen 7 Wochen nach heterologer Prime-Boost-Immunisierung.  Gruppe 1 prime und homologer Boost 45 ug rS1 WT.  Gruppe 2 Prime und homologer Boost 45 ug rS1 B.1.351.  Gruppe 3 prime und homologer Boost mit 45 ug rS1 WT + B.1.351.  Gruppe 4 prime 45 ug rS1 WT und heterologer Boost 45 ug rS1 B.1.351.  Gruppe 5 prime 1 × 1010 vp Ad5.S1N und heterologer Boost 45 ug rS1 WT.  Gruppe 6 prime 1 × 1010 vp Ad5.S1N und heterologer Boost 45 ug rS1 B.1.351.  Serum von immunisierten Mäusen wurde mit einem Plaque-Reduktions-Neutralisationstest (PRNT) mit drei verschiedenen SARS-CoV-2-Stämmen aus Wuhan, Südafrika (Beta B.1.351) oder Brasilien (Gamma P.1) auf neutralisierende Antikörper getestet.  Neutralisierung des Wuhan-Stammes dargestellt durch Kreis, Neutralisierung von Beta B.1.351 dargestellt durch Quadrat und Neutralisierung von Gamma P.1 dargestellt durch Dreieck.  Serumtiter, die im Vergleich zur Viruskontrolle zu einer 90-prozentigen Reduktion der viralen SARS-CoV-2-Plaques (NT90) führten, werden sieben Wochen nach der ersten Impfung angegeben, und die Balken stellen geometrische Mittelwerte dar (N = 5 Mäuse pro Gruppe).  Die Ergebnisse stammen aus einem einzigen Tierversuch.  Im Serum der PBS-Kontrollgruppe wurden keine neutralisierenden Antikörper nachgewiesen (nicht gezeigt).  Dieses Experiment wurde einmal durchgeführt.

Neutralisierende Antikörperantworten bei Mäusen 7 Wochen nach heterologer Prime-Boost-Immunisierung. Gruppe 1 prime und homologer Boost 45 ug rS1 WT. Gruppe 2 Prime und homologer Boost 45 ug rS1 B.1.351. Gruppe 3 prime und homologer Boost mit 45 ug rS1 WT + B.1.351. Gruppe 4 prime 45 ug rS1 WT und heterologer Boost 45 ug rS1 B.1.351. Gruppe 5 prime 1 × 1010 vp Ad5.S1N und heterologer Boost 45 ug rS1 WT. Gruppe 6 prime 1 × 1010 vp Ad5.S1N und heterologer Boost 45 ug rS1 B.1.351. Serum von immunisierten Mäusen wurde mit einem Plaque-Reduktions-Neutralisationstest (PRNT) mit drei verschiedenen SARS-CoV-2-Stämmen aus Wuhan, Südafrika (Beta B.1.351) oder Brasilien (Gamma P.1) auf neutralisierende Antikörper getestet. Neutralisierung des Wuhan-Stammes dargestellt durch Kreis, Neutralisierung von Beta B.1.351 dargestellt durch Quadrat und Neutralisierung von Gamma P.1 dargestellt durch Dreieck. Serumtiter, die im Vergleich zur Viruskontrolle zu einer 90-prozentigen Reduktion der viralen SARS-CoV-2-Plaques (NT90) führten, werden sieben Wochen nach der ersten Impfung angegeben, und die Balken stellen geometrische Mittelwerte dar (N = 5 Mäuse pro Gruppe). Die Ergebnisse stammen aus einem einzigen Tierversuch. Im Serum der PBS-Kontrollgruppe wurden keine neutralisierenden Antikörper nachgewiesen (nicht gezeigt). Dieses Experiment wurde einmal durchgeführt.

Die Forscher bemerkten auch, dass die IN-Abgabe von Ad5.S1 oder Ad5.S1N im Vergleich zu den Kontrollmäusen, denen IN verabreicht wurde, nicht zu einer erhöhten systemischen Immunität durch S1- oder N-spezifische CD8 + -T-Zellen führte. Die SC-Injektion verursachte jedoch eine signifikante Verbesserung der systemischen Immunität durch S1-spezifisches IFNγ+ CD8 + T-Zellen im Vergleich zur IN-Verabreichung in den geimpften und den Kontrollkohorten sowie den SC-Injektionen in den Kontrollmäusen. Dies deutete darauf hin, dass eine einzelne Impfstoffdosis von Ad5.S1 oder Ad5.S1N, die entweder durch SC oder IN verabreicht wurde, zu einer signifikanten S1-spezifischen IgG-Antwort führte. Darüber hinaus erhöhte die Zugabe des N-Proteins durch den Ad5.S1N-Impfstoff die Induktion von S1-spezifischen CD8 + -T-Zellen.

Das Team beobachtete, dass ein homologer Impfplan mit Ad5.S1N verabreichtem IN als Prime und SC als Booster-Dosis zusammen mit Ad5.S1N verabreichtem SC Prime und SC rekombinanter S1-Booster-Dosis drei und sechs Wochen nach der Impfung im Vergleich wesentlich höhere IgG-Spiegel aufwies zur Kontrollgruppe. Im Gegensatz dazu zeigte Ad5.S1N, das als SC-Prime- und SC-Booster-Dosis verabreicht wurde, keine Verbesserung der IgG-Spiegel.

Fazit

Die Studienergebnisse unterstrichen das Potenzial von Ad5.SARS-CoV-2-S1N als neuartiger COVID-19-Impfstoff aufgrund seiner Induktion von Anti-SARS-CoV-2-Antigen-spezifischen zellulären und humoralen Immunantworten. Insbesondere der heterologe Ad5.SARS-CoV-2-S1N-Primär- und Untereinheiten-rekombinante S1-Protein-Booster-Impfstoffplan hat eine hohe Wirksamkeit gegen COVID-19 sowie aufkommende SARS-CoV-2-Varianten gezeigt.

* Wichtiger Hinweis

bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die keinem Peer-Review unterzogen wurden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, die klinische Praxis / gesundheitsbezogenes Verhalten leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Zeitschriftenreferenz:

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