DE2461439A1 - Schuetzendes pertussis-antigen und verfahren zu seiner herstellung sowie jenes enthaltende mittel - Google Patents
Schuetzendes pertussis-antigen und verfahren zu seiner herstellung sowie jenes enthaltende mittelInfo
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Description
2A6U39
BFHRINGV/ΞΡΚΕ AKTIENGESELLSCHAFT, Karburr (Lahn)
Aktenzeichen: Hoe 7^/B 032 - Ka 214
Datum: 23. Dezember 1974
Schützendes Pertussis-Antigen und Verfahren zu seiner Herstellung sowie jenes enthaltende Mittel
Die Erfindung betrifft ein adsorbiertes schützendes Antigen
von Eordetella pertussis sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung durch Extraktion der Keime und eine anschliessend
e Adsorption de"" extrahierten Antigene an ein Trägermaterial,
ferner Mittel, insbesondere Pertussis-Impfstoffe,
welche diese adsorbierten Antigene enthalten.
Die herkömmlichen Pertussis-Impfstoffe zur aktiven Immunisierung
gegen Keuchhusten enthalten meist abgetötete Keime der Bordetella pertussis. Von den Pertussiskeimen ist bekannt,
dass sie beim Impfling häufig lokal an der Impfstelle Schmerzen und Entzündungenj aber auch Fieber und in seltenen Fällen
zudem neurologische Komplikationen wie die gefürchtete Enze-JL/ J. XCX-L. J- VJ- Ξ "C" jT*^-iX^ GsJ^V- AiOi* ·
Es ist deshalb schon versucht worden, den keimhaltigen Impfstoff
durch einen Extraktimpfstoff mit dem Ziel einer -besseren
Verträglichkeit zu ersetzen. Die mehrfach beschriebene Herstellung
von Extrakten aus Pertussislteimen mittels Salzlösungen
führt z.wt zu einer Solubilisierung eines geringen Teils des
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Schutzantigenkomplexes; die Ausbeuten sind relativ niedrig,
die Extrakte bestehen wie die Keime aus einer Vielzahl von · Komponenten, die z.T. toxisch sind und zu keiner Verbesserurig ,%
der Verträglichkeit des Impfstoffes" beim Impfling "führen.
Eine v/eitere Reinigung der Salzextrakte ist v/egen der PoIydicpersität
des antirenen Materials stark eingeschränkt. Kit den üblichen biochemischen Reinigungsverfahren erreicht man im
wesentlichen eine Verteilung der schützenden Aktivität in mehrere Fraktionen, ohne dabei die spezifische Schutzaktivität
wesentlich erhöhen zu können.
Zur Verbesserung der Ausbeute wurde auch schon versucht, die Pertussiskeime beispielsweise mit Ultraschall aufzuschliessen.
Abgesehen \ron dem erhöhten apparativen Aufv/and ist dieses Verfahren
ebenso urbefriedigend, weil danit das Problem der
höheren Reinheit des Schutzantigens nicht gelöst werden konnte.
Es ist hier erwähnenswert, dass der sogenannte histaminsensibilisierende
Faktor der Fertussiskeime durch Behandlung mit einer wässrigen Kochsalzlösung, die k i>i Harnstoff enthält, gewonnen
werden kann. Dabei war es nicht möglich, den Harnstoff ohne Aktivitätsverlust in bezug auf Histaminsensibilisierung zu entfernen.
Es ist strittig, ob die histaminsensibilisierende Aktivität
dem Schutzantigen ganz oder teilweise entspricht. Neben Hinweisen darauf, dass es sich um verschiedene Komponenten
handelt, ist von Tato, Ύ., Symp. Series Immunobiol. Standard.,
Vol. 13, S. 214-220, beschrieben, dass die Behandlung eines 22 S-Pertussisantigens mit Harnstoff zu einer Zerstörung der
schützenden Aktivität führt.
Der hier vorgelegten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
schützenden Antigenkomplex in löslicher Form aus Pertussiskeimen
in grösseren Ausbeuten und ggf. höherer Reinheit als bisher zu gewinnen und das gereinigte Antigen als wesentlich
wirksamen Anteil in Fertussisimpfstoffen zu verwenden.
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Es wurde gefunden, daß dies durch ein Verfahren erreicht werden kann, dessen Kernpunkt darin besteht, daß Pertussiskeitne
mit Lösungen denaturierender Agenzien behandelt werden, die Keime abgetrennt und das solubilisierte Material entweder sofort
oder nach weiterer Reinigung im denaturierenden Milieu an ein wasserunlösliches Trägermaterial adsorbiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung
eines adsorbierten schützenden Antigens von Bordetella pertussis, dadurch gekennzeichnet, daß man Keime von Bordetella
pertussis mit einer wässrigen Lösung eines Denaturierungsmittels
und eines Neutralsalzes mischt, den flüssigon Überstand
vom Rückstand der Keime abtrennt, ihm, gegebenenfalls
nach vorheriger Reinigung, in Gegenwart des Denaturierungsmittels
ein wasserunlösliches Adsorptionsmittel zusetzt und
danach das Denaturierungsmittel von der wässrigen Suspension d 'S schützenden Antigens abtrennt.
Die Behandlung der Pertussiskeime mit der Lösung, die zu einer Extraktion der Keime führt, erfolgt im einfachsten Fall durch
Stehenlassen der in der Lösung möglichst homogen suspendierten Keime. Bei dieser Maßnahme muß jedoch mit den längsten Extraktionszeiten
gerechnet werden. Schon ein sachtes Bewegen der Keime, wie es durch einfaches Rühren erreicht werden kann,
verbessert den Wirkungsgrad der Extraktion. Geräte, wie sie für Homogenisierungszwecke bekannt sind, können zur Erhöhung der
Ausbeute und zur Verkürzung dir Zeit mit Vorteil eingesetzt werden. Je nach dem angewandten Bewegungsinittel beträgt die
Extraktionszeit etwa 0,5 - 48 Stunden. Im Durchschnitt muß mit
einer Extraktionsdauer von 18 Stunden gerechnet werden.
Die Extraktionstemperatur beträgt zweckmässig 1 - ^O C. Temperaturen
unter Raumtemperatur, etwa im Bereich zwischen 1 und 10 Cj sind bevorzugt.
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Die Mischung wird während der Extraktioriszeit bei einem pH-Wert
zwischen 6 und 10, vorzugsweise bei pH 8 gehalten. Falls .sicli dieser pH-Wert nicht von allein einstellt, kann er durch
Zusatz geeigneter Pu fferlösungen geschaffen werden.
Die Trennung von Extrakt und Keimrückstand erfolgt zweckmässig
durch Zentrifugation. Auch Filtrationsvorrichtungen, die Mikroorganismen zurückzuhalten vermögen, sind zur Gewinnung
des zellfreien Extraktes geeignet.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß das schützende Antigen in einer Lösung, die Denaturierungsmittel enthält, die Eigenschaften
eines relativ einheitlich aufgebauten Stoffes aufveist. Seine weitere Reinigung ist deshalb in Gegenwart des
Denaturierungsmittels möglich. Eine geeignete Maßnahme
hierzu ist beispielsweise die Gelchromatographie, bei der eine Abtrennung von toxischen Komponenten vom schützenden
Antigen erreicht werden kann, wenn die Entwicklung mit einem Denaturierungsraittel enthaltenden Puffer vorgenommen wird.
Als Medium für die Gelchromatographie eignen sich besonders
mit Epichlorhydrin vernetztes Dextran, im Handel als Sephadex^ '
der Firma Pharmacia, Uppsala, oder Copolymere von Acrylamid
und Methylenbisacrylamid, im Handel als Bio-Gel Pv 'der Firma
Bio-Rad Laboratories, Richmond/USA.
Als Puffersubstanzen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kommen die bei biochemischen Arbeiten zur Stabilisierung des pH-Wertes der Lösung eingesetzten chemischen Verbindungen.
±i Frage, vorteilhaft jene, die von N.E. Good et al=(1966)
in Biochemistry 5, h67-h~7, beschrieben sind, beispielsweise
Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan. Es hat sich als zweckmäßig
erwiesen, den verwendeten P_ufferlösungen geringe Mengen
(etwa 1-20 dim) an sogenannten Chelat- oder· Komplexbildern,
beispielsweise Athylendiamin-tetraacetat (ΕΒΓΑ) zuzusetzen.
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Die Wahl des Adsorptionsmittels richtet sich im wesentlichen nach dem gewünschten Verwendungszweck des schützenden Antigens.
Im Fälle des bevorzugten Anwendungsbereiches eines Pertussis-,Impfstoffes
wird als Adsorbens ein in der Vakzineherstellung r':'4
erprobtes immunologisches Adjuvans bevorzugt· Dies kann anorganischen
Ursprungs sein, wie Calciumphosphat oder Aluminiumoxid; vorzugsweise v/ird AlPO. und/oder Co^-Aluminiumhydroxid in
einer Endkonzentration (Foststoffkonzentration im fertigen
Produkt) von 0,05 <£ bis 0, ■'( ^(w/v)vervendet. Es kommen jedoch
auch organische Polymere, insbesondere polyanionische Adjuvantien in Frage, die in den Lösungen der vorliegenden De—
naturierungsnii t teln unlöslich sind, z. B. Derivate der Polyarcylsäure.
Ist eine Applikation an Menschen und Tieren nicht beabsichtigt, kann jedes beliebige für die Adsorption von Proteinen
verwendete Adsorbens der Lösung des schützenden Antigens zugefügt werden.
Die Entfernung det, Denaturierungsmittels erfolgt zweckmässig
durch Dialyse. Da das schützende Antigen im physiologischen Milieu durcii die Dialysemerabran nicht durchtreten kann, wird
bei zunehmendem Austritt de3 Denaturierungsmittels durch die Membran das schützende Antigen auf dem Adsorbens niedergeschlagen.
■ Falls ein steriles Präparat gewünscht wird, Kann, die Aufarbeitung
von der Extraktion bis zu dem adsorbierten Material unte'· sterilen Bedingungen erfolgen. Alternativ wird vor der Entfernung
des Denaturierungsmittels und vor der Zugabe des adsorbens eine Keimfreifitration vorgenommen. Die weitere Aufarbeitung
hat sodann anter sterilen Bedingungen zu erfolgen.
Unter Denaturierungsmitteln im Sinne des erfindungsgemässen
Verfahrens sind chemische Verbindungen zu verstehen, mit deren
Hilfe eine Dissoziation von Proteinmolekfi_len in Untereinheiten, insbesondere durch Lösung von Wasserstoffbindungen bewerk-
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stelli^t werden kann. Bef- mders geeignet sind hierfür Harnstoff
odor Guanidin sowie deren Salze, insbesondere auch Guanidinhydrochlorid.
Die Beraturierungsnirtel werden in Konzentrationen
von 2-6 Mol/l, vorzugsweise 4-6 Mol/l bezogen auf die Gesamt lösung, angewandt.
An Neutralalzen werden bevorzugt die wasserlöslichen Alkaxihalogenide
wie NaCl oder KCi und zi,ar in einer Konzentration von 0,5-3 Mol/l, vorzugsweise 1 fiol/l bezogen auf die Gesantlösung·.
Denaturierungsmi ttel und i.eutral salze haben bei
der Extraktion des schii czenden Antigens eine synergistische
Wirkung.
Als Ausgangsmaterial für das erfindun^sgemässe Verfahren kommen
Bordetella pertussis-Keime in Pra^e. Sie werden auf bekannte
Weise beispielsweise durch Züchten in Cohen-¥heeler-!iähr·-
iusung bei ca«. 35" C unter Rühren vermehrt und durch Säurefällung,
durch Fällung mit organischer. Lösungsmitteln oder durch Zentrifugation gewonnen. Man geht bei der Anreicherung
der Keime beispielsweise so vor, daß man die Bordetella pertussis-Fermesterkultür
einer sauren Fällung bei pH 3 - 5> vorzugsweise pH 4, unterwirft. Zur Säurefällung sind alle
Mineralsäuren, vorzugsweise 1 Ii Salzsäure- geeignet; ferner
organische Säuren, z, B. Essigsäure. Keime, die durch Zentrifugation
von dem Kulturmedium getrennt wurden, eignen, sich ebenso gut wie mit Hilfe von Aceton oder säuregefällte Keime.
Die Keime werden vorteilhaft in wässriger Suspension eirige-
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setzt. Die Konzentration kann 5G-1Cr - 1000·Ί0, vorzugsweise
10C-IO^ ...h00·ιο° pro ml betragen.
Die Wirksamkeit von Pertussisimpfstoffen wird im Tierversuch
nach einem von Kendrick 1947 angegebenen Verfahren durchgeführt
(P.L. Kendrick, G. Eldcring, M.K. Dixon und J. Hisner,
Amer.J.Publ.Health _3_7, 803 (19Z»7) und Fed. Reg. 33, No. 118,
8818, Paragraph 73.4o4 (1968)). Hierbei werden je 18 Mäuse
mit dem Pertussisantigen in drei Verdünnujigsstufen immunisiert
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und die beiastungsfähige Immunität nach 13 Tagen durch eine
intracerebrale Infektion mit 2OO LDs0 lebenden Keimen von
B. pertussis geprüft. Als Standard-Präparat wird stets eine Vakzine mit bekanntem Schutzwert mitgeführt. Der in diesem
Test gefundene Schutzwert ist ein Maß für die schützende Wirkung des Impfstoffes am Menschen (vgl. hierzu Medical
Res. Council Brit. Med. J. No. 5123, 994 (1959)).
Bei Extraktion von Pertussis-Keimsuspensionen mit einer Keiüidichte
von 100 - 109 Keimen pro ml je nach den angewandten Bedingungen des hier beschriebenen Verfahrens wurden Werte
von 25 bis 7 5 ΙΕ/ml gefunden. Ein Impfstoff mit mindestens
8 ΙΕ/ml wird als wirksamer Impfstoff allgemein anerkannt.
Die Toxizität wird nach den Richtlinien des U.S. Department
of Health. Education and Welfare bestimmt:
10 Mäuse erhalten 0,5 ml der 1:2 verdünnten zu prüfenden Pertussis-Vakzine. Gemäß den Forderungen der National Institutes
of Health (NIH) in Federal Reg. 33_, No. 118, 8818, (1968),
Paragraph 73-403, werden Gewichtszunahmen von 3 g/7 Tage gefordert.
Bei einem erfindungsgemäß hergestellten Pertussis-Antigen beträgt die durchschnittliche Gewichtszunahme der
Tiere nach 72 Stunden 1-3 g und nach 7 Tagen 5-6 g. Es enthält somit keine toxischen Anteile der Pertussis-Keime und
ist gut verträglich.
Neben dem aufgezeigten Verfahren zur Herstellung des schützenden
Pertussis-Antigens sind Gegenstand der Erfindung schützende Antigene, die durch Parameter zu kennzeichnen sind,
welche sich durch ihre Herstellung nach d&m vorgelegten Verfahren
ergeben.
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Schließlich sind Gegenstand der Erfindung Mittel, die das erfindungsgemäße schützende Pertussis-Antigen enthalten, insbesondere
Pertussis-Impfstoffe zur Prophylaxe äss Keuchhustens
oder zur Herstellung von therapeutisch oder diagnostisch verwendbaren
Pertussis-Antisoren, aber auch diagnostische Präparate,
die das schützende Pertussis-Antigen oder davon gewonnene Antiseren enthalten.
Die Suspension des Antigens kann mit antimikrobiellen Konservierungsmitteln
v/ie Natrium-timerfonat versetzt v/erden.
Das Pertussis-Antigen kann zur Herstellung eines polyvalenten Impfstoffes mit anderen Antigenen und bzw. oder Toxoiden in
herkömmlicher Weise vermischt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen wesentlichen Fortschritt bei dr^.r Herstellung des schützenden Pertussis-Antigens bzw.
von Pertussis-Irpfstoffen dar. Das Verfahren ist einfach.
Die erzielte Sclivtzaktivität des adsorbierten Extrakt-Antiger.s
ist im Hinblick auf bisher aus der Literatur bekannten Daten überraschend hoch. Die hoho Ausbeute in dem Extrakt wird auch
dadurch verdeutlicht, daß Keime, die einer 6M-Harnstoffextraktion
unterzogen v/aren, 80% oder mehr ihrer Schutzaktivität verloren haben. Bei salzextrahierten Keimen dagegen
. findet man nach /abtrennung des Extraktes lediglich einen Verlust von 10-20% an Schutzaktivität. Dadurch, daß der
Antigen-Extrakt in einem denaturierenden Milieu keine wesentliche Polydispersität aufweist, ist eine Abtrennung von toxischen
Komponenten möglich. Danach ist eine bedeutende Steigerung der Verträglichkeit des Antigens bei seiner Applikation
bei Menschen, insbesondere Kindern, zu erwarten.
Das Verfahren wird in den folgender. Beispielen erläutert.
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Zu 40 1 einer Pertussis-Kcimsuspcnsion mit 100 · 10 K/ml
werden 6 1 1 M Tris(hydroxymethyl)aminomethan-HCl-Puffer
pH 8,0 enthaltend 50 mM EDTA hinzugefügt. Nach dem Mischen werden 14,4 leg Ha . stoff und 3,48 kg NaCl zugesetzt, das
Volumen wird mit Wasser auf ein Volumen von 60 1 eingestellt und die Sus. ,nsion über Nacht mit einem Magnetrührer gerührt.
Nach Ent;irnung der Keime durch Zentrifugation (Sharpless-Durchlaufzentrifuge)
werden 3 1 einer 2%igen C^pension von
AlPO4 im Gemisch mit einer Suspension von 1% Al(OH)3 hinzugefügtDer
Harnstoff wird anschließend durch Dialyse gegen sterile 0,15 M NaCl, in einem Hollow-Fibcr-Gerät der Fa.
Amicon, entfernt. Nach Absitzen des Adsorbats wird das Gesamtvolumen
mit isotonischer Kochsalzlösung auf 40 1 eingestellt. Ein so hergestelltes Immunogen brachte im Schutztest nach
Kendrick 25 ΙΕ/ml.
Ein aus dem gleichen Ausgangsmaterial durch Behandlung der Keime mit 0,5 M NaCl hergestellter Extrakt zeigte im Schutzversuch
lediglich 4,5 IE/ml.
An der Maus gemessene Toxizität: Tag 3 + 3,2 g; Tag 7 + 5,3 g.
Bei einem Extraktionsverfahren nach Beispiel 1, iedoch aus-
gehend von 200 · 10 K/ml und einer wäßrigen Lösung von 6 M
Guanidin-Kydrochlorid + 1 M NaCl wu^de der Schutzwert des
Extraktes mit 76 ΙΕ/ml ·<·-οε^:η.
An der Maus gemessene Tox i zi ι :i t.: Tag 3 +1,0 g; Tag 7 + 5.2 g
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Der Extrakt gewonnen laut Beispiel 1, jedoch mit 9,6 kg Harnstoff
statt 14,4 kg wird an einem Ultrafilter auf 2 1 eingeengt
und auf eine Säule von Sephadex * ' G-I50, äquilibriert mit
dem Extraktionspuffer (enthaltend 4 M Harnstoff), aufgetragen.
Der eingeengte Extrakt brachte vor der Chromatographie bei
einem zu 80-10 K/ml äquivalenten \'olurnen 8,25 ΙΕ/ml entsprechend
130 ΙΕ/mg Protein. Das Material entsprechend dem
Ausschlußvolumen der Säule bis zu einem Mojpkulargewicht von
ca. 90.OOO wird gepoolt und dor Ho:...«stoff durch Dialyse gegen
0,15 M Kochsalzlösung entfernt, pie nach der Chromatographie
gewonnene Fraktion wurde auf ein der Keiradichte von 3<5θ·1Ο
k/ml äquivalenten Volumen eingeengt und bi-achte in dem Schutzversuch
84,3 ΙΕ/ml entsprechend 5^-J ΙΕ/ing r^uoein.
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Claims (1)
- iäs»_ Ma 21k- 11 -PATENTANSPRÜCHE:Verfahren zur Herstellung eines adsorbierten scHützenden
Antigens von Bordetella pertussis, dadurch gekennzeichnet, daß man Keime von Bordetella pertussis mit einer wässrigen Lösung eines Denaturierungsmittels und eines Neutralsalzes mischt, den flüssigen Überstand vom Rückstand der Keime
abtrennt, ihm in Gegenwart des Denaturierungsmittels ein
wasserunlösliches Adsorptionsmittel zusetzt und danach das Denaturierungsmittel von der wässrigen Suspension des
adsorbier ten schützenden Antigens abtrennt.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieKeime in wässriger Lösung in einer Konzentration von 50*10bis 1000*10 /ml eingesetzt werden.3· Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß als Denaturierungsmittel Harnstoff oder Guanidin oder ein Harnstoff- oder Guanidinsalz verwendet wird.k. Verfahren nach Anspruch 1.-2 ,dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Überstand in Gegenwart dies Denaturierungsmittelsvor dem Zusatz des wasserunlöslichen Adsorptionsmittels gereinigt wird.5. Verfahren nach Anspruch 1 = h , dadurch gekennzeichnet; daß das Denaturierungsmittel in einer Konzentration von 2-6 Mol/l angewendet wird.6. Verfahren nach Anspruch 1 - 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Neutralsalz Natrium- und/oder Kaliumchlorid verwendet wird.7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Neutralsalz in einer Konzentration von 0,3-3 Mol/l
angewandt wird.8. Verfahren nach Anspruch 1 - 7 > dadurch gekennzeichnet, daß bei einem pH-lvert von 6 - 10 gearbeitet wird.609827/U3462A6H391^J Ma 21^4- 12 -9· Vorfahren nach Anspruch 1-8, 'dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 1 - '\C·' C gearbeitet wird.10. Verfahren nach Anspruch 1 - ?, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserunlösliches Adsorptionsmittel AlPO, und/oder Cf-Aluminiumhydroxid in einer Konzentration von 0,05 - 0,2 verwendet wird.11. Scliü tuendes Pertussis-Antigen gekennzeichnet durch Parameter, die sich durch das Verfahren nach Anspruch 1-10 ergeben.12.. Mittel enthaltend Pertussis-Ahti gen nach Anspruch 11.13· Keuchhusten-Vakzine enthaltend Pertussis-Antigen nach Anspruch 11.60 9827/0946
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