高免疫原性狂犬病毒固定株的选育及其在疫苗开发中的应用
技术领域
本发明涉及一种狂犬病毒固定株的选育方法及其应用,具体涉及一种高免疫原性狂犬病毒固定株的选育及其在狂犬病疫苗开发中的应用。
背景技术
狂犬病是一种严重的致死性流行病。感染狂犬病毒后一旦出现临床症状,存活的预后极差,死亡几乎不可避免。目前全球超过25亿人生活在狂犬病流行区而受到该疾病的威胁,每年导致5万多人死亡,其中半数以上是年龄小于15岁的儿童,他们是感染狂犬病的高危人群。中国也是狂犬病流行高发区,狂犬病死亡率长期居于中国各类法定传染病首位。
由于没有任何针对狂犬病的有效治疗药物能够成功得到应用,研发狂犬病疫苗(包括人用疫苗和动物用疫苗)成为控制疾病危害的唯一有效手段。
人用狂犬病疫苗的研发历史已超过百年。鉴于狂犬病的超高致死率,疫苗品种更新换代的需求比其他流行病疫苗更为迫切,研发更为安全有效的新一代人用狂犬病疫苗成为疫苗开发的热点。国内外研发了种类繁多的人用狂犬病疫苗新品种,包括全病毒灭活疫苗、减毒活疫苗、基因工程疫苗、DNA疫苗等。在这些不同类型人用狂犬病疫苗研发品种中,全病毒灭活疫苗的保护效果是最好的,也是目前唯一得到临床应用的人用狂犬病疫苗。预计在未来相当长的一段时期,人用狂犬病疫苗的更新换代,依然将以全病毒灭活疫苗技术路线为重点。其中,Vero细胞疫苗以其安全性好、成本低以及适应于工业化生产等优势,成为国内外人用狂犬病疫苗研发的主流。
现有的人用狂犬病疫苗存在免疫失败的问题,Vero细胞疫苗也不例外,尤其是针对严重暴露于狂犬病毒的人群,免疫失败比例较高。导致免疫失败的重要原因之一是疫苗生产用毒种免疫原性不够高。对于严重暴露于狂犬病毒的人群,如果疫苗生产用毒种免疫原性偏低,普通的抗原剂量就不足以保证疫苗的免疫保护效果,而进一步提高抗原剂量又可能导至免疫人群出现严重的不良免疫反应。通过提高疫苗生产用毒种的免疫原性,就有可能在不增加抗原剂量、保证安全性的前提下大幅度提高疫苗对所有免疫人群的保护效果。因此,高免疫原性疫苗生产用毒种的选育对人用狂犬病疫苗更新换代、进一步提高疫苗免疫保护效果、降低狂犬病的发病率和死亡率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高免疫原性狂犬病毒固定株的选育方法,尤其是能用Vero细胞进行大规模、高产率培养的高免疫原性狂犬病毒固定株的选育方法。
本发明的另一目的是提供新的狂犬病毒固定株。具体涉及所述的狂犬病毒固定株,能以Vero细胞作培养基质高滴度培养;与国内外现有的狂犬病毒固定株相比,免疫原性更高;病毒基因组碱基序列及病毒蛋白质氨基酸序列与国内外现有的狂犬病毒固定株不同,且这些基因组碱基序列的差异和蛋白氨基酸序列的差异能稳定遗传,在以Vero细胞进行连续传代过程中至少15代以内保持不变。
本发明还提供了以此选育方法得到的狂犬病毒固定株在开发人用或动物用疫苗中的应用。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
(1) 鼠脑毒种的扩增和纯化
从国内外被普遍认可的病毒保藏机构取回aG株或其他经动物脑组织传代建株的狂犬病毒固定株,病毒接种20-25日龄豚鼠脑腔,豚鼠出现典型狂犬病症状时无菌条件下取脑,加入维持液A(含0.5%牛白蛋白的M199培养基,PH7.0—8.0)后研磨脑组织制成匀浆,高速离心除去沉淀,上清液经蔗糖密度梯度超速离心3-5小时,收取蔗糖浓度为45%-55%的组份,透析去除蔗糖,稀释制成滴度为9.0-10.0LogLD50/ml病毒悬液;
(2)鼠脑病毒对Vero细胞的适应培养
从美国典型培养物保藏中心(ATCC)获取的Vero细胞,贴壁培养24-72小时,胰蛋白酶消化并离心收集细胞;加入含胰蛋白酶/EDTA/牛血清白蛋白的M199培养基,PH7.0-8.0;含胰蛋白酶/EDTA/牛血清白蛋白的M199培养基优选:0.01%—0.1%胰蛋白酶、0.1—1mM EDTA、0.5—1%牛血清白蛋白的M199培养基,PH7.0—8.0;制成密度为5×105-2×106cells/ml的细胞悬液;按病毒∶细胞为1∶1——1∶100的量加入步骤(1)制备的病毒悬液,25-40℃条件下放置10-60分钟;加入含5-10%牛血清的M199培养基,PH7.0-8.0,接种细胞培养瓶,接种量0.5-1×105cells/cm2,37℃条件下贴壁培养;24-48小时后培养液更换成含0.5%牛血清白蛋白的M199培养基,PH7.0-8.0,30-34℃条件下贴壁培养;96-144小时后收获培养液,蔗糖密度梯度超速离心纯化和浓缩病毒,制备病毒悬液,为低代次细胞适应病毒;
(3)Vero细胞培养病毒在裸鼠脑组织中扩增
步骤(2)得到的病毒悬液接种裸鼠脑腔,动物出现典型狂犬病症状时无菌条件下取脑,按步骤一同样方法制备病毒悬液;
低代次细胞适应病毒培养液病毒滴度较低;动物脑组织是狂犬病毒天然培养基质,故可用动物脑组织扩增Vero细胞适应病毒,提高滴度;国内外大多使用豚鼠脑、小鼠脑、兔脑或羊脑扩增狂犬病毒,但这些动物不适合用于高免疫原性的狂犬病毒扩增,因为这些动物都具有健全的免疫系统,高免疫原性的病毒会导至动物产生细胞凋亡等免疫反应而形成负选择,影响选育效果;裸鼠是免疫缺陷动物,故本发明使用裸鼠。
(4) 病毒在裸鼠脑组织和Vero细胞上交替传代
重复步骤(2)和步骤(3),病毒在裸鼠脑组织和Vero细胞上交替传代2-10次,优选5-8次,最优选6次,制备6代Vero细胞传代培养的病毒悬液;
(5)本步骤可使Vero细胞适应的病毒突变体(包括高免疫原性的突变体)不断得到优选
病毒在Vero细胞上连续传代
步骤(4)得到的病毒悬液接种贴壁培养的Vero细胞,32-34℃培养72-168小时,收获病毒培养液,小鼠脑腔法测定病毒滴度,并在Vero细胞上连续传代,直到病毒滴度高于7.5LogLD50/ml;
(6)本步骤可使Vero细胞适应的病毒突变体(包括高免疫原性的突变体)进一步得到优选
病毒单克隆纯化、筛选和保存建株
步骤(5)得到的滴度高于7.5LogLD50/ml的病毒培养液,按文献方法制备Vero细胞的病毒蚀斑,微型注射器吸取单斑病毒培养液,经Vero细胞扩大培养,收获病毒培养液,小鼠脑腔法测定培养液病毒滴度、ELISA方法抗原含量、NIH方法测定效力、以效力/ ELISA抗原量的比活标定病毒免疫原性,选取病毒滴度高于7.5LogLD50/ml、免疫原性比活高于2.0的多个单斑病毒培养液分别进行分装、冷冻干燥后保存于-20℃冰箱;
对保存的毒种进行基因组序列分析,并与起始鼠脑毒种比较,病毒基因组的碱基序列和病毒蛋白的氨基酸序列均出现明显差异;
(7) 选育毒种的传代稳定性分析
步骤(6)得到的若干株候选毒种,在Vero细胞上连续传15代以上,每代或隔三代进行一次检定:小鼠脑腔法测定培养液病毒滴度、ELISA方法抗原含量、NIH方法测定效力、以效力/ ELISA抗原量的比活标定病毒免疫原性、病毒基因组序列分析和病毒蛋白氨基酸序列分析测定毒种遗传稳定性,选取以上各项检定数据至少15代以内保持稳定的候选毒种作为疫苗生产用毒种;上述的百分含量为质量百分含量。
选育毒种在狂犬疫苗研发中的应用
步骤(7)选育的疫苗生产用毒种,接种方瓶、转瓶或生物反应器培养的Vero细胞,32-34℃培养72-168小时,收获病毒培养液,小鼠脑腔法测定培养液病毒滴度,均高于7.0LogLD50/ml;β-丙内脂方法或甲醛方法灭活病毒,NIH方法测定原液效力,均高于5.0IU/ml;蔗糖密度梯度超速离心方法纯化灭活后的病毒培养液,收取45-55%蔗糖浓度的组份,透析法除蔗糖,测蛋白含量,按5ug/ml蛋白含量分装,加入人血白蛋白作保护剂,冷冻干燥制成疫苗,NIH方法测定原液效力,均高于2.5IU/剂;ELISA方法测抗原含量,均不高于效力值的1/2,所述的Vero细胞为非洲绿猴肾细胞。
本发明的优点在于:以该方法选育的新狂犬病毒固定株,可在Vero细胞上高滴度扩增;扩增的病毒具有比现有的狂犬病毒固定株更高的免疫原性;新狂犬病毒固定株在Vero细胞上连续多次传代依然保持生物学、遗传学和其他特性的稳定性。基于这些特征,新狂犬病毒固定株可用于大规模、工业化生产免疫保护效果更好、安全性更高的狂犬病疫苗。
与市售的各种狂犬病疫苗比较:用同样的ELISA试剂盒测定抗原量,同样条件下的NIH方法测定效力。结果这些疫苗的ELISA抗原量值均高于效力值。表明本发明选育的狂犬病毒固定株免疫原性至少是现有疫苗生产用毒种的2倍以上。
附图说明
图1:GNV12毒株与标准株4aG的免疫原型关键蛋白(G蛋白)氨基酸序列比较;
说明:图1为GNV12毒株与标准株4aG的免疫原性关键蛋白(G蛋白)氨基酸序列比较,其中174位氨基标准株4aG为脯氨酸(P),GNV12毒株为丝氨酸(S),308位氨基酸标准株4aG为缬氨酸(V),GNV12毒株为异亮氨酸(I)。
图2:GNV12毒株的原始保存株与第15代Vero细胞传代株G蛋白氨基酸序列比较;
说明:图2为GNV12毒株的原始保存株与第15代Vero细胞传代株G蛋白氨基酸序列比较。经过15代的的传代,毒株的氨基酸序列保持稳定。
图3:GNV12毒株培养液密度梯度离心纯化图
说明:以GNV12毒株为疫苗生产用毒种,Vero细胞为培养基质,病毒培养液经浓缩后进行蔗糖密度梯度超速离心紫外分光光度仪检测各组分光吸收,分组分收集不同蔗糖浓度的组分。
具体实施方式
以下用实施例对本发明举例说明,旨在阐述本发明的最佳实施方案,但本发明的保护范围并不限于此实施例。
实施例1
病毒株G0的制备
将冻干狂犬病毒固定株4aG株干粉悬浮于注射用水,用维持液A(含0.5%牛血白蛋白的M199培养基,PH7.0—8.0)稀释10倍,脑腔接种体重45-50g豚鼠,0.1ml/只;96小时后无菌取脑,3个鼠脑合并,加入12ml维持液A,匀浆器制成匀浆;高速离心(10000×G,30分钟,4℃)去除沉淀;上清液置于密度梯度为30-60%的蔗糖层上进行超速离心(80000—100000×G,240分钟,4℃),分组份收集溶液,测定各组份溶液的蔗糖含量和抗原量;合并蔗糖浓度为45-55%的组份,装入分子截留为30K的透析袋,在维持液A中透析除糖,得到病毒悬液,编号G0。
实施例2
病毒株GV1的制备
24—72小时贴壁培养的Vero细胞,胰蛋白酶消化后用维持液B(0.01%—0.1%胰蛋白酶、0.1—1mM EDTA、0.5—1%牛血清白蛋白的M199培养基,PH7.0—8.0)制成密度为4×106cells/ml的细胞悬液;按病毒∶细胞为1∶1—1∶100的量加入实施例1制备的G0病毒悬液,37℃条件下放置,定时摇匀;30分钟后接种细胞培养瓶,接种量5×105-2×106cells/ml,加入培养液A(含0.5%牛白蛋白的M199培养基,PH7.0—8.0),37℃条件下贴壁培养;48小时后去培养液A,加入维持液B(含0.5%牛血清白蛋白的M199培养基,PH7.8),30-34℃条件下贴壁培养;144小时后收获培养液,按实施例1相同方法进行蔗糖密度梯度超速离心纯化和浓缩病毒,制备病毒悬液,编号GV1;小鼠脑腔法测定病毒滴度为4.6 LogLD50/ml。
实施例3
病毒株GNV1的制备
实施例2制备的GV1病毒悬液,,脑腔接种体重8-10g裸鼠,接毒量20ul/只,72-96小时后无菌取脑,按实施例1相同方法制备病毒悬液,编号GNV1。小鼠脑腔法测定病毒滴度为8.02 LogLD50/ml。
实施例4
病毒株GNV6的制备
实施例3制备的GNV1病毒,按实施例2和实施例3方法进行Vero细胞和裸鼠交替传代,重复5次,制备Vero细胞培养毒种,该毒种累计经6次Vero细胞传代,编号为GNV6,小鼠脑腔法测定病毒滴度为6.55 LogLD50/ml。
实施例5
病毒株GNV9的制备
48小时贴壁培养的Vero细胞,去原培养液,加入维持液B,同时接种实施例4制备的GNV6病毒液,接毒量为MOI=0.01—1.0,32—34℃条件下静置培养,144小时后收获培养液,小鼠脑腔法测定病毒滴度;重复此过程,使病毒株GNV9在Vero细胞上连续传代3次,收获病毒液,编号为GNV9,小鼠脑腔法测定病毒滴度为7.83 LogLD50/ml。
实施例6
病毒株GNV12的制备
10cm2塑料培养皿培养Vero细胞,长满至单层时去培养液,加入0.4ml实施例5制备的并经103倍稀释的GNV9病毒液,摇动培养皿使病毒液均匀涂布到细胞层上,37℃静置45分钟,加入8ml半固体M199培养基(含50mM Hepes-0.1mg/ml甲基纤维素-0.5%牛白蛋白的M199培养基,PH7.8—8.0)34℃、5%CO2条件下培养144小时,倒置显微镜下可见因病毒侵蚀的细胞病变斑,挑选5个病变斑,编号分别为GNV10-1、GNV10-2、GNV10-3、GNV10-4、GNV10-5,微型注射器吸出蚀斑中央的培养液0.1ml,接种到长满单层Vero细胞的12孔板,每孔加入2ml维持液B, 32—34℃、5%CO2条件下培养144小时,收获病毒培养液,编号分别为GNV11-1、GNV11-2、GNV11-3、GNV11-4、GNV11-5;每个编号分别吸取1ml病毒培养液,转接至长满单层Vero细胞的175cm2培养瓶,加入50ml维持液B, 32—34℃、5%CO2条件下培养144小时,收获病毒培养液,编号分别为GNV12-1、GNV12-2、GNV12-3、GNV12-4、GNV12-5;ELISA方法测狂犬病毒抗原量、小鼠脑腔法测狂犬病毒滴度、NIH方法测培养原液的狂犬病毒保护效力,结果见表1:
表1 5个单克隆纯化毒株三项疫苗相关指标检测结果
将175cm2细胞培养瓶收获的病毒培养液对等量加入脱脂牛奶,分装到2ml玻璃安碚瓶,1ml/瓶,冷冻干燥,保存于-20℃冰箱,成为疫苗生产用原始毒种库。
对病毒株GNV12进行形态学特征分析:Vero细胞培养的病毒收获液,蔗糖密度梯度超速离心纯化,电镜观察,并与选育起始病毒株4aG比较,病毒株GNV12呈现典型狂犬病毒形态,见附图1。
对病毒株GNV12进行基因组序列分析,并与选育起始病毒株4aG基因组序列比较,病毒株GNV12多个碱基发生变异,见附图2。
比较病毒株GNV12与起始病毒株4aG的5个结构蛋白和非结构蛋白,病毒株GNV12共有8个以上氨基酸发生变异,见附图3。
对病毒株GNV12进行传代稳定性分析:取出一支原始毒种库安碚瓶,1ml注射用水悬浮病毒,按MOI=0.01—1接种长满单层Vero细胞的25cm2培养瓶,加入9ml维持液B,32—34℃条件下培养96小时,收获病毒培养液,转接长满单层Vero细胞的25cm2培养瓶,同样条件下进行培养、收液、转接,连续进行15代培养,不同代次病毒培养液进行入下检测:
病毒滴度、ELISA抗原含量、原液效力和免疫原性:每隔3代检测一次,小鼠脑腔法测病毒滴度,NIH方法测效力,并将效力与(1)项检测的同代次病毒培养液抗原含量比活标定病毒培养液的免疫原性,结果见表2:
表2 GNV12在Vero细胞上连续传代的培养原液检测结果
遗传稳定性:对第15代传代病毒进行基因组序列分析,根据序列分析结果比较其与GNV12原始毒种的5个蛋白氨基酸序列,结果证明GNV12发生的氨基酸变异,至少15代内可稳定遗传。
实施例7
病毒株GNV12在高免疫原性狂犬病疫苗开发中的应用
将总数为2.5—6×108cells,转接至2.2L生物反应器,罐内预装4.5g细胞培养用微载体 ,加入培养液A,搅拌培养,培养条件为:温度36—37℃,溶氧20—50%,PH7.0—8.0,搅拌速度30—50转/分钟;12小时后以培养液A进行连续灌流培养,灌流量50—80毫升/小时,继续84小时;排空培养液,加入维持液B,按MOI=0.05接种GNV12病毒液,搅拌培养,搅拌速度30—50转/分钟,温度34℃,PH7.0—8.0,其余培养条件不变;8小时后以维持液B进行灌流培养,灌流量60毫升/小时;继续培养40小时后开始收获病毒培养液,连续灌流方式收液192小时,收液量11.5升,对培养原液进行病毒滴度、ELISA抗原含量、NIH效力检测,结果见表4;培养原液超滤浓缩至500ml,蔗糖区带超速离心,离心条件:20-60%蔗糖梯度、900000×G、4小时、4℃,分组份收液,合并蔗糖浓度为45-55%的组份,用维持液B进行透析除糖,加入β-丙内脂至终浓度为1/4000, 4℃温度下灭活病毒24小时,37℃水解β-丙内脂2小时,得到150ml纯化后原液;纯化后原液蛋白浓度为122ug/ml,用维持液C(含2%人白蛋白的M199培养基,PH7.5)将纯化后原液分别稀释12×和24×,使抗原蛋白量分别为10ug/ml和5ug/ml,分装至2ml玻璃管制品,每支1ml,冷冻干燥,扎盖后制备成品疫苗,分别检测疫苗的抗原量和效力,结果见表4。
GNV12作疫苗生产用毒种试制狂犬病疫苗与国内上市的狂犬病疫苗免疫原性比较:根据现有狂犬病疫苗质量标准,NIH效力为不低于2.5IU/ml,抗原装量为不高于80ug/剂,而本发明试制的狂犬病疫苗效力为不低于2.5IU/ml,抗原装量为不高于10ug/剂,初步判定本发明试制的狂犬病疫苗免疫原性高于现有狂犬病疫苗。为进一步比较本发明的优点,分别购买6个批号的市售狂犬病疫苗,其中,二批为aG毒种生产的疫苗,二批为CTN毒种生产的疫苗,二批为PV毒种生产的疫苗。分别检测各批疫苗的ELISA抗原量和NIH效力,以NIH/ELISA比活标定疫苗免疫原性,并与本发明试制的疫苗进行比较,结果见表4。
表3 GNV12作疫苗生产用毒种试制狂犬病疫苗检测结果
表4 本发明试制的疫苗与各种市售疫苗的免疫原性比较
表4结果证明本发明毒种制备的狂犬病疫苗比现有的各种同类疫苗免疫原性高2倍以上。