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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Staphylococcus-Antigen
und ein Verfahren zum Gewinnen und Verwenden des Antigens.
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Staphylococcus
verursacht mehrere Erkrankungen durch verschiedene pathogene Mechanismen.
Die häufigsten
und schwerwiegendsten dieser Erkrankungen sind Bakteriämie und
ihre Komplikationen bei hospitalisierten Patienten. Insbesondere
kann Staphylococcus Wundinfektionen und Infektionen, die mit Kathetern und
prothetischen Einrichtungen verbunden sind, verursachen. Schwerwiegende
Infektionen, die mit Staphylococcus-Bakteriämie verbunden sind, schließen Osteomyelitis,
invasive Endokarditis und Blutvergiftung ein. Das Problem wird verschlimmert
durch Mehrfachantibiotikaresistenz in Krankenhausstämmen, die
die Wahl der Therapie stark beschränkt. In der Mehrzahl von Fällen ist
der verursachende Organismus ein Stamm von S. aureus, S. epidermidis,
S. haemolyticus oder S. hominis oder eine Kombination von diesen.
Das Problem mit Staphycoloccus wird durch Mehrfachantibiotikaresistenz
in Krankenhausstämmen
verschlimmert, die die Wahl der Therapie stark beschränkt.
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Ein
S. aureus-Impfstoff würde
eine Lösung
für das
Problem der Antibiotikaresistenz liefern. Ein Antigen, das mehreren
Staphylococcus-Spezies gemeinsam ist, würde die Herstellung eines Impfstoffes
ermöglichen,
der ein einziges Antigen enthält,
das gegen eine breite Vielfalt von Staph-Infektionen wirksam wäre.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antigen bereitzustellen,
das einem Großteil der
klinisch signifikanten Stämme
von mehreren Staphylococcus-Spezies gemeinsam ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, einen Impfstoff bereitzustellen, der ein
Antigen enthält,
das einem Großteil der
klinisch signifikanten Stämme
von mehreren Staphylococcus-Spezies gemeinsam ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, eine hyperimmune Globulinzusammensetzung
bereitzustellen, die Antikörper
enthält,
die gegen ein Antigen gerichtet sind, das einem Großteil der
klinisch signifikanten Stämme
von mehreren Staphylococcus-Spezies gemeinsam ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vollzellimpfstoff
aus Zellen bereitzustellen, die ein Antigen tragen, das einem Großteil der
klinisch signifikanten Stämme
von mehreren Staphylococcus-Spezies gemeinsam ist, insbesondere
einen, der den Koagulase-negativen Spezies von S. epidermidis, S.
haemolyticus und S. huminis gemeinsam ist.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe, einen Kit und Test zum Diagnostizieren
von Staphylococcus-Infektion bereitzustellen.
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Gemäß diesen
und anderen Aufgaben gemäß der Erfindung
wird ein isoliertes Staphylococcus-Antigen bereitgestellt, das (a)
Aminosäuren
und ein N-acetyliertes Hexosamin in einer α-Konfiguration umfasst, (b) keine
O-Acetylgruppen enthält,
die mit kernmagnetischer Resonanzspektroskopie nachweisbar sind,
und (3) spezifisch mit Antikörpern
zu einem Staphylococcus-Stamm, hinterlegt unter ATCC 202176, bindet.
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Ebenfalls
bereitgestellt wird eine Zusammensetzung, die das Staphylococcus-Antigen
und einen sterilen, pharmazeutisch annehmbaren Träger dafür umfaßt. Ein
Immuntherapieverfahren umfaßt
einen Schritt der Verabreichung einer immunstimulatorischen Menge
einer solchen Zusammensetzung an einen Patienten.
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Es
wird auch ein Vollzellimpfstoff bereitgestellt, der Zellen von einem
Staphycoloccus-Stamm
umfaßt, der
das Antigen trägt.
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Ebenfalls
bereitgestellt wird eine Zusammensetzung, die den Vollzellimpfstoff
und einen sterilen, pharmazeutisch annehmbaren Träger dafür umfaßt. Der
Impfstoff kann einem Patienten verabreicht werden, um Schutz gegen
Staphylococcus-Infektion bereitzustellen.
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Ein
immuntherapeutisches Mittel gegen Staphylococcus-Infektion kann
durch Immunisieren von Patienten mit einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung,
Sammeln von Plasma von dem immunisierten Patienten und Ernten eines
hyperimmunen Globulins, das Antikörper enthält, die gegen Staphylococcus
gerichtet sind, aus dem gesammelten Plasma hergestellt werden. Das
hyperimmune Globulin enthält
Antikörper,
die gegen das Antigen gerichtet sind. Ein Immuntherapieverfahren
umfaßt
einen Schritt der Verabreichung dieses hyperimmunen Globulins an
einen Patienten.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch einen Katheter bereit, der mit
einem Antigen gemäß der Erfindung
beschichtet ist, und ein Verfahren zum Verhindern des Anhaftens
von Staphylococcus-Bakterien an einem Katheter, das das Behandeln
eines Katheters mit Antigen gemäß der Erfindung
umfaßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Katheter ein intravenöser
Katheter.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden. Man
sollte jedoch verstehen, daß die detaillierte
Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obgleich sie bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung zeigen, nur zur Veranschaulichung angegeben sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
das chromatographische Profil auf Superose 6HR für das Staphylococcus-Antigen
gemäß der Erfindung.
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2a und 2b sind
NMR-Spektren für
das Staphylococcus-Antigen gemäß der Erfindung.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Es
ist entdeckt worden, daß viele
klinisch signifikante Isolate von S. epidermidis, S. haemolyticus
und S. hominis ein Antigen gemeinsam haben, das hierin als „das Antigen" bezeichnet wird.
Das Antigen stellt die Grundlage für einen Impfstoff dar, der
Schutz gegen Infektion durch eine große Anzahl klinisch signifikanter Staphylococcus-Isolate
bereitstellt. In dieser Hinsicht ist ein „klinisch signifikantes" Isolat ein Isolat,
das pathogen ist.
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Bemerkenswerterweise
haben die gegenwärtigen
Erfinder festgestellt, daß ein
Großteil
klinischer Staphylococcus-Isolate sehr stark mit Antigen/konjugierter
Antikörper-Seren
reagierten und somit als Stämme
typisierbar waren, die das Antigen enthalten. Insbesondere hat das
Typisieren klinischer Isolate, die aus verschiedenen Quellen erhalten
wurden, gezeigt, daß ungefähr 60% von
S. epidermidis-, 50% von S. haemolyticus- und 40% von S. hominis-Isolaten das Antigen
exprimieren, wie bestimmt durch Objektträgeragglutinierung. Wenn enzymatische
Verdaus der S. haemolyticus- und S. hominis-Isolate einem Immundiffusionstest
unterzogen wurden, wurden alle Isolate positiv auf das Vorhandensein
des Antigens getestet.
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Antikörper zum
Antigen gehen keine Kreuzreaktion mit Polysacchariden ein, die aus
irgendeinem von S. aureus-Typ 5, Typ 8, Typ 4 oder K73 (einem varianten
Stamm von Typ 5) isoliert worden sind. Das Antigen ist daher spezifisch,
d.h. es erzeugt nur eine einzige Bande mit Antiserum aus homologen
Stämmen.
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Das
Antigen kann in gewinnbaren Mengen aus bestimmten Staphylococcus-Isolaten,
die gemäß den hierin
beschriebenen Protokollen kultiviert worden sind, in im wesentlichen
reiner Form erhalten werden. Insbesondere enthält gereinigtes Antigen weniger
als 1% Nukleinsäure.
Eine „gewinnbare" Menge bedeutet in dieser
Hinsicht, daß die
isolierte Menge des Antigens durch eine weniger empfindliche Methodik
als radioaktive Markierung nachweisbar ist, wie etwa Immuntest,
und weiteren Manipulationen unterzogen werden kann, die die Übertragung
des Antigens per se in Lösung
hinein umfassen.
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Um
das Antigen zu erhalten, wird ein Isolat gemäß der Erfindung zunächst in
einer modifizierten Columbia-Brühe
fermentiert, die mit 4% NaCl supplementiert ist. Im Anschluß an die
Fermentation werden die Zellen abgetötet und dann zentrifugiert,
um die Zellen vom Überstand
abzutrennen.
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Antigen
wird aus Zellpaste extrahiert. Ein Teils des Antigens ist im Überstand
vorhanden, aber die Menge ist nicht signifikant, verglichen mit
der Menge, die in der Zellpaste zu finden ist. Wegen der geringen Ausbeute
und dem Risiko der Hexose-Kontamination aus den Medien ist Extraktion
aus dem Überstand
nicht bevorzugt.
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Eine
Suspension der Zellpaste wird mit Pronase, Lysostaphin, DNase und
RNase behandelt. Die Suspension wird 10% in Trichloressigsäure (TCA)
gemacht und bei 60°C
inkubiert. Nach Zentrifugation wird der Überstand mit 1M NaOH auf pH
7,0 neutralisiert, gefolgt von sequentieller Ausfällung mit
25–75%
kaltem Ethanol/CHCl2, um Nukleinsäuren und
Proteine mit hohem Molekulargewicht zu entfernen und dann antigenhaltiges
Material auszufällen.
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Der
rohe Niederschlag wird in Wasser gelöst und restlicher Alkohol wird
durch Dialyse entfernt. Restliche Teichonsäure wird durch Anionenaustauschchromatographie
entfernt. Fraktionen werden durch Kapillarausfällung mit Antikörpern getestet,
die für
das Antigen spezifisch sind, um antigenhaltige Fraktionen zu bestimmen,
die gepoolt, dialysiert, lyophilisiert und mit Lysozym behandelt
werden, um restliches Peptidoglykan zu verdauen. Die enzymbehandelte
rohe antigenhaltige Fraktion wird erneut suspendiert und erneut
auf einer Anionenaustauschsäule
in einem linearen 0,1–0,25M
NaCl-Gradienten in Tris-HCl-Puffer,
pH 7,0, chromatographiert. Phosphor-negative und Antigen-positive
Fraktionen, bestimmt durch kolorimetrischen Test bzw. Kapillarausfällung mit
monospezifischem Antiserum, werden gepoolt, gegen Wasser dialysiert
und lyophilisiert. Der Großteil
des Antigens eluiert bei 0,2M NaCl. Das rohe Antigen wird weiter
durch Säulenchromatographie gereinigt,
und antigenhaltige Fraktionen werden gepoolt, um im wesentlichen
reines Antigen herzustellen.
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Gereinigtes
Antigen erzeugt eine einzige Fällungsbande,
wenn umgesetzt mit Vollzellantiseren in einem Doppelimmundiffusionstest.
Immunelektrophorese von gereinigtem Antigen und Elutionsmuster auf
Ionenaustauschsäule
während
des Reinigungsverfahrens weisen auf ein negativ geladenes Molekül hin.
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Sowohl
im wesentlichen reines Antigen als auch durch Umkehrphasenchromatographie
auf einer C18-Säule
aufgereinigtes Antigen zeigten ein polydisperses Profil auf einer
Superose 6HR-Säule
(1). Beide enthalten weniger als 1% Nukleinsäuren. Keine
Hexosen, Phosphor- oder O-Acetyl-Gruppen werden durch kolorimetrische
Tests nachgewiesen. Gereinigtes Antigen färbt Coomasie-Blau-SDS-PAGE
nicht an.
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Analyse
von gereinigtem Antigen durch Gas-Flüssig-Chromatographie-Massenspektroskopie (GLC-MS)
zeigt das Vorhandensein von GlcNAc als einer wichtigen Glykosylkomponente.
Sie ist empfindlich auf milde Säure,
was darauf hinweist, daß die
GlcNAc-Reste nicht durch glykosidische Bindungen verknüpft sind.
Das Antigen ist gegen die Wirkung proteolytischer Enzyme resistent.
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Das
Vorhandensein von GlcNAc wird durch 1H-NMR- und 13C-NMR-Spektroskopie
des Antigens bestätigt,
die ein anomeres Signal bei δ 4,88
bzw. δ 100,48
zeigen (siehe 2a und 2b). NMR-Spektroskopie
bestätigt
auch das Fehlen von O-Acetylgruppen. Dieses Fehlen einer O-Acetylierung
steht in scharfem Kontrast zu anderen Staphylococcus-Antigenen,
wie etwa Typ 5 und Typ 8, die von 20–80% O-Acetylierung enthalten.
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Ein
kleiner Wert für
JH1,H2 (< 1,0 Hz)
zeigt eine α-Konfiguration
für das
Glucosamin, die durch eine Messung von c = 173 Hz für die JC,H-Kopplungskonstante
bestätigt
wird. Signale bei δ 24,860
ppm (NAac-CH3) und δ 176,814 ppm (NAc-CO) im 13C-NMR-Spektrum
legen nahe, daß das
Glucosamin N-acetyliert ist, so daß der Kohlehydratteil des Antigens
2-Acetamido-2-desoxy-α-D-glucopyranosid
ist.
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Aminosäureanalyse
des Antigens zeigt das Vorhandensein von Serin, Alanin, Asparaginsäure/Asparagin,
Valin und Threonin in Molverhältnissen
von ungefähr
39:25:16:10:7. Aminosäuren
stellen etwa 32 Gew.-% des Antigenmoleküls dar.
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Ein
Vergleich der NMR-Spektren für
das Antigen mit den NMR-Spektren für jedes der Antigene von S. aureus
Typ 5 und Typ 8 und mit den NMR-Spektren für das 336-Antigen, das in U.S.
5,770,208 offenbart ist, zeigt, daß es chemisch von diesen Antigenen
verschieden ist. Die Strukturen der Polysaccharid-Antigene Typ 5
und 8 sind von Moreau et al., Carbohydr. Res. 201:285 (1990) und
Fournier et al., Infect. Imm. 45:87 (1984) aufgeklärt worden.
Beide haben FucNAcp in ihrer Wiederholungseinheit sowie ManNAcA,
das verwendet werden kann, um eine Sulfhydrylgruppe einzuführen. Die
Strukturen sind wie folgt:
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Im
Gegensatz dazu hat das Antigen gemäß der vorliegenden Erfindung
Glucosamin als seine hauptsächliche
Kohlehydratkomponente. Im Gegensatz zu den Antigenen von S. aureus
Typ 5 und Typ 8 enthält
es Aminosäuren.
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Die
Induktion von Bakteriämie
in Säugern
erfordert extrem hohe Zahlen von Organismen oder ein bestimmtes
vorheriges Manöver,
um die Wirtsresistenz zu senken. In-vitro-Phagocytose kann jedoch als ein Korrelat
der Schutzimmunität
in vivo untersucht werden. In diesem Modell wird die Fähigkeit
Antigen-spezifischer monoklonaler und polyklonaler Antikörper, Staphylococcus-Isolate
in vitro zu opsonieren, durch Phagocytose gemessen, gemäß dem Verfahren,
das in Kojima et al., Infect. Dis. Immun. 58: 2367–2374 (1990)
beschrieben ist. Von in-vitro-Opsonophagocytose-Tests ist auf diesem
Gebiet anerkannt, daß sie
die Wirksamkeit als ein Impfstoff vorhersagen. Fischer et al. offenbaren
zum Beispiel eine Korrelation zwischen funktionalem Antikörper, bestimmt
mit einem in-vitro-Opsontest, und in-vivo-Aktivität. J. Inf.
Dis. 169: 324–9
(1994).
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Antikörper, die
durch einen Impfstoff induziert sind, der das Antigen enthält, erleichtern
typspezifische Phagocytose. Die in-vitro-Phagocytose-Tests zeigen
somit, daß Antikörper zum
Antigen gegen Infektion durch Staphylococcus-Stämme, die das Antigen tragen,
schützen.
Ein Impfstoff auf der Basis des Antigens kann verwendet werden,
um gegen Infektion von einem Großteil klinischer Staphylococcus-Stämme zu schützen. In-vivo-Ergebnisse, die mit
dem Mäuse-Letalitäts-Modell
und dem Mäuse-Bakteriämie-Modell
erhalten werden, sind konsistent mit Ergebnissen von in-vitro-Opsonophagocytose-Tests
und zeigen, daß Antikörper zu
Antigenkonjugaten Mortalität
und Bakteriämie
in Mäusen
senkten, die mit Staphylococcus-Stämmen, die das Antigen tragen,
provoziert worden sind.
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Vorzugsweise „besteht" eine Zusammensetzung
des Antigens oder von Vollzellen, die das Antigen gemäß der Erfindung
enthalten, „im
wesentlichen aus" dem
Antigen oder Zellen, die das Antigen enthalten. In diesem Zusammenhang
bedeutet die Phrase „besteht
im wesentlichen aus",
daß die
Zusammensetzung nicht irgendein Material enthält, das mit dem Auslösen einer
Immunreaktion auf das Antigen (und auf andere Antigene, falls vorhanden)
interferiert, wenn die Zusammensetzung einem Patienten als ein Impfstoff
verabreicht wird, oder mit dem Antigen-Antikörper-Kopplungsmerkmal eines
diagnostischen Tests, wenn das Antigen in der Diagnose verwendet
wird.
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Das
Antigen gemäß der Erfindung
ist nützlich
bei der Herstellung diagnostischer Tests zum Nachweis des Vorhandenseins
von Staphylococcus-Antigen und/oder anti-Staphylococcus-Antikörper in
einer Probe. Das Antigen, oder der zum Antigen spezifische Antikörper, wird,
allein oder in Kombination mit anderen Staphylococcus-Antigenen
oder -Antikörpern,
mit einer Probe vermischt, die in Verdacht steht, Staphylococcus-Antigen
oder -Antikörper
zu enthalten, und auf Antigen-Antikörper-Bindung überwacht.
Das Antigen oder der Antikörper
ist mit einer radioaktiven Markierung oder Enzymmarkierung markiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Antigen oder der Antikörper
auf einer festen Matrix immobilisiert, so daß das Antigen oder der Antikörper für komplementären Antikörper oder
komplementäres
Antigen, die mit einer Oberfläche
der Matrix in Kontakt kommen, zugänglich ist. Die Probe wird
dann mit der Oberfläche
der Matrix in Kontakt gebracht, und die Oberfläche wird auf Antigen-Antikörper-Bindung überwacht.
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Das
Antigen oder der Antikörper
können
zum Beispiel in einem enzymverknüpften
Immunsorbenstest (ELISA) verwendet werden, in dem Antigen oder Antikörper an
eine feste Phase gebunden sind und ein Enzym-Antikörper- oder
Enzym-Antigen-Konjugat verwendet wird, um Antikörper oder Antigene, die in
einer Probe vorhanden sind, nachzuweisen und/oder zu quantifizieren.
Alternativ kann ein Western-Blot-Test verwendet werden, in dem löslich gemachtes)
und abgetrenntes) Antigene) an Nitrocellulose-Papier gebunden wird
(werden). Der Antikörper
wird dann durch ein an ein Enzym oder eine Markierung konjugiertes
anti-Immunglobulin (Ig), wie etwa Meerrettichperoxidase-Ig-Konjugat,
durch Inkubieren des Filterpapiers in Gegenwart eines ausfällbaren
oder nachweisbaren Substrats nachgewiesen. Western-Blot-Tests haben
den Vorteil, daß sie
keine Reinheit von mehr als 50% für das (die) gewünschte(n)
Antigen(e) erfordern. Beschreibungen von ELISA und Western-Blot-Techniken
sind zu finden in den Kapiteln 10 und 11 von Ausubel et al. (Hrg.),
CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, John Wiley and Sons (1988),
deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist.
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Zur
Verwendung in einem Impfstoff ist es bevorzugt, das Antigen an einen
Immunträger
zu konjugieren, üblicherweise
ein Polypeptid oder ein Protein, um die Wechselwirkung zwischen
T- und B-Zellen für
die Induktion einer Immunreaktion gegen das Antigen zu verbessern.
Dies ist besonders wichtig für
Impfstoffe, die zur Verwendung bei Patienten mit verringerter Widerstandsfähigkeit
gedacht sind. Ein Immunträger
erhöht
die Immunogenizität
sowohl für
aktive Immunisierung als auch zur Herstellung hochtitrierter Antiseren
bei Freiwilligen für
passive Immunisierung. Geeignete Immunträger gemäß der vorliegenden Erfindung
schließen
Tetanus-Toxoid, Diphtherie-Toxoid, Exotoxin A von Pseudomonas aeruginosa
oder seine Derivate, rekombinant erzeugte, nicht-toxische mutante
Stämme
von Exotoxin A, wie zum Beispiel beschrieben in Fattom et al., Inf.
and Imm. 61: 1023–1032
(1993), sowie andere üblicherweise
als Immunträger
verwendete Proteine ein.
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Um
das Antigen an ein Trägerprotein
zu konjugieren, wird das Antigen zunächst derivatisiert. Verschiedene
Verfahren können
verwendet werden, um Antigen zu derivatisieren und es kovalent an
einen Immunträger
zu binden. Aktivierte Carboxylatgruppen des Antigens können mit
ADH, Cystamin oder PDPH derivatisiert werden, und dann an das Antigen
entweder über
eine Carbodiimid-vermittelte Reaktion des teilweise amidierten Antigens
an eine Carboxylatgruppe auf dem Trägerprotein oder durch Disulfidaustausch
von thioliertem Antigen mit einem SPDP-derivatisierten Trägerprotein
an ein Trägerprotein
gekoppelt werden.
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Hydroxylgruppen
auf dem Antigen können
unter Verwendung von Bromcyan oder 1-Cyano-4-dimethylaminopyridiniumtetrafluorborat
aktiviert werden, und dann kann das Antigen mit dem sechs Kohlenstoffe
großen,
bifunktionellen Spacer Adipinsäuredihydrazid
(ADH) gemäß im Stand
der Technik bekannten Techniken gemäß dem Verfahren von Kohn et
al. FEBS Lett. 154: 209–219
(1993) derivatisiert werden. Dieses Material wird dann an Diphtherie-Toxoid (Dtd), rekombinantes
Exoprotein A aus Pseudomonas aeruginosa (rEPA), Tetanus-Toxoid (TTd) oder
ein anderes geeignetes Trägerprotein
durch 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodümid (EDAC)
gebunden. Die resultierenden Konjugate können von nicht-umgesetztem
Antigen durch Ausschlußchromatographie
getrennt werden. Ungeachtet des Verfahrens, das verwendet wird,
um das Antigen an das Trägerprotein
zu konjugieren, verstärkt
kovalente Bindung des Antigens an das Trägerprotein die Immunogenizität des Antigens
signifikant und führt
zu erhöhten
Gehalten an Antikörpern
zum Antigen sowohl nach dem ersten als auch dem zweiten Boost in
Mäusen.
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Vorzugsweise
wird das Antigen oder Antigen-Konjugat ohne ein Adjuvans verabreicht,
um durch Adjuvans induzierte Toxizität zu vermeiden. Wenn ein Adjuvans
verwendet wird, ist es bevorzugt, eines zu verwenden, das die Schutz-IgG-Untertyp-2-Antikörper fördert. Typische
Adjuvantien schließen
Aluminiumhydroxid, vollständiges
Freund'sches Adjuvans
(CFA) und unvollständiges
Freund'sches Adjuvans
(IFA) ein. Dextransulfat hat sich als ein potenter Stimulator von
IgG2-Antikörper gegen Staphylococcen-Zelloberflächen-Antigen
erwiesen und ist auch als ein Adjuvans geeignet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des Antigens,
um polyklonale Antikörper
oder monoklonale Antikörper
(Maus oder Mensch) zu erzeugen, die an Staphylococcus-Stämme, die
das Antigen tragen, binden oder diese neutralisieren. Protokolle
zur Erzeugung dieser Antikörper
sind beschrieben in Ausubel et al., (Hrg.), Molecular Cloning: A
Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, (Cold Spring Harbor,
NY), Kapitel 11; in METHODS OF HYBRIDOMA FORMATION 257–271, Bartal & Hirshaut (Hrg.),
Humana Press, Clifton, NJj (1988); in Vitetta et al., Immunol. Rev.
62:159–83
(1982); und in Raso, Immunol. Rev. 62:93–117 (1982).
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Inokulum
für die
Erzeugung polyklonaler Antikörper
wird typischerweise hergestellt durch Dispergieren des Antigen-Immunträgers in
einem physiologisch tolerierbaren Verdünnungsmittel, wie etwa physiologischer Kochsalzlösung, um
eine wäßrige Zusammensetzung
zu bilden. Eine immunstimulierende Menge Inokulum, mit oder ohne
Adjuvans, wird einem Säuger
verabreicht, und der inokulierte Säuger wird dann für einen
für das Antigen
ausreichenden Zeitraum gehalten, um schützende anti-Antigen-Antikörper zu
induzieren. Boosting-Dosen des Antigen-Immunträgers können in Individuen verwendet
werden, die nicht bereits immunologisch aktiviert sind, um auf das
Antigen zu reagieren.
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Antikörper können Antikörperzubereitungen
aus einer Vielzahl von üblicherweise
verwendeten Tieren einschließen,
z.B. Ziegen, Primaten, Eseln, Schweinen, Kaninchen, Pferden, Hennen,
Meerschweinchen, Ratten und Mäusen,
und sogar menschliche Antikörper
nach geeigneter Selektion, Fraktionierung und Reinigung. Tier-Antiseren
können
auch durch Inokulieren der Tiere mit mit Formalin abgetöteten Stämmen von
Staphylococcus, die das Antigen tragen, mit herkömmlichen Verfahren, Aderlassen
der Tiere und Gewinnen von Serum oder Plasma für weitere Verarbeitung erhöht werden.
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Die
auf diese Weise induzierten Antikörper können durch gut bekannte Techniken
geerntet und im gewünschten
Umfang isoliert werden, wie etwa durch Alkoholfraktionierung und
Säulenchromatographie
oder durch Immunaffinitätschromatographie;
d.h. durch Binden von Antigen an eine chromatographische Säulenpackung
wie Sephadex®,
Hindurchgehen des Antiserums durch die Säule, wodurch spezifische Antikörper zurückgehalten
und andere Immunglobuline (IgGs) und Verunreinigungen abgetrennt
werden, und anschließendes
Gewinnen gereinigter Antikörper
durch Elution mit einem chaotropen Mittel, fakultativ gefolgt von
weiterer Reinigung, zum Beispiel durch Hindurchgehen durch eine
Säule mit
gebundenen Blutgruppen-Antigenen oder anderen nicht-pathogenen-Spezies.
Dieses Verfahren kann bevorzugt sein, wenn man die gewünschten
Antikörper
aus den Seren oder dem Plasma von Menschen isoliert, die einen Antikörpertiter
gegen das fragliche Pathogen entwickelt haben, wodurch die Rückhaltung
von Antikörpern
sichergestellt wird, die in der Lage sind, an das Antigen zu binden.
Sie können
dann in Präparaten
zur passiven Immunisierung gegen Staphylococcus-Stämme, die
das Antigen tragen, verwendet werden.
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Eine
monoklonale Antikörperzusammensetzung
enthält,
innerhalb der Nachweisgrenzen, nur eine Spezies von Antikörper-kombinierender
Stelle, die in der Lage ist, effektiv an das Antigen zu binden.
Geeignete Antikörper
in monoklonaler Form können
unter Verwendung herkömmlicher
Hybridom-Technologie hergestellt werden.
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Um
Hybridomas zu bilden, aus denen eine monoklonale Antkörperzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, wird ein Myelom oder eine
andere selbstperpetuierende Zelllinie mit Lymphozyten verschmolzen,
die aus peripherem Blut, Lymphknoten oder der Milz eines Säugers erhalten
sind, der mit dem Antigen hyperimmunisiert worden ist. Es ist bevorzugt,
daß die
Myelom-Zelllinie aus derselben Spezies wie die Lymphozyten stammt.
Splenozyten werden typischerweise mit Myelomzellen unter Verwendung
von Polyethylenglykol 1500 verschmolzen. Verschmolzene Hybride werden
nach ihrer Empfindlichkeit auf HAT ausgewählt. Hybridomas, die die Antikörpermoleküle dieser
Erfindung sekretieren, können
unter Verwendung eines ELISA identifiziert werden.
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Eine
Balb/C-Mäusemilz,
menschliches peripheres Blut, Lymphknoten oder Splenozyten sind
die bevorzugten Materialien zur Verwendung bei der Herstellung muriner
oder menschlicher Hybridomas. Geeignete Mäuse-Myelome zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung schließen die gegen Hypoxanthin,
Aminopterin und Thymidin (HAT) empfindlichen Zelllinien ein, wobei
ein bevorzugtes Myelom P3X63-Ag8.653 ist. Der bevorzugte Fusionspartner
für die
Erzeugung menschlicher monoklonaler Antikörper ist SHM-D33, ein Heteromyelom,
das erhältlich
ist von der ATCC, Rockville, Md. unter der Bezeichnung CRL 1668.
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Eine
monoklonale Antikörperzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung kann erzeugt werden, indem eine monoklonale
Hybridomkultur initiiert wird, die ein Nährstoffmedium umfaßt, das
ein Hybridom enthält, das
Antikörpermoleküle der geeigneten
Spezifizität
sekretiert. Die Kultur wird unter Bedingungen und für einen Zeitraum
gehalten, die ausreichend sind, damit das Hybridom die Antikörpermoleküle in das
Medium sekretiert. Das antikörperhaltige
Medium wird dann gesammelt. Die Antikörpermoleküle können dann weiter mit gut bekannten
Techniken isoliert werden.
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Medien,
die für
die Herstellung dieser Zusammensetzungen brauchbar sind, sind sowohl
im Stand der Technik gut bekannt als auch kommerziell erhältlich und
schließen
synthetische Kulturmedien, Inzuchtmäuse oder dergleichen ein. Ein
bespielhaftes synthetisches Medium ist Dulbecco's Minimal Essential Medium, supplementiert
mit 20% fötalem
Kalbsserum. Ein beispielhafter Inzuchtmäusestamm ist der Balb/c.
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Weitere
Verfahren zur Herstellung monoklonaler Antikörperzusammensetzungen werden
ebenfalls in Betracht gezogen, wie etwa Interspezies-Fusionen, da
es primär
die Antigenspezifität
der Antikörper
ist, die ihre Nützlichkeit
in der vorliegenden Erfindung beeinflußt. Menschliche Lymphozyten,
erhalten aus infizierten Individuen, können mit einer menschlichen
Myelom-Zelllinie verschmolzen werden, um Hybridomas zu erzeugen,
die auf die Produktion von Antikörpern
gescreent werden können,
die das Antigen erkennen. In dieser Hinsicht bevorzugter ist jedoch
ein Verfahren, das nicht die Verwendung einer biologischen Probe
aus einer infizierten menschlichen Person mit sich bringt. Eine
Person, die mit einem Impfstoff immunisiert worden ist, wie hierin
beschrieben, kann zum Beispiel als eine Quelle für Antikörper dienen, die geeigneterweise
in einer Antikörperzusammensetzung
innerhalb der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
werden monoklonale Antikörper
zum Antigen erzeugt, indem Verfahren verwendet werden, die ähnlich sind
zu denjenigen, die für
typspezifische Antikörper
zu S. aureus Typ 5 und Typ 8 beschrieben sind. Die gereinigten monoklonalen
Antikörper
werden charakterisiert durch bakterielle Agglutinierungstests unter
Verwendung einer Sammlung klinischer Isolate.
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Monoklonale
und polyklonale Antikörperzusammensetzungen,
die gemäß der vorliegenden
Beschreibung hergestellt sind, können
durch passive Immunisierung verwendet werden, um eine Immunreaktion
für die Prävention
oder Behandlung einer Infektion durch Staphylococcus-Stämme, die
das Antigen tragen, zu induzieren. In dieser Hinsicht kann die Antikörperzubereitung
eine polyklonale Zusammensetzung sein. Solch eine polyklonale Zusammensetzung
schließt
Antikörper
ein, die an das Antigen binden, und kann zusätzlich Antikörper einschließen, die
an die Antigene binden, die andere Staphylococcus-Stämme charakterisieren.
Die polyklonale Antikörperkomponente
kann ein polyklonales Antiserum, vorzugsweise affinitätsgereinigt,
aus einem Tier sein, das mit dem Antigen provoziert worden ist,
und möglicherweise
auch mit anderen Staphylococcus-Antigenen. Alternativ kann eine „künstlich
hergestellte oligoklonale" Mischung
verwendet werden, die eine Mischung aus monoklonalen Antikörpern zum
Antigen und monoklonalen Antikörpern
zu anderen Staphylococcus-Antigenen ist.
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In
beiden Arten von Mischungen kann es vorteilhaft sein, Antikörper chemisch
miteinander zu verknüpfen,
um ein einziges polyspezifisches Molekül zu bilden, das in der Lage
ist, an das Antigen und an Antigene, die für andere Staphylococcus-Stämme charakteristisch
sind, zu binden. Ein Weg, eine solche Verknüpfung zu bewirken, ist, zweiwertige
F(ab')2-Hybridfragmente herzustellen,
indem zwei unterschiedliche F(ab')2-Fragmente vermischt werden, die z.B. durch
Pepsinverdauung zweier unterschiedlicher Antikörper, reduktive Spaltung, um
eine Mischung von Fab'-Fragmenten
zu bilden, gefolgt von oxidativer Wiederherstellung der Disulfidbindungen,
um eine Mischung von F(ab')2-Fragmenten zu erzeugen, einschließlich Hybridfragmenten,
die einen Fab'-Teil
enthalten, der spezifisch für
jedes der ursprünglichen
Antigene ist, erzeugt sind. Verfahren zur Herstellung solcher hybriden
Antikörperfragmente
sind offenbart in Feteanu, LABELED ANTIBODIES IN BIOLOGY AND MEDICINE
321–23,
McGraw-Hill Int'l
Book Co. (1978); Nisonoff, et al., Arch Biochem. Biophys. 93: 470
(1961); und Hammerling et al., J. Exp. Med. 128: 1461 (1968); und
in U.S.-Patent Nr. 4,331,647.
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Weitere
Verfahren sind im Stand der Technik bekannt, um zweiwertige Fragmente
herzustellen, die vollständig
heterospezifisch sind, z.B. Verwendung bifunktioneller Linker, um
gespaltene Fragmente zu verknüpfen.
Rekombinante Moleküle
sind bekannt, die die leichten und schweren Ketten eines Antikörpers enthalten,
z.B. gemäß dem Verfahren
von Boss et al., U.S.-Patent Nr. 4,816,397. Analoge Verfahren zur
Herstellung rekombinanter oder synthetischer Bindungsmoleküle mit den
Eigenschaften von Antikörpern
sind in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Mehr als zwei
unterschiedliche monospezifische Antikörper oder Antikörperfragmente
können
unter Verwendung verschiedener im Stand der Technik bekannter Linker
verknüpft werden.
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Eine
Antikörperkomponente,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt worden ist, kann vollständige Antikörper, Antikörperfragmente oder Unterfragmente
einschließen.
Antikörper
können
vollständiges
Immunglobulin jeder Klasse, z.B. IgG, IgM, IgA, IgD, IgE, chimäre Antikörper oder
hybride Antikörper
mit zweifachen oder mehrfachen Antigen- oder Epitop-Spezifitäten oder
Fragmente, z.B. F(ab')2, Fab',
Fab und dergleichen, einschließlich
hybriden Fragmenten, sein, und schließen zusätzlich jedes Immunglobulin
oder jedes natürliche,
synthetische oder gentechnologisch hergestellte Protein ein, das
wie ein Antikörper
durch Binden an ein spezifisches Antigen, um ein Komplex zu bilden,
wirkt. Insbesondere können Fab-Moleküle in einem
genetisch transformierten Wirt wie E. coli exprimiert und zusammengebaut
werden. So ist ein Lambda-Vektorsystem verfügbar, um eine Population von
Fabs mit einer potentiellen Diversität zu exprimieren, die der einer
Person entspricht, die den Vorläufer-Antikörper erzeugt,
oder diese übersteigt.
Siehe Huse, W.D., et al., Science 246: 1275–81 (1989).
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Das
Antigen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der aktive Inhaltsstoff in einer Zusammensetzung
sein, die weiter einen pharmazeutisch annehmbaren Träger für den aktiven
Inhaltsstoff umfaßt,
der als ein Impfstoff verwendet werden kann, um eine zelluläre Immunreaktion
und/oder in-vivo-Produktion von Antikörpern zu induzieren, die Staphylococcus-Infektion
bekämpfen.
In dieser Hinsicht ist ein pharmazeutisch annehmbarer Träger ein
Material, das als ein Vehikel zur Verabreichung eines Arzneimittels
verwendet werden kann, weil das Material inert oder ansonsten medizinisch
annehmbar ist, sowie kompatibel mit dem aktiven Stoff, im Kontext
der Impfstoffverabreichung. Zusätzlich
zu einem geeigneten Vehikel kann ein pharmazeutisch annehmbarer
Träger
herkömmliche
Impfstoffzusatzstoffe enthalten, wie Verdünnungsmittel, Adjuvantien,
Antioxidationsmittel, Konservierungsstoffe und Löslichmachungsmittel.
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In
einer alternativen Ausführungsform
werden Zellen, die das Antigen tragen, in einem Vollzellimpfstoff verwendet.
Zellen, die das Antigen tragen, können identifiziert und zur
Verwendung im Vollzellimpfstoff ausgewählt werden, indem Antikörper zu
einem Stamm verwendet werden, von dem bekannt ist, daß er das
Antigen trägt,
und bevorzugter indem monoklonale Antikörper zu isoliertem Antigen
verwendet werden, wie hierin beschrieben. In dieser Hinsicht kann
ein einfaches Objektträgeragglutinierungsexperiment,
in dem Antikörper zum
Antigen mit Zellen vermischt werden, verwendet werden.
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Der
hinterlegte Stamm ATCC 202176 ist ein repräsentativer Staphylococcus-Stamm,
der das Antigen trägt,
und er kann verwendet werden, um Antikörper zu erzeugen, die nützlich bei
der Identifizierung anderer Stämme
sind, die das Antigen tragen. Es ist jedoch nicht notwendig, den
hinterlegten Stamm zu verwenden, um entweder das Antigen, den Vollzellimpfstoff
oder Antikörper,
die nützlich
sind bei der Identifizierung anderer Zellen, die das Antigen tragen,
zu verwenden. ATCC 302176 stellt lediglich ein immunologisches Mittel
zur Identifizierung solcher Zellen dar.
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Wie
für gereinigten
Antigen-Impfstoff oben beschrieben, umfaßt der Vollzellimpfstoff auch
einen pharmazeutisch annehmbaren Träger. Der Vollzellimpfstoff
kann fakultativ auch herkömmliche
Impfstoffzusatzstoffe enthalten, wie etwa Verdünnungsstoffe, Adjuvantien,
Antioxidationsmittel, Konservierungsstoffe und Löslichmachungsmittel. In einer
bevorzugten Ausführungsform
enthält
der Vollzellimpfstoff nur Zellen, die das Antigen tragen, und schließt keine
Zellen aus Staphylococcus-Stämmen
ein, die das Antigen nicht tragen.
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Impfstoffe
gemäß der Erfindung
können
einer Person verabreicht werden, die nicht bereits mit Staphylococcus
infiziert ist, um dadurch eine gegen Staphylococcus schützende Immunreaktion
(humoral oder zellulär)
in dieser Person zu induzieren. Alternativ können Impfstoffe innerhalb der
vorliegenden Erfindung einer Person verabreicht werden, in der Staphylococcus-Infektion
bereits aufgetreten ist, aber in einem ausreichend frühen Stadium
ist, daß die
durch den Impfstoff erzeugte Immunreaktion eine weitere Verbreitung
der Infektion wirkungsvoll hemmt.
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Durch
einen anderen Ansatz kann ein Impfstoff der vorliegenden Erfindung
einer Person verabreicht werden, die dann als eine Quelle für Globulin
wirkt, das in Reaktion auf die Provokation vom spezifischen Impfstoff
erzeugt wird („hyperimmunes
Globulin"), der
gegen Staphylococcus gerichtete Antikörper enthält. Eine so behandelte Person
würde Plasma
spenden, aus dem dann hyperimmunes Globulin erhalten, über herkömmliche
Plasmafraktionierungsmethodik, und einer weiteren Person verabreicht
würde,
um Resistenz gegen Staphylococcus-Infektion zu verleihen oder eine
solche zu behandeln. Hyperimmune Globuline gemäß der Erfindung sind besonders
nützlich
für Individuen
mit beeinträchtigtem
Immunsystem, für
Individuen, die invasive Verfahren durchlaufen, oder wo die Zeit
es nicht erlaubt, daß das
Individuum seine eigenen antikörper
in Reaktion auf die Impfung produziert. In ähnlicher Weise können monoklonale
oder polyklonale anti-Staphyolococcus-Antikörper, die gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt sind, an ein Immuntoxin konjugiert und einer Person
verabreicht werden, in der Staphylococcus-Infektion bereits aufgetreten
ist, sich aber noch nicht breit verteilt hat. Zu diesem Zweck würde Antikörpermaterial,
das gemäß der vorliegenden
Beschreibung erzeugt worden ist, in einem pharmazeutisch annehmbaren
Träger,
wie hierin definiert, verabreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter durch Bezugnahme auf die folgenden,
veranschaulichenden Beispiele beschrieben.
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Beispiel 1: Fermentation
von Staphylococcus
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ATCC
202176, ein Stamm von S. epidermidis, der das Antigen trägt, wurde
in einem 50-Liter-Fermenter
in Columbia-Brühe,
supplementiert mit 4% NaCl, fermentiert. Die Fermentation wurde
mit einem Liter einer 16 Stunden alten Impfkultur gestartet. Zellen
wurden 24 Stunden mit geringer Belüftung (1 v.v.m.) und milder Bewegung
(200 UPM) bei 37°C
fermentiert. Im Anschluß an
die Fermentation wurden die Zellen mit 2% Endkonzentration von Phenol
zu Ethanol (1:1) abgetötet
und anschließend
zentrifugiert, um die Zellen vom Überstand zu trennen.
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Zellen,
die als ein Impfstoff verwendet werden sollen, um Vollzellantiserum
herzustellen, wurden über Nacht
bei Raumtemperatur in 3% Formalin fixiert. Zellen zur Reinigung
von Antigen wurden durch Zugabe von Phenol-Ethanol (1:1, vol/vol)
zum Fermenter auf eine Endkonzentration von 2% und langsames Mischen
für 2 Stunden
bei 15–20°C abgetötet. Keine
lebensfähigen
Zellen wurden nach dieser Behandlung nachgewiesen. Die Zellen wurden
dann durch Zentrifugation bei 14.500 × g geerntet und bei –70°C bis zur
Verwendung aufbewahrt.
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Beispiel 2: Herstellung
von Vollzellantiserum
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Formalin-fixierte
Zellen aus Beispiel 1 wurden auf OD540nm =
1 eingestellt und wurden intravenös in Kaninchen injiziert. Kein
Adjuvans wurde verwendet. Die Kaninchen wurden wöchentlich zur Ader gelassen
und positives Vollzellserum wurde gesammelt und gepoolt. IgG wurde
aus Vollzellserum mit einer Protein G-Affinitätssäule gereinigt.
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Beispiel 3: Reinigung
von Antigen
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Antigen
wurde aus Zellpaste extrahiert. Eine Suspension der Zellpaste (0,5
g/ml) wurde für
4 Stunden bei 37°C
mit Pronase (1 mg/g Zellen) und anschließend mit Lysostaphin (175 U/g
Zellen), DNase und RNase (jeweils 0,1 mg/g) behandelt und dann über Nacht
bei 4°C
aufbewahrt. Die Suspension wurde 10% in Trichloressigsäure (TCA)
gemacht und für
4 Stunden bei 60°C
inkubiert. Nach Zentrifugation wurde der Überstand mit 1M NaOH auf pH
7,0 neutralisiert, gefolgt von sequentieller Ausfällung mit
25–75%
kaltem Ethanol in Gegenwart von 1 mM CaCl2.
Nukleinsäuren
und Proteine mit hohem Molekulargewicht wurden aus neutralisiertem Überstand
ausgefällt,
indem er auf 25% Ethanol eingestellt und bei 4°C für 4 Stunden inkubiert wurde. Nach
Zentrifugation wurde der Überstand
auf 75% Ethanol eingestellt und bei 4°C für 4–12 Stunden inkubiert, um antigenhaltiges
Material auszufällen.
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Der
Niederschlag, der das rohe Antigen enthielt, wurde in Wasser gelöst, und
restliches Ethanol wurde durch Dialyse entfernt. Das dialysierte
Material wurde auf 0,01 M Tris-HCl pH 7,0, 0,3 M NaCl eingestellt,
und restliche Teichonsäure
wurde durch Anionenaustauschchromatographie auf einer Q-Sepharose-Säule in Durchflußmodus mit
0,01 Tris-HCl pH 7,0, 0,3 M NaCl entfernt. Fraktionen wurden durch
Kapillarfällung
mit für das
Antigen spezifischen Antikörpern
getestet, um antigenhaltige Fraktionen zu bestimmen. Antigenhaltige Fraktionen
wurden gegen Wasser (3 × 5
l) dialysiert, lyophilisiert und mit Lysozym (0,5 mg/g Zellpaste)
für 3 Stunden
bei 37°C
behandelt, um restliches Peptidoglykan zu verdauen. Die enzymbehandelte,
rohe antigenhaltige Fraktion wurde erneut in 0,01 M Tris-HCl pH 7,0 suspendiert
und erneut auf einer Q-Sepharose-Säule in einem linearen Gradienten
von 0,1–0,25
M NaCl chromatographiert. Phosphor-negative und Antigen-positive
Fraktionen, bestimmt durch kolorimetrische Tests bzw. Kapillarfällung mit
monospezifischem Antiserum aus Beispiel 2, wurden gepoolt, gegen
Wasser dialysiert und lyophilisiert. Das meiste Antigen eluierte
bei 0,2 M NaCl. Das rohe Antigen wurde weiter auf einer Sepharose-CL6B-Säule gereinigt,
um im wesentlichen reines Antigen zu erhalten. Antigenhaltige Fraktionen
wurden gepoolt, gegen Wasser dialysiert und gefriergetrocknet.
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Beispiel 4: Charakterisierung
von Antigen
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Analyse
von gereinigtem Antigen mit GLC-MS zeigte das Vorhandensein von
GlcNAc als einer hauptsächlichen
Glykosylkomponente. Dies wurde bestätigt durch 1H-NMR- und 13C-NMR-Spektroskopie
des Antigens, die ein anomeres Signal bei δ 4,88 bzw. δ 100,48 ppm zeigten. Das Vorhandensein
eines einzelnen anomeren Signals bestätigt das Vorhandensein von
Monosaccharid als einer Hauptkomponente. Signale, die O-Acetylgruppen
entsprechen, sind nicht zu finden.
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Ein
kleiner Wert für
JH1,H2 (< 1,0 Hz)
zeigte eine α-Konfiguration
für das
Kohlehydrat, die durch eine Messung von c = 173 Hz für die JC,H-Kopplungskonstante
bestätigt
wurde. Signale bei δ 24,860
ppm (NAc-CH3) und δ 176,814 ppm (NAc-CO) in 13C-NMR
zeigten, daß das
Glucosamin N-acetyliert war, was den Kohlehydratteil des Antigens
zu 2-Acetamido-2-desoxy-α-D-glucopyranosid
macht. Andere C13-NMR-Spektrumsignale erscheinen bei δ 75,122,
73,953, 73,865, 73,807, 72,939, 69,847, 69,638, 69,585, 63,515 bzw. 56,321.
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Aminosäureanalyse
des Antigens zeigte das Vorhandensein von Serin, Alanin, Asparaginsäure/Asparagin,
Valin und Threonin in Molverhältnissen
von ungefähr
39:25:16:10:7. Aminosäuren
stellten etwa 32 Gew.-% des Antigenmoleküls dar.
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Die
Mobilität
des gereinigten Antigens bei Immunelektrophorese (IEF) zeigte das
Vorhandensein negativ geladener Gruppen. Das gereinigte Antigen
enthielt keinen neutralen Zucker, nachgewiesen mit dem Phenol-Schwefelsäure-Test.
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Beispiel 5: Herstellung
von Antigen-Immunträger-Konjugaten
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Gereinigtes
Antigen wurde durch Hydrolyse in 50 mM Essigsäure bei 100°C für 30 Minuten oder 80°C für 90 Minuten
teilweise depolymerisiert. Die Reaktionsmischung wurde gefriergetrocknet,
und Essigsäure wurde
durch Lyophilisation entfernt. Ein teilweise hydrolysiertes Antigen
wurde in 0,5 M ADH bis zu seiner Endkonzentration von 5 mg/ml gelöst, und
der pH wurde mit 0,1 M HCl auf 5,6 eingestellt. Eine Antigen-Lösung wurde
100 mM EDAC gemacht, durch Zugabe von EDAC (als einem Pulver), und
der pH wurde mit 0,1 M HCl für
1 Stunde bei 5,6 gehalten. Die Reaktionsmischung wurde dann gegen
0,2 M NaCl (1X) dialysiert, dann auf einer Sephadex-G25-Säule (2,6 × 30 cm)
entsalzt und gefriergetrocknet. Die Menge an ADH, die in das Antigen
eingebaut ist, wurde kolorimetrisch mit dem Trinitrobenzolsulfonsäure(TNBS)-Test
unter Verwendung von ADH als einem Standard bestimmt.
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ADH-derivatisiertes
Antigen (10 mg) wurde in 1.795 μ1
0,1 M MES-Puffer pH 5,6 gelöst,
und 205 μl rEPA-Lösung (48
mg/ml), die 10 mg rEPA darstellen, wurden zugegeben. Die Reaktionsmischung
wurde durch Zugabe von EDAC (als einem Pulver) 100 mM EDAC gemacht,
und die Mischung wurde bei Raumtemperatur für 60 Minuten gerührt. Die
Reaktion wurde gestoppt, indem der pH mit 1 M MES-Natriumsalz (pH
9,21) auf 7,0 gebracht wurde. Reines Konjugat wurde durch Ausschlußchromatographie
auf Sephacryl-S-300-Säule,
die mit PBS eluiert wurde, erhalten. Die Menge an Antigen und Protein
im Konjugat wurde durch kompetitiven ELISA und Coomasie-Blau-Test
(Pierce) unter Verwendung des entsprechenden Antigens oder von BSA
als Standards bestimmt. Das gleiche Verfahren wurde verwendet, um
Antigen-Dtd-Konjugat herzustellen.
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Beispiel 6: Herstellung
von Antiseren zu Antigen-Immunträger-Konjugaten
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Weiße weibliche
Neuseeland-Kaninchen wurden durch subkutane Injektion mit 50 μg Antigen-Immunträger-Konjugat,
hergestellt gemäß Beispiel
5, an den Tagen 0, 14 und 28 immunisiert. Die erste Injektion wurde
mit einem gleichen Volumen von vollständigem Freund'schen Adjuvans (CFA)
verabreicht und anschließende
Injektionen wurden mit unvollständigem
Freund'schen Adjuvans
(IFA) verabreicht. Testaderlasse, die von den Kaninchen abgenommen
wurden, wurden auf das Vorhandensein von ausfallenden Kaninchen-Antikörpern, die
zum Antigen spezifisch waren, mit dem sie immunisiert wurden, überwacht.
Weitere Injektionen wurden nach Erfordernis verabreicht, um den
Titer zu boosten.
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Kaninchen
wurden zur Ader gelassen, um Kaninchen-Antiseren mit hohem Titer
zu erhalten, die Antikörper
enthielten, die spezifisch zum Antigen waren, mit dem sie immunisiert
wurden. Die Antikörper
waren in der Lage, das Abtöten
von Zellen, die das Antigen tragen, durch HL 60 in Gegenwart von
Komplement zu vermitteln. Mit Antigen-rEPA- oder Antigen-Dtd-Konjugaten immunisierte
Kaninchen waren auch in der Lage, antigenspezifische Antikörper auszulösen. Diese
Antikörper
ergaben Niederschläge
mit dem Antigen in Kapillare.
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Es
wurde mit ELISA gezeigt, daß gereinigtes
Konjugatseren-IgG 16,0 mg/ml Gesamt-IgG und 1,54 mg/ml antigenspezifisches
IgG enthielt. Konjugat-IgG wurde in Opsonophagozytose-Tests verwendet,
um die Fähigkeit
der spezifischen Antikörper
zu bewerten, Opsonophagozytose entsprechender Staphylococcus-Bakterien
durch HL-60-Zellen in in-vitro-Tests zu vermitteln, und in Tiermodellen,
um Wirksamkeit in vivo zu bewerten.
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Beispiel 7: In-vitro-Opsonophagozytose-Tests
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Bakterien
von ATCC 202176, einem Staphylococcus-Stamm, der das Antigen trägt, wurden
von Vorratsperlen auf eine neue Platte mit tryptischem Sojaagar übertragen.
Die Platte wurde für
18–20
Stunden bei 37°C
in 5% CO2 inkubiert. Die Bakterien wurden
von der Platte abgekratzt und für
Inokulation von 200 ml Columbia-Brühe, supplementiert mit 4% NaCl,
verwendet. Bakterien wurden 18–20
Stunden bei 37°C
inkubiert, dann bei 2.000 UPM für
10 Minuten bei 25–35°C zentrifugiert,
und der Überstand
wurde entfernt. Die pelettierten Bakterien wurden in 2 ml steriler
physiologischer Kochsalzlösung
erneut suspendiert und verwendet, um eine Bakteriensuspension mit
einer optischen Dichte von 0,1 bei 650 nm herzustellen.
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Eine
1:200-verdünnte
Probe, hergestellt aus der oben beschriebenen Bakterien-Suspension,
in MEM-Medium, supplementiert mit 0,1 % Gelatine, wurde als Arbeitsvorrat
der Bakterienlösung
verwendet. Dieses Bakterien-Präparat
wurde gegen entsprechende Antiseren auf positive Objektträgeragglutinierung
getestet. Der Bakterien-Arbeitsvorrat wurde in Mikrotiterplattenvertiefungen
mit der entsprechenden Verdünnung von
MEM-Medium geladen.
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PMNs
wurden aus HL-60-Zellen erhalten, eingestellt auf eine Konzentration
von 1,0 × 106 Zellen pro ml in MEM-Medium, supplementiert
mit 0,1% Gelatine. Die PMN-Zellen wurden bei 1.000 UPM für 10 Minuten bei
30–35°C zentrifugiert.
Die pelletierten Zellen wurden in 5 ml MEM-Medium, supplementiert
mit 0,1% Gelatine, erneut suspendiert und bei 1.000 UPM für 10 Minuten
zentrifugiert. Die pelletierten Zellen wurden in 1 ml MEM-Medium,
supplementiert mit 0,1% Gelatine, erneut suspendiert, um eine Arbeitskonzentration
von 1 × 106/ml zu liefern.
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Ein
menschliches Komplement, hergestellt aus menschlichem Serum, wurde
auf 1:80 in MEM-Medium, supplementiert mit 0,1% Gelatine, verdünnt. Die
Reaktionsmischung in den Mikrotiterplattenvertiefungen enthielten
50 μl Bakterien
[106 Zellen/ml], 50 μl verdünnte Seren, 50 μl PMN [1 × 106 Zellen/ml] und 50 μl Komplement [1:80], um ein
Gesamtvolumen von 200 μl
zu ergeben. Zum Zeitpunkt 0 wurde eine 10 μl-Probe von der Reaktionsplatte
1:5, 1:10 und 1:50 reihenverdünnt.
Eine 10 μl-Probe
jeder Verdünnung
wurde auf eine Platte mit tryptischem Sojaagar (TSA) plattiert.
Die TSA-Platten wurden über
Nacht bei 37°C,
5% CO2 inkubiert. Nach der Verdünnung zum
Zeitpunkt 0 wurde die Reaktionsplatte bei 37°C für 90 Minuten inkubiert. Die
Proben wurden erneut vermischt. Eine 10 μl-Probe von der Reaktionsplatte
wurde 1:5, 1:10 und 1:50 reihenverdünnt. Eine 10 μl-Probe jeder
Verdünnung
wurde auf eine TSA-Platte plattiert, die dann über Nacht bei 37°C, 5% CO2 inkubiert wurde.
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Die
Bakterienkolonien wurden für
jede Verdünnung/Probe/Platte
gezählt
und die prozentuale Abtötung von
Bakterien wurde mit der Formel berechnet:
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Sowohl
Vollzellenantiserum von Kaninchen, die mit ATCC 202176 immunisiert
worden waren, als auch Kaninchen-Antikörper, die gegen Antigen-Dtd-Konjugate
gezogen worden waren, vermittelten die Opsonophagozytose von Staphylococcus
durch HL-60 in Gegenwart von menschlichem Komplement. Opsonische
Aktivität
von sowohl Vollzellenantiseren als auch anti-Antigen-rEPA-Konjugat-Kaninchen-Antikörpern wurden
durch Antigen vollständig
herausabsorbiert.
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Beispiel 8: In-vivo-Schutz
von Mäusen
vor letaler Staphvlococcus-Provokation durch Impfung mit Antigen-rEPA-Konjugat
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Insgesamt
24 Mäuse
wurden in drei Gruppen mit 8 Mäusen
in jeder Gruppe aufgeteilt. Die Mäuse in der ersten Gruppe wurden
mit einer intraperitonealen Injektion von 2,5 μg gereinigtem Antigen-rEPA-Konjugat, hergestellt
gemäß Beispiel
5, und IFA immunisiert. Den Mäusen
in der zweiten Gruppe wurde PBS plus IFA injiziert, während den
Mäusen
in der dritten Gruppe PBS injiziert wurde. Die Mäuse wurden zweimal, in Zwei-Wochen-Intervallen, mit
demselben Impfstoff oder derselben Kontrolldosis geboostet.
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Eine
Woche nach der dritten Injektion (zweiter Boost) wurden die Mäuse mit
1,15 × 108 cfu von Stamm #V01048 provoziert, einem
schleimproduzierenden Stamm von S. epidermidis, der das Antigen
trägt,
in 5% Schweinemucin. Die provozierten Mäuse wurden auf Morbidität und Mortalität überwacht.
Die Ergebnisse zeigten, daß 75%
(2/8) der Mäuse
in der ersten Gruppe letale Provokation überlebten und an Tag 216 im
Anschluß an
die Provokation immer noch am Leben waren, während alle Mäuse in der
zweiten und der dritten Gruppe bis Tag 41 im Anschluß an die
Provokation starben.
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Beispiel 9: In-vivo-Schutz
von Mäusen
vor letaler Staphvlococcus-Provokation mit Antigen-spezifischen
monoklonalen Antikörpern
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Die
prophylaktische Wirkung von Antigen-spezifischem monoklonalen Antikörper wurde
im selben Mäusemodell
unter Verwendung des schleimproduzierenden S. epidermidis-Stammes
#977, der das Antigen trägt,
für die
Provokation bewertet. Gruppen von Mäusen wurden subkutan mit entweder
0,5 mg oder 1,0 mg von S. epidermidis-Antigen-spezifischem monoklonalen
Antikörper,
1 mg von E. coli-spezifischem monoklonalen Antikörper bzw. 1 mg S. epidermidis-Schleim-spezifischem
monoklonalen Antikörper
immunisiert. 24 Stunden nach Immunisierung wurden die Mäuse intraperitoneal
mit 1 × 108 CFU Bakterien in 6% Schweinemucin provoziert,
und die Mäuse
wurden auf Morbidität
und Mortalität überwacht.
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Die
Ergebnisse zeigten dosisabhängigen
Schutz durch zu Antigen spezifizieren monoklonalen Antikörper gemäß der Erfindung.
Weder der Antikörper,
der für
Schleim spezifisch ist, noch der Antikörper, der spezifisch für E. coli
ist, lieferte Schutz gegen die Provokation.
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Beispiel 10: In-vivo-Schutz
von Mäusen
vor Antibakteriämie
durch Impfung mit Antigen-Dtd-Konjugat
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Insgesamt
80 Mäuse
wurden in zwei Gruppen mit 40 Mäusen
in jeder Gruppe aufgeteilt. Die Mäuse in der ersten Gruppe wurden
mit einer subkutanen Injektion von 2,5 μg von gereinigtem Antigen-Dtd-Konjugat, hergestellt
gemäß Beispiel
5, und IFA immunisiert. Den Mäusen
in der zweiten Gruppen wurde MEP-Konjugat (ein Konjugat von Mucoidexopolysaccharid
aus Pseudomonas aeruginosa und Dtd) plus IFA injiziert. Die Mäuse wurden
zweimal, in Zwei-Wochen-Intervallen, mit demselben Impfstoff oder
derselben Kontrolldosis geboostet.
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Eine
Woche nach der dritten Injektion wurden die Mäusen intraperitoneal mit einer
subletalen Dosis (5,0 × 107 cfu) von Stamm #V01048, einem schleimproduzierenden
Stamm von S. epidermidis, der das Antigen trägt, in 5% Schweinemucin provoziert.
Provozierte Mäuse
wurden ausgeblutet und auf positive Bakterienkulturen nach 6, 24,
30 und 48 Stunden getestet (10 Mäuse
zu jedem Zeitpunkt). Die Ergebnisse zeigten, daß Immunisierung mit Antigen-rEPA-Konjugat Bakteriämie in den
provozierten Mäusen
signifikant verringerte, durch Erleichterung der Ausscheidung von
Bakterien aus dem Blut. Die Kontrollgruppe, die mit dem MEP-Konjugat
immunisiert worden war, war nicht gegen Bakteriämie geschützt.
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Beispiel 11: Fähigkeit
von Antigen, in vitro das Anhaften von Staphylococcus-Bakterien an intravenösen Kathetern
zu blockieren
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Die
Fähigkeit
des Antigens, das Anhaften des schleimproduzierenden S. epidermidis-Stammes #977, der
das Antigen trägt,
und des S. haemolyticus-Stammes 4162, der das Antigen trägt, (bestimmt
durch Doppelimmundiffusion von rohem Bakterienextrakt), an intravenösen Kathetern
zu vermitteln, wurde in einem in-vitro-Anhaftungstest bewertet.
Die Bakterien wurden über
Nacht bei 37°C
auf einer Columbia-Agarplatte, supplementiert mit 4% Natriumchlorid,
angezogen. Am folgenden Morgen wurde eine isolierte Kolonie von
dieser Platte in 5 ml Columbia-Brühe, supplementiert mit 4% Natriumchlorid,
inokuliert. Diese Kultur wurde dann für 4 Stunden unter Rütteln bei
37°C angezogen
und dann auf eine OD von 0,12 bei 650 nm eingestellt.
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Ein
einzelner 1¼'' IV-Insyte-Katheter [Radiopaque Vialon®-Material,
Becton Dickinson Vascular Access, Sandy, Utah] wurde bei 37°C für 30 Minuten
in einem 1 ml-Volumen einer 0,5 mg/ml Antigen-Lösung in PBS inkubiert. Die
Katheter wurden dann vorsichtig mit kaltem PBS gewaschen, in 1 ml
Bakterien-Suspension untergetaucht und für 30 Minuten bei 37°C ohne Rütteln inkubiert.
Die Katheter wurden dann vorsichtig wieder mit kalter PBS-Lösung gewaschen
und in drei gleiche Stücke
geschnitten. Die zerschnittenen Katheter wurden in 500 μl PBS untergetaucht
und für
1 Minute auf Eis beschallt, um an den Katheter gebundene Bakterienzellen durch
Beschallung zu entfernen. Diese Suspension wurde 1:10, 1:100 und
1:1.000 in PBS verdünnt
und auf TFA-Platten plattiert und 18–20 Stunden bei 37°C inkubiert.
Die Bakterienkolonien wurden gezählt,
und die Unterschiede in der Bakterienrückgewinnung von verschiedenen
Antigen-beschichteten Kathetern wurden bestimmt.
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Die
Ergebnisse zeigten, daß Vorinkubation
der intravenösen
Katheter mit Antigen, isoliert aus S. epidermidis 202176, das Anhaften
des schleimproduzierenden S. epidermidis-Stammes #977, der das Antigen trägt, um 97,5%
verringerte, und das Anhaften von S. haemolyticus um 92% verringerte.
Das mit dem Antigen, das aus S. epidermidis 202176 aufgereinigt
war, identische Antigen wurde in rohem Zellwandextrakt von S. haemolyticus
und S. hominis nachgewiesen, was nahelegt, daß S. epidermidis-Antigen für das Anhaften
von Koagulasenegativen Staphylococci an intravenösen Kathetern verantwortlich
ist.
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Beispiel 12: Fähigkeit
von Fab-Fragmenten aus Antigen-spezifischen Antikörpern, das
Anhaften von Staphylococcus-Bakterien an intravenösen Kathetern
in vitro zu blockieren
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Die
Fähigkeit
der aus Antigen-spezifischen Antikörpern hergestellten Fab-Fragmente,
das Anhaften des schleimproduzierenden S. epidermidis-Stammes RP62A,
eines Stammes, der das Antigen trägt, an einem intravenösen Katheter,
der in menschlichem Plasma vorinkubiert worden war, zu blockieren,
wurde in einem in-vitro-Anhaftungstest bewertet. Die Bakterien wurden über Nacht
bei 37°C
auf einer Columbia-Agarplatte, supplementiert mit 4% Natriumchlorid,
angezogen. Am folgenden Morgen wurde eine isolierte Kolonie von
dieser Platte in 5 ml Columbia-Brühe, supplementiert mit 4% Natriumchlorid,
inokuliert. Diese Kultur wurde für
4 Stunden unter Rütteln
bei 37°C
angezogen und dann auf eine OD von 0,12 bei 650 nm eingestellt.
Bakterien-Suspension (1 ml) wurde bei 3.000 UPM zentrifugiert und
der Pellet wurde in 1 ml Fab-Lösung
(1 mg/ml) erneut suspendiert und für 30 Minuten bei 37°C inkubiert.
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Ein
einzelner 1¼'' IV-Insyte-Katheter [Radiopaque Vialon®-Material,
Becton Dickinson Vascular Access, Sandy, Utah] wurde bei 37°C für 30 Minuten
in einem 1 ml-Volumen einer 0,5 mg/ml Antigen-Lösung in PBS inkubiert. Die
Katheter wurden dann vorsichtig mit kaltem PBS gewaschen, in 1 ml
Bakterien-Suspension untergetaucht und für 30 Minuten bei 37°C ohne Rütteln inkubiert.
Die Katheter wurden dann vorsichtig wieder mit kalter PBS-Lösung gewaschen
und in drei gleiche Stücke
geschnitten. Die zerschnittenen Katheter wurden in 500 μl PBS untergetaucht
und für
1 Minute auf Eis beschallt, um an den Katheter gebundene Bakterienzellen durch
Beschallung zu entfernen. Diese Suspension wurde 1:10, 1:100 und
1:1.000 in PBS verdünnt
und auf TFA-Platten plattiert und 18–20 Stunden bei 37°C inkubiert.
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Die
Bakterienkolonien wurden gezählt,
und die Unterschiede in der Bakterienrückgewinnung von verschiedenen
Antigen-beschichteten Kathetern wurden bestimmt.
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Die
Ergebnisse zeigten, daß das
Anhaften von schleimproduzierendem S. epidermidis-Stamm RP62A, der
das Antigen trägt,
durch die Vorbehandlung von Kathetern mit Fab-Fragmenten, hergestellt
aus normalen Kaninchen-Antikörpern,
nicht beeinflußt
wurde. Vorbehandlung derselben Bakterien mit Fab-Fragmenten, hergestellt
aus Antigen-spezifischen Kaninchen-Antikörpern, hemmte das Anhaften
von Bakterien an den intravenösen
Katheter wirkungsvoll. Diese Daten und die Daten aus Beispiel 11
legen nahe, daß Antigen eine
wichtige Rolle beim Anhaften von Koagulase-negativen Staphylococci
an biologischen Materialien spielt. Das Hemmen der Anhaftung durch
Antigen und Antigen-spezifische Antikörper kann eine wichtige Rolle
bei der Verhinderung von mit Fremdkörpern zusammenhängenden
Infektionen spielen, die durch Koagulase-negativen Staphylococcus
verursacht werden.