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Die
Erfindung betrifft lipidhaltige Partikel, ausgewählt aus Iscoms und Iscom-Matrizen,
welche einen oder mehrere hydrophobe Rezeptorkomponenten enthalten,
die an Antigene aus Mikroorganismen, so wie Bakterien, Viren, oder
Teile davon, d. h. an die rezeptorbindenden Teile, so wie Toxine
oder Oberflächenproteine,
binden.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung Verfahren zum Herstellen solcher lipidhaltiger
Partikel und die humanmedizinische, veterinärmedizinische oder andere pharmakologisch
vorbeugende und heilende Verwendung, so wie die immuntherapeutische
Verwendung, dieser Partikel. Die Erfindung beinhaltet insbesondere
Iscoms und Iscom-Matrizen,
deren Oberflächen
mit bakteriellen Toxinfragmenten, so wie der Choleratoxin B-Untereinheit
(CTB), präpariert
sind.
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Hintergrund
der Erfindung
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Lipidhaltige
Strukturen in der Form von Mizellen, Liposomen und anderen Vesikeln,
Iscoms (immunstimulierender Komplex/immunstimulierende Partikel),
Iscom-Matrizen usw. wurden als wirksame Träger für pharmakologisch und/oder
immunologisch aktive Substanzen oder Molekülkomplexe vorgestellt. Siehe
beispielsweise WO-A1-90/03184 (Morem et al., Clin. Immunother. Review,
1995; Kersten et al., Iscom-Liposome Review, 1995). In vielen Fällen wurde
gezeigt, daß die
Immunisierung von Labortieren mit solchen lipidhaltigen Strukturen,
in die verschiedene Antigene mit einbezogen sind, eine erhöhte Immunantwort
auf die entsprechenden Antigene hervorruft, verglichen mit der Immunantwort,
die nach der Immunisierung unter Verwendung des entsprechenden Antigens
in einer freien Form erhalten wird.
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Iscom
und Iscom-Matrizen sind als wirksame Träger für Antigene und Adjuvansmoleküle dokumentiert,
um die Immunogenizität
von kleinen und großen
Molekülen
(Antigenen) zu verstärken,
d. h. sie stark immunogen zu machen, sowohl wenn sie parenteral
als auch wenn sie lokal auf mukösen
Oberflächen
verabreicht werden (topisch). Das Iscom hat einzigartige Eigenschaften
dahingehend, daß es
wirksam nach mukosaler intranasaler Verabreichung ist. Es ist gut
dokumentiert (Morem et al., Clin. Immunother. 3, 1995, 461–475), daß sowohl
Iscoms mit integrierten Antigenen (normalerweise Protein) als auch
Iscoms als Träger, beispielsweise
kleine Antigene, so wie Oligopeptide, oder wie beispielhaft ausgeführt durch
Biotin, effektiv eine Immunantwort auf diese großen oder kleinen Moleküle hervorrufen.
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Iscom-Matrizen
(und Iscom) haben eine gut dokumentierte, beinhaltete Adjuvansaktivität, die Antikörper-vermittelte
sowie zellvermittelte Immunantworten auf die gleichsam verabreichten
Antigene potenziert. Iscom ruft zellvermittelte Immunantwort sowohl
unter Klasse I- als auch Klasse II-Restriktion hervor.
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Cholera
ist die ernsthafteste aller Diarrhöekrankheiten und wird verursacht
durch die Vibrio-Cholerabakterien
in Gruppe I. Diese Bakterien kolonisieren sich im Dünndarm von
Menschen und scheiden ein Ektotoxinprotein aus, das als Choleratoxin
bekannt ist. Dieses Toxin bindet an und wird absorbiert durch Zellen
in den Schleimhäuten
und verursacht ein intensives Ausscheiden von Elektrolyten und Wasser
aus den Zellen, was zu den schweren Fällen von Diarrhöe, Entwässerung
und metabolischer Azidose führt,
die die Cholera kennzeichnen.
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Ähnliche
Krankheiten können
verursacht werden durch sogenannte "enterotoxische" (ET) Colibakterien, aber die Symptome
sind normalerweise milder. Solche Bakterien verursachen häufig Diarrhöe bei jungen Individuen
unter Menschen und praktisch allen Arten von Tieren, einschließlich Schweinen
und Rindvieh. Diese Diarrhöe-Arten, welche zu
großen ökonomischen
Verlusten in der Viehwirtschaftindustrie führen können, werden teilweise durch
das hitzelabile Toxin (LT) verursacht, das dem Choleratoxin (CT) ähnlich ist.
Diese Toxine sind so ähnlich,
daß sie
an die gleichen Rezeptoren binden.
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Die
Strukturen von CT und LT sind gut definiert bezüglich Struktur und Funktion.
Sie sind oligomere Proteine, die aus einem Teil bestehen, der an
den Choleratoxinrezeptor, nämlich
den B-Teil, bindet, welcher wiederum aus fünf Untereinheiten besteht,
welche jeweils ein ungefähres
Molekulargewicht von 11.600 haben und einen Pentamerring bilden.
Die A-Untereinheit ist ein proteolytisch gespaltenes Polypeptid
mit einem Molekulargewicht von ungefähr 28.000, bestehend aus zwei
Disulfid-verbundenen Fragmenten. Das größere A1-Fragment enthält Toxin-Enzym-Aktivität, während das
kleinere A2-Fragment
das A1-Fragment mit dem B5-Ring verbindet. CT bindet mit hoher Affinität an eine
Klasse von Rezeptoren, die auf der Oberfläche der sogenannten Bürstensaummembranen
im Dünndarm
existieren, ebenso wie an die Plasmamembran der meisten menschlichen
Zellen. Das GM1-Gangliosid stellt den Rezeptor für CT dar (Holmgren et al.,
Infect. Immun. 38, 424–433).
LT bindet ebenso an GM1.
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CT
bzw. LT sind beides wichtige Bestandteile in den Impfstoffen der
Untereinheit, die dafür
vorgesehen sind, einen Schutz gegen Cholera und enterotoxische Colibakterien
hervorzurufen. Im Falle von Darminfektionen ist es von besonderem
Interesse, einen lokalen Schutz hervorzurufen, der unter anderem
durch Sekretions-IgA in die Darmmembran ausgeübt wird. CT und LT werden beide
als Targeting-Moleküle
für gut
geeignet gehalten bei Adjuvansformulierungen für Impfstoffe, die für die Verabreichung
im Darmtrakt und in den Atemwegen vorgesehen sind (Morein, Lovgren
and Cox, 1966), wobei sie unter anderem die Fähigkeit haben, eine Sekretions-IgA-Antwort hervorzurufen,
die ein wichtiger Bestandteil bei dem Schutz ist. Die B-Untereinheiten von
CT und LT haben eine Menge Interesse als Trägermoleküle und sogar als universelle
Vektorsysteme für orale
Impfstoffe auf sich gezogen (Mucosal Handbook Immunology, Hrsg.
Ogra, P. L. Lamm Me, Mc Ghee Jr., Mestechy, J., Strober, W., Bienenstock,
J, 1994). Das Interesse ist sogar noch weiter angestiegen, da gezeigt wurde,
daß das
Konjugat zwischen CTB und anderen Antigenen nicht nur eine Immunantwort
in den lokalen Darmschleimhautmembranen hervorruft, sondern auch
zu einem begrenzten Ausmaß in
anderen entfernten Schleimhäuten,
so wie der Speicheldrüse,
der Lunge, dem Genitaltrakt, und im Blut (Handbook mucosal, 1994).
Das Problem mit CTB und LTB ist es, daß sie eine niedrige (innere)
Kapazität
haben, ihre eigene starke, schützende
Immunantwort gegen das Choleratoxin oder gegen LT oder gegen das
Antigen, für
das sie als Träger
modifiziert sind, zu potenzieren. Sie haben so eine niedrige Adjuvansaktivität in Bezug
auf die immunmodulierende und immunpotenzierende Wirkung (Morein,
Lovgren und Cox, 1966).
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CTB
und LTB werden experimentell als Träger eines Antigens verwendet,
mit dem Zweck, durch lokale Verabreichung (oral) eine lokale Immunantwort
in den Schleimhäuten
des Verdauungstrakts ebenso wie in anderen Schleimhäuten durch
darmverbundenen lymphatischen Verkehr (GALT) oder direkte Anwendung
auf anderen Schleimhäuten,
so wie den Atemwegen, hervorzurufen. CTB und LTB haben Targeting-Kapazität, was bedeutet,
daß von
ihnen erwartet wird, sowohl sich selbst als auch die Antigene, die
sie tragen können,
zu dem lymphatische System im Darmtrakt zu lenken und anzuordnen,
was bedeutet, zu den M-Zellen in Payer's Patches, zu Lamina propria (LP) und
zu dem lymphatischen System im Darm und anderen Schleimhäuten durch GALT
oder durch direkte Anwendung auf diesen Schleimhäuten, beispielsweise in den
Atemwegen.
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Die
folgenden ungelösten
Schwierigkeiten existieren bezüglich
der Verwendung von CTB und LTB für lokale
Immunisierung.
- 1. CTB und LTB haben durch ihre
eigene relativ geringe Immunogenizität und eine geringe immunverstärkende Kapazität den Bedarf,
daß sie
mit einem Adjuvansbestandteil potenziert werden, um optimale Wirksamkeit
zu erhalten. In anderen Worten, dieses beinhaltet sowohl ihre eigene
Immunogenizität
als auch ihre immunverstärkende
Wirkung auf die Antigene, die sie mit sich getragen haben können. Ihr
Wert als Adjuvans ist auf "Targeting" beschränkt, während weitere
Adjuvansaktivitäten
in der Form von immunmodulierenden und immunverstärkenden
Kapazitäten
erforderlich sind, um eine optimale Immunogenizität zu erhalten.
- 2. Es gibt Limitierungen für
das Konjugieren von Antigenen auf CTB und LTB mit insbesondere hoher
physikalischer oder ökonomischer
Ausbeute, da nur eine limitierte Anzahl von Aminogruppen und/oder
Carboxygruppen aktiviert werden kann, ohne dabei ernsthaft ihren
Wert als Antigen oder als Träger
in Schleimhäuten
zu reduzieren und ohne daß sie
sich selbst und die begleitenden Antigene auf die lymphatischen Organe
und Zellen richten, um Immunantworten hervorzurufen. Sogar wenn
eine ausreichende Anzahl von Kopplungsgruppen auf einem Trägermolekül erhältlich ist,
ist es gut bekannt, daß es
schwierig ist, aufgrund der ungenügenden Ausbeute die gewünschte ökonomische
Ausbeute aus solchen Konstruktionen zu erhalten. Beispielsweise
werden häufig
nicht mehr als 15–20%
der erhältlichen
Antigene durch die Umsetzung an das Trägermolekül gebunden.
- 3. CTB und LTB haben einen limitierten Raum zum chemischen Binden
von größeren Molekülen, da
sie funktionelle Epitope blockieren können, die erforderlich sind,
um die Komplexe auf die lymphatischen Organen und Zellen zu richten.
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Alving
et al. beschreibt Liposome als Trägersystem für Malaria-Sporozoidantigen
und Choleratoxin (CT).
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Nabila
et al. beschreibt Liposome, die Lipid A als Adjuvans und Choleratoxin
als ein Proteinantigen enthalten.
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Valdolas
et al. beschreibt Liposome, die OVA und den B-Bestandteil des Choleratoxins
CTB enthalten. Im Gegensatz dazu betrifft die vorliegende Erfindung
Iscom-Partikel,
die lipidhaltige Rezeptoren umfassen, beispielsweise den GM1-Rezeptor
für Choleratoxin.
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Scheepers
et al. offenbaren die perorale Immunisierung mit einer Zusammensetzung,
die Iscoms, bakterielles Lipopolysaccharid (LPS) und Influenza NP
enthält.
LPS wird verwendet, um das hoch wasserlösliche NP durch das Anhaften
des bakteriellen Lipopolysaccharids LPS amphipatisch zu machen.
Diese Iscoms enthalten keinen lipidhaltigen Rezeptor.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
wurde nun demonstriert, daß durch
die Verwendung von lipidhaltigen Partikeln, ausgewählt aus
Iscoms und Iscom-Matrizen, die einen oder die mehrere hydrophobe
Rezeptormoleküle
für Antigensubstanzen oder
Targeting-Moleküle enthalten,
ein Beitrag in Richtung eines neuen allgemeinen Systems zum Binden
von Molekülen
geleistet wird. Diese Rezeptoren können lipidhaltige Rezeptoren
sein oder Rezeptoren, die hydrophobe Proteine sind. Durch dieses
neue allgemeine System wird ein größerer Anteil von Antigenen
oder anderen Substanzen an das Partikel mit einer Ausbeute gebunden,
die beginnt, sich 100% zu nähern,
was ökonomisch
vorteilhaft ist, aber vor allem ermöglicht es dieses neue System,
ohne Wettbewerb aus früheren
Systemen (die den Rezeptor nicht verwenden) (
EP 0 109 924 B1 ,
EP 0 180 546 B1 ,
EP 0 242 380 B1 )
an Antigen und Targeting-Moleküle
oder Molekülkomplexe
zu binden. Konsequenterweise ist die Immunantwort effizienter induziert
durch die Antigene, die an den Rezeptor gebunden sind. Vor allem
wird es möglich,
Antigen an den Rezeptor gemeinsam mit den anderen Antigenen zu binden,
die beinhaltet sind, ohne den Rezeptor zu verwenden. Mit dieser
Erfindung ist es leichter, sowohl Targeting-Moleküle, welche
beispielsweise in Schleimhäute
eintreten können,
als auch Passagier-Antigene, welche durch Schleimhäute nicht
absorbiert werden können,
zu binden (siehe die Schwedische Patentanmeldung 9600647-3). Ein
besonderer Vorteil ist es, daß lipidhaltige
Rezeptoren als ein integriertes Lipid in den Komplexen verwendet
werden können,
das heißt,
sie können
Lipide ersetzen, die verwendet werden, um den Komplex aufzubauen
(Pat. Lipid-Iscom).
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Unter
den rezeptorbindenden Bestandteilen, die durch die Erfindung umfaßt sind,
sind beispielsweise bakterielle Toxine und deren aktive Bindeteile
in Form von Untereinheiten oder Fragmenten oder verschiedenen Modifikationen
oder Derivaten davon, bakterielle Fimbrien oder andere Adhäsionsmoleküle und deren
aktive Bindeteile und/oder Derivatstrukturen. In vielen Fällen sind
diese Targeting-Strukturen auch relevante Impfstoffantigene, und
die Präsentation
solcher Antigene auf der Oberfläche
von lipidhaltigen Partikeln usw. zur Verwendung bei der Impfung
sind ebenso Teil der Erfindung.
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Iscom
enthält
wenigstens ein Glykosid, wenigstens ein Lipid und wenigstens eine
Art Antigensubstanz, insbesondere Proteine und Peptide. Diese Komplexe
verstärken
die Immunogenizität
der enthaltenen Antigene und können
auch eine oder mehrere immunmodulatorische (Adjuvans-aktive) Substanzen
enthalten und sind beschrieben in
EP 0 109 924 B1 ,
EP 0 242 380 B1 und
EP 0 180 546 B1 .
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Die
Matrix enthält
wenigstens ein Glykosid, eine Adjuvans-aktive Substanz, und wenigstens
ein Lipid. Die Matrix hat eine immunverstärkende Wirkung auf gleichsam
verabreichte antigene Substanzen, siehe
EP 0 436 620 B1 .
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Es
wurde gezeigt, daß die
Lipide in diesen Komplexen teilweise durch lipidhaltige Rezeptoren
für Antigensubstanzen
aus Mikroorganismen ersetzt werden können. Auf diese Art und Weise
wird die Menge Antigen, die an das Partikel bindet, bemerkenswert
erhöht.
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In
den Fällen,
wo die Komplexe Iscoms sind, werden diese Iscoms hergestellt, wie
in dem Europäischen
Patent
EP 0 109 942
B1 beschrieben. Hier werden Viren, Mykoplasma, Bakterien,
Parasiten, Tierzellen, enthaltend Antigene oder antigene Determinanten,
insbesondere Proteine oder Peptide oder isolierte Beispiele, die
hydrophobe oder amphipatische Bereiche haben, mit einem oder mit
mehreren Lösungsmitteln
vermischt, wodurch Komplexe zwischen Antigenen oder antigenen Determinanten
und Lösungsmitteln
gebildet werden, wonach die Antigene oder Determinanten aus dem
Lösungsmittel
abgetrennt werden in der Gegenwart einer Glykosidlösung oder
aus dem Lösungsmittel
abgetrennt und direkt in eine Glykosidlösung, enthaltend Cholesterin,
Phospholipid und ein oder mehrere Glykoside (Quillaja-Bestandteile)
mit hydrophoben und hydrophilen Domänen in einer Konzentration
von wenigstens der kritischen Mizellbindenden Konzentration, überführt werden,
wobei ein Proteinkomplex gebildet wird, welcher dann isoliert und
auf gereinigt wird.
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Die
verwendeten Lipide sind insbesondere diejenigen, die in dem Patent
des Anmelders
EP 0
109 942 B1 , insbesondere auf S. 3, und in
EP 0 436 620 B1 , S. 7, Zeilen
7–24 beschrieben
sind. Insbesondere Sterole, so wie Cholesterin, und Phospholipide,
so wie Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylcholin, werden verwendet.
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Die
Lipide können
ebenso lipophile Rezeptormoleküle
enthalten, die an zellbindende Bestandteile, insbesondere an Antigene,
binden. Solche Rezeptoren sind Glykolipide, beispielsweise das Choleratoxin-Rezeptorgangliosid
GM1 und fukosyliertes Blutgruppenantigen. Die zellbindenden Bestandteile
können
dann als Transportmoleküle
fungieren. Sie werden an den lipidhaltigen Rezeptor durch ein einfaches
Mischen mit dem Komplex, der den Rezeptor enthält, gebunden. Dann kann das
Iscom- oder das Matrix-Molekül mit dem
Antigen vermischt werden, das an den Rezeptor bindet.
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Es
ist möglich,
von der Matrix fortzuschreiten, die hergestellt werden kann durch
Lösen von
wenigstens einem Sterol in einem Lösungsmittel, Hinzufügen des
Glykosids oder der Saponine und der anderen Lipide, nachdem das
Lösungsmittel
entfernt werden kann, wenn es mit dem Endprodukt nicht vereinbar
ist. Die Matrix wird normalerweise in eine wäßrige Lösung transferiert, in welcher
ihre separaten Teile nicht löslich
sind. Das Lösungsmittel
kann z. B. durch Gelfiltration, Ultrafiltration, Dialyse oder Elektrophorese
entfernt werden. Die Matrix kann dann aus einem Überschuß an Sterol und Saponin, z.
B. durch Ultrazentrifugation, durch eine Dichtegradienten oder durch
Gelfiltration auf gereinigt werden. Das Lösungsmittel kann jegliches
von denen sein, die in
EP
0 436 629 B1 , S. 5, Zeilen 24–45 erwähnt sind. Die anderen Bestandteile
und das Verfahren sind ebenso in dieser Druckschrift beschrieben.
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Die
Glykoside, die bei dem Verfahren verwendet werden, können diejenigen
sein, die in
EP 0 109
942 B1 , S. 4, letzter Absatz beschrieben sind. Es werden
insbesondere Saponine verwendet, so wie Triterpensaponine, insbesondere
Quillaja-Saponine aus Quillaja saponaria Molina oder Zellkulturen
aus diesem Baum oder Unterbestandteile davon, insbesondere diejenigen,
die in dem Europäischen
Patent des Anmelders
EP 0
436 620 B1 , S. 4, Zeilen 19–46 beschrieben sind. Diese
können
QHA, QHB, QHC oder andere Zusammensetzungen aus Quillaja-Saponinen
sein. Die Glykoside sind Adjuvanzien und strukturbildende Elemente
in ein Iscom und Matrix. Es ist ebenso möglich, andere Adjuvanzien oder
immunmodulatorische Bestandteile als Glykoside in den Iscoms oder
den Matrizen mit einzubeziehen, wie es in
EP 0 436 620 B1 erwähnt ist.
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Es
ist ebenso möglich,
das Transportmolekül
und/oder das Passagier-Antigen als separate Einheit mit einem Iscom-Partikel
zu vermischen, in welchem das Passagier-Antigen oder das Transport (Targeting)-Molekül integriert
ist, oder mit dem Iscom- und/oder dem Matrix-Komplex, an welchen
das Passagier-Antigen oder das Transportmolekül gekoppelt ist, d. h. viele
Kombinationen sind möglich.
Per Definition enthält
ein Iscom-Partikel Antigen, und Iscom-Matrix enthält kein Antigen. Sogar andere
Adjuvanzien oder immunmodulatorische Bestandteile können mit
den Iscom- und/oder den Matrix-Komplexen als separate Einheiten
vermischt werden, d. h. sie müssen
nicht notwendigerweise mit in die Komplexe einbezogen oder an diese
gekoppelt werden. Beispiele solcher Adjuvanzien sind in Cox et al.,
CRS, 1992 zur Verfügung
gestellt. Normalerweise werden MDP, MTP und Avridin verwendet. Es
ist jedoch vorteilhaft, diese Adjuvanzien in das Iscom und die Matrix
mit einzubeziehen, wenn eine niedrige Dosierung von Adjuvanzien
erforderlich ist. Es ist ebenso möglich, sowohl das Transportmolekül als auch
das Passagier-Antigen mit dem Iscom-Komplex oder der Matrix zu vermischen.
In diesen Fällen
enthält
der Iscom-Komplex ein weiteres Antigenmolekül.
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Wenn
das (die) Transportmolekül(e)
oder das (die) Passagier-Antigen(e) keine hydrophoben oder amphipatischen
Gruppen aufweist bzw. aufweisen, kann es bzw. können sie chemisch an das Iscom-Partikel
gekoppelt werden. Beispiele solcher Kopplungsprozeduren und Kopplungsgruppen
werden gefunden in
EP
0 242 380 B1 , S. 9 und in
EP 0 436 620 B1 , S. 6, Zeile 33 bis S. 7,
Zeile 6, wo das Kopplungsverfahren beschrieben wird. Sie können Lipide
sein, wie in Beispiel 7 hierunter.
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Wenn
der Rezeptor ein hydrophobes Protein, so wie ein Glykoprotein, oder
ein fukosyliertes Blutgruppenantigen ist, kann er in das Lipidmolekül durch
hydrophobe Interaktion mit einbezogen werden. Er kann ebenso in
ein Iscom als ein Proteinanteil mit einbezogen werden.
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Außer dem
Antigen, das an den Rezeptor anhaftet, können auch andere Antigene dazu
gebracht werden, durch die Substitution von entsprechenden Gruppen
an dem Rezeptor anzuhaften. Solche entsprechenden Gruppen, die an
solchen anderen Antigenen angehaftet werden können, können Teile des Antigens sein, das
an dem Rezeptor anhaftet. Diese Teile können mit gut bekannten Verfahren
gebunden werden, beispielsweise denen, die in
EP 0 436 620 B1 erwähnt sind.
Durch gentechnologische Manipulation ist es ebenfalls möglich, Fusionsproteine
oder Peptide zwischen einem Antigen und Teilen davon und dem rezeptorbindenden Antigen
zu konstruieren. Andere Antigene als jene, die von Cholera und enterotoxischen
Kolibakterien abstammen, können
dadurch an den GM1-Rezeptor
durch Substitution mit Teilen des CTB oder LTB gebunden werden.
Beispiele davon sind in Biochemica et Biophysica Acta 1223 (1994)
285–295 "Regeneration of active
receptor recognition domains on the B subunit of cholera toxin by
formation of hybrids from chemically inactivated derivatives", Marc J. S. De Wolf,
Wilfried S. H. Dierick angegeben. Auf diese Art und Weise können Antigene, die
normalerweise nicht durch eine Schleimhaut hindurchdringen, durch
die Schleimhaut geführt
werden.
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CTB
ist dadurch ein nützlicher
Träger
für chemisch
und genetisch hergestellte Antigene. Sanchez & Holmgren (Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 86, 481–485,
1989) und Sanchez, Johansson et al. (Res. Microbiol. 141, 971–979, 1990).
Mit Hilfe von rekombinanten DNA-Techniken wurden fremde Antigene
an die Amino- oder Carboxylenden der CTB-Untereinheit des Antigens gebunden,
und ein Gen wurde exprimiert, das über Expressionssysteme entwickelt
wurde, um das Hybridprotein herzustellen.
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In
den Beispielen, die beschrieben wurden, um die Erfindung zu illustrieren,
wurden Iscom-Matrix, so wie lipidhaltige Partikel, und die Choleratoxin
B-Untereinheit (CTB)
als rezeptorspezifisch bindende Strukturen und als ein relevantes
Impfstoffantigen verwendet.
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Das
Choleratoxin besteht aus einer A-Untereinheit, die die Toxinaktivität hervorruft,
und der B-Untereinheit, die das Toxin an die Plasmamembran auf der
Zelle durch ein Glykolipid (GM1) anhaftet. Um die Toxizität zu reduzieren,
wird normalerweise nur die B-Untereinheit des Choleratoxins (CTB)
als Impfstoffantigen verwendet, um eine Immunantwort hervorzurufen.
Die B-Untereinheit ist nicht toxisch und ruft eine relativ schwache
Immunantwort hervor, verglichen mit CT nach lokaler (mukosaler)
intranasaler oder systemischer parenteraler Immunisierung, beispielsweise
subkutaner oder intramuskulärer
Immunisierung, d. h. die B-Untereinheit hat eine niedrige Adjuvansaktivität, wenn
sich die Aktivität
auf immunmodulierende oder immunverstärkende Aktivität bezieht.
CTB ist auch erhältlich
als ein rekombinantes DNA-Produkt (rCTB) (
EP 368 819 ).
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Es
ist schwierig, Antigen kovalent an CTB oder LTB mit hohen physikalischen
und ökonomischen
Ausbeuten zu koppeln, da nur eine limitierte Anzahl von Aminogruppen
und/oder Carboxygruppen aktiviert werden kann, ohne dabei ernsthaft
die antigene Aktivität
von CTB und LTB zu reduzieren oder deren Kapazität als Trägermoleküle in den Schleimhäuten zu
schaden, und sich selbst und begleitende Antigene auf lymphatische Gewebe
und Organe und Zellen zu richten, um Immunantwort hervorzurufen.
Sogar wenn eine ausreichende Anzahl von Gruppen für die chemische
Konjugation von Antigen(en) auf einem Trägermolekül erhältlich ist, ist es gut bekannt,
daß es
schwierig ist, gute und ökonomische
Ausbeuten aus solchen Konstruktionen zu erhalten (Lovgren et al.,
J. Immunol. Methods 173, 237–243).
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Die
Verwendung von Transportproteinen in ein Iscoms hat verschiedene
Vorteile. Dies ist insbesondere offensichtlich für die Konstruktion von oralen,
nasalen oder rektalen Impfstoffen gegen Infektionen. Solche Impfstoffe
können
eine Trägerkonstruktion
mit Antigen und Adjuvansbestandteil(en), angereichert beispielsweise
mit CTB oder LTB, enthalten, um die Konstruktion in lymphatischen
Organen und Zellen im Darmtrakt zu lokalisieren und um die Immunantwort
auf lymphatische Gewebe in anderen Schleimhäuten über GALT, MALT, HALT zu richten
(Darm-, mukosal bzw. nasalfaryngeal assoziiertes lymphatisches Gewebe),
beispielsweise nach Verabreichung in den Atemwegen oder durch direkte
lokale mukosale Anwendung.
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Das
Iscom ist größer als
Transportmoleküle
wie CTB oder LT, und daher ist Platz, um ausgewählte Passagier- Antigene und ausgewählte Adjuvansbestandteile
zu konjugieren oder sie auf irgendeine andere Art und Weise, zum
Beispiel durch hydrophobes oder elektrostatisches Binden, mit einzubeziehen.
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Bei
der Produktion der Matrix ist das Gewichtsverhältnis von Sterol, zweitem Lipid
und Glykosid 0,2–10 :
0,2–10
: 1–100,
vorzugsweise 1 : 1 : 5. Wenn ein lipidhaltiger Rezeptor verwendet
wird, kann er das (die) andere(n) Lipid(e) vollständig ersetzen,
so daß das
Verhältnis
von Sterol, lipidhaltigem Rezeptor und Glykosid wie oben sein wird.
Es ist ebenfalls möglich,
sowohl den lipidhaltigen Rezeptor und ein zweites Lipid, vorzugsweise
Phosphatidylcholin oder Phosphatidylethanolamin und den Rezeptor,
so zu verwenden, daß das
Verhältnis
wird: Sterol : zweites Lipid : Rezeptor : Glykosid = 0,2–10 : 0,2–10 : 0,1–1 : 5–10, vorzugsweise
1 : 1 : 0,25 : 5. Das Verhältnis
der Rezeptormoleküle
hängt von
der Menge der Target- oder Antigenmoleküle ab, die man hinzuzufügen wünscht.
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Die
Bestandteile können
im Prinzip in jedem möglichen
Verhältnis
mit einbezogen werden. Es wurde gezeigt, daß das fertiggestellte Produkt
das bevorzugte Gewichtsverhältnis
zwischen den beinhalteten Bestandteilen erhält und daß der Überschuß nicht mit eintritt. Wenn
eine große
Menge des zweiten Lipids, so wie Phospholipid, verwendet wird, wird
der Komplex fettig und fragil und fällt leicht auseinander. Zu
wenig des zweiten Lipids macht es schwierig, daß der Komplex gebildet wird,
und Jahresring-geformte Untereinheiten werden gebildet. Dies kann
durch Elektronenmikroskopie bestimmt werden.
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Ob
ein Iscom oder eine Matrix gebildet wurde, kann bestätigt werden
durch Studieren des Produkts durch Elektronenmikroskopie. Eine typische
Matrix oder ein typisches Iscom hat eine charakteristisch offene sphärische Struktur,
enthaltend kreisförmige
Untereinheiten oder Teile der sphärischen Struktur, wie in
3 in
EP 0 109 942 B1 gesehen
werden kann. Die Iscoms haben eine niedrigere Sedimentationskonstante
als die entsprechenden Mizellen und oft eine höhere Sedimentationskonstante
als die entsprechenden monomeren Formen des Proteins oder Peptids.
Matrix und Iscom haben eine Sedimentationskonstante von ungefähr 20 S.
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Der
Vorteil des Verwendens von lipidhaltigen Rezeptoren zum Binden von
zielsuchenden oder Impfstoffantigenen ist, daß es möglich ist, eine Matrix aus
Glykosid, Sterol, möglicherweise
einem zweiten Lipid und einem lipidhaltigen Rezeptor herzustellen
und dann die fertige Matrix mit dem Transport (Targeting)-Molekül einfach
zu vermischen. Das Verfahren ist billiger und einfacher, als wenn
man ein fertig hergestelltes Iscom, enthaltend die obigen Inhaltsstoffe
plus ein Transportantigen, herstellen müßte oder wenn man das Antigen mit
der fertig hergestellten Matrix unter Verwendung von chemischen
Konjugationsverfahren verbinden müßte.
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Wenn
das Antigen in das Iscom integriert oder chemisch an die Matrix
gekoppelt ist, werden Aminogruppen oder Carboxylgruppen, die antigene
Determinanten darstellen können,
modifiziert. Die antigenen Determinanten werden denaturiert, wenn
das Antigen zur Integration in das Iscom aktiviert wird oder wenn
es chemisch an die Matrix oder das Iscom gekoppelt wird (wenn zwei
Antigene verwendet werden, enthält
das Iscom bereits wenigstens ein Antigen). Dies bedeutet, daß die aktive
Antigenmenge bemerkenswert reduziert wird. Darüber hinaus ist die Rückgewinnung
niedrig, verglichen damit, wenn dem Antigen erlaubt wird, an einen
lipidhaltigen Rezeptor zu binden. Dies kann beispielsweise bedeuten,
daß bei
dem Herstellungsverfahren ungefähr
fünfmal
mehr Antigen erforderlich ist, verglichen damit, wenn ein lipidhaltiger
Rezeptor verwendet wird. Wenn ein lipidhaltiger Rezeptor verwendet
wird, wird das Verfahren bemerkenswert billiger. Parallel zur reduzierten
Miteinbeziehung steigt die Menge des Glykosid- und Adjuvansgehalts
pro Einheit des Antigens an, was teilweise die niedrigeren Mengen
des Antigens bezüglich
der erreichten Immunantwort ausgleicht, aber gleichzeitig kann die
Toxizität
aufgrund des erhöhten
Prozentsatzes des Adjuvans ansteigen. Andererseits wird die Immunantwort
im Prinzip stärker,
wenn ein Rezeptorbinden des Antigens verwendet wird, während die
ursprünglichen
konformationalen antigenen Determinanten beibehalten werden.
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Ein
weiterer Vorteil zeigt sich, wenn es wünschenswert ist, ein Transport
(Targeting)-Molekül
und ein Passagier-Antigen an das Iscom oder an die Matrix anzubringen.
Wenn das Iscom oder die Matrix mit lipidhaltigen Rezeptoren hergestellt
wurde, gibt es mehr Platz zum Integrieren des Passagier-Antigens
in das Iscom oder dafür,
es chemisch an die Matrix zu koppeln. Bei Verwendung von einem lipidhaltigem
Rezeptor wird das Binden des Passagier-Antigens nicht beeinflußt. Es wird
einfacher, optimale Bedingungen zu erzielen. Die Kontrolle der Menge
des Passagier-Antigens oder der Transport (Targeting)-Moleküle, die
in das Iscom integriert oder chemisch mit dem Iscom oder der Matrix
verbunden wird, wird verbessert. Wenn das Iscom sowohl mit einem
Transport (Targeting)-Molekül
als auch einem Antigen unter, Verwendung derselben Verfahren hergestellt
wird, können
sie für
die Bindebereiche in Wettbewerb stehen, und es nicht möglich, die
Einbeziehung der zwei Antigene vollständig zu kontrollieren.
-
Insbesondere
bezüglich
des Cholerantigens CTB, welches eine fünffach bindende Untereinheit
aufweist, ist es möglich,
bis zu 13mal das Gewicht des GM1-Rezeptors zu binden. Es sind immer
noch Bindeorte im CTB unbesetzt, welche an Zellrezeptoren in der
Mukosa binden und als Transport (Targeting)-Moleküle dienen
können.
-
Das
Gewichtsverhältnis
von Sterol, zweitem Lipid, Protein und Glykosid beträgt 0,2–10 : 0,2–10 : 0,2–10 : 1–100, vorzugsweise
1 : 1 : 1 : 5–10,
um mit subkutaner Verabreichung verwendet zu werden. Mit oraler
oder intranasaler Verabreichung kann die Glykosidmenge größer sein
als das obige Verhältnis,
nämlich 1–200, vorzugsweise
5–20.
-
Diese
Mengen sind sowohl anwendbar, wenn zunächst die Matrix hergestellt
wird, als auch dann, wenn die Antigene chemisch gekoppelt werden
und wenn die Iscom-Partikel hergestellt werden.
-
Das
Verfahren zum Herstellen von CTB (oder LTB)-Iscoms beinhaltet das Mischen von Quil
A oder Quil A-Bestandteilen
mit einer Lipidmischung, enthaltend Cholesterin, Phosphatidylcholin
und Gal 1–3,
Gal NAcb 1–4
(Neu Aca2–3),
Gal (GM1), welches ein spezifischer Rezeptor für das Choleratoxin (CT) und
das hitzelabile Toxin von enterotoxischem E. coli (LT) sowie deren
Unterheiten CTB und LTB ist. Phosphatidylcholin (PC) kann vollständig oder
teilweise durch Phosphatidylethanolamin (PE) ersetzt werden, wobei
die Aminogruppe am PE eine Kopplungsgruppe für Antigen oder andere gewünschte Bestandteile
darstellt. Im Gegensatz zu Cholesterin sind PC und PE nicht wesentlich
für die
Iscom-Zusammensetzung, sondern können
mit anderen "weichen" Lipiden ersetzt
werden.
-
Ein
Iscom oder eine Iscom-Matrix kann in Zusammensetzungen hergestellt
werden, enthaltend ein Lösungsmittel,
so wie Wasser oder physiologische Salinlösung. Als Lösungsmittel kann die Zusammensetzung ebenso
das Detergens beinhalten, mit dem der Komplex hergestellt wird,
wenn es für
die Human- oder Veterinärmedizin
akzeptabel ist. Die Zusammensetzungen können ebenso andere Additive
und Füllstoffe
enthalten, die in der Human- oer Veterinärmedizin akzeptabel sind.
-
Solch
eine Zusammensetzung kann beispielsweise einen Iscom-Komplex und
einen Füllstoff,
so wie eine physiologische Salinlösung, enthalten. Sie kann ebenso
aus Matrizen, gemischt mit Antigen, zusammengesetzt sein. Der Impfstoff
kann in verabreichbaren Formen erhältlich gemacht werden, die
eine Einheit mit einer Matrix in einer Zusammensetzung, enthaltend
einen Füllstoff,
und eine Einheit mit dem Antigen in einer Zusammensetzung, enthaltend
einen Füllstoff,
enthalten. Beide dieser Zusammensetzungen sind dann dafür vorgesehen,
bei der gleichen Gelegenheit verabreicht zu werden.
-
Die
Menge an ein Iscom, Matrix und Antigen wird so ausgewählt, daß sie pharmazeutisch
effektiv sein wird, und kann durch den Fachmann entschieden werden.
Für Menschen
sollten wenigstens 1 μg,
vorzugsweise 1–200 μg der Antigene
verwendet werden, wobei die ökonomische
Meinung das obere Limit setzt. Für
Tiere sollte die Dosis wenigstens 0,1 μg der Antigene betragen, abhängig von
dem Antigen und der Größe des Individuums.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 zeigt, daß freies
rCTB (rekombinantes CTB), analysiert in einem 10–50%igen Sucrosegradienten,
nach der Ultrazentrifuation am oberen Ende des Gradienten angeordnet
ist, d. h. Fraktion 12–14.
Vgl. 2 und 3.
-
2 zeigt Iscoms mit rCTB
in einem Diagramm, wo Fraktionen in einem 10–50%igen Sucrosegradienten
nach der Zentrifugation gegen 1) die Absorbanz bei 595 nm zur Bestimmung
der rCTB-Konzentration unter Verwendung des Bradford-Verfahrens
und 2) CPM zur Analyse von 3H-Cholesterin, einem
Iscom-Matrix-Bestandteil, aufgetragen sind. Iscom-Matrix mit rCTB
und GM1 in einem Gewichtsverhältnis
von 13 : 1 wird hergestellt gemäß Beispiel
1 und wird dann ultrazentrifugiert. Iscoms mit rCTB werden in den
Fraktionen 6–9 gefunden.
Annähernd
alle rCTB werden in ein Iscoms gefunden.
-
3 zeigt ein Diagramm derselben
Art wie 2. Beim Herstellen
der Iscoms bei diesem Versuch war die rCTB-Konzentration 100mal
größer als
die GM1-Konzentration
w/w. Nicht mit einbezogene rCTB werden am oberen Bradford-Ende gefunden,
d. h. weiter oben in dem Gradienten in den Fraktionen 10–12.
-
4A und 4B sind Balkendiagramme, die den ELISA-Titer im Serum von
Mäusen
nach der Immunisierung mit freiem rCTB und rCTB, das in eine Iscom-Matrix
mit einbezogen ist, zeigen.
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Die
ausgefüllten
Balken betreffen die subkutane Immunisierung, während die schraffierten Balken
die intranasale Immunisierung betreffen. 4A zeigt Serumantikörpertiter 5 Wochen nach der
ersten Immunisierung, während 4B den Titer 6 Wochen nach der
zweiten Immunisierung zeigt. Das Intervall zwischen den Immunisierungen
betrug 6 Wochen.
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5A und 5B sind Balkendiagramme derselben Art
wie 4A und 4B. Mäuse wurden subkutan mit 2 μg rCTB (ausgefüllte Balken)
oder intranasal mit 4 μg
rCTB (schraffierte Balken) immunisiert. 5A zeigt Serumantikörpertiter 5 Wochen nach der
ersten Immunisierung, während 5B den Titer 6 Wochen nach
der zweiten Immunisierung zeigt. Das Intervall zwischen den Immunisierungen
betrug 6 Wochen.
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6 zeigt die Antikörpertiter
nach unterschiedlichen Immunisierungen. rCTB gemischt mit Matrix
und rCTB gebunden an ein Iscom rufen nach subkutaner Immunisierung
Serumantikörper
der Unterklasse IgG2a und IgG1 hervor,
nicht wie rCTB, welches fast nur IgG1 hervorruft. 6A zeigt das Ergebnis 14
Tage nach der ersten Boost-Immunisierung am Tag 42, während 6B die Werte 4 Tage nach
der zweiten Boost-Immunisierung am Tag 110 zeigt.
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7 zeigt das Ergebnis nach
subkutaner Immunisierung von Mäusen
mit rCTB gebunden an die Matrix, rCTB gemischt mit Matrix und nur
rCTB. Die Serumantikörperantwort
14 Tage nach der ersten Immunisierung und 14 Tage nach der zweiten
Immunisierung ist gezeigt. Das Intervall zwischen den Immunisierungen betrug
42 Tage.
-
8 zeigt die Memory-Zellantwort
nach dem zweiten Boost am Tag 180 für dieselbe Immunisierung wie
in 6. Vier Tage nach
der Boost-Dosis wurden Serumproben für die Antikörperbestimmung genommen.
-
Die
Erfindung wird nun genauer beschrieben werden unter Bezugnahme auf
die folgenden Verfahrensbeispiele.
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BEISPIEL 1
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Miteinbeziehung von GM1
und rCTB in ein Iscoms
-
Das
Choleratoxin (CT) ist ein wirksames Adjuvans, insbesondere bei der
lokalen mukosalen Immunisierung. Sogar die B-Untereinheit des Choleratoxins
(CTB) wird als ein Adjuvans aufgrund dessen zielsuchender Qualitäten bei
der lokalen Immunisierung eingeschätzt, aber diese Aktivität ist daher
auf eine führende Funktion
für das
Antigen zu den lymphatischen Zellen der Därme beschränkt. Wenn CTB an die Iscom-Matrix gebunden
ist oder in ein Iscom mit einbezogen ist, wird eine Formulierung,
die die Immunantwort verstärkt, erhalten
und ist wirksam bei lokaler und bei parenteraler Immunisierung.
Diese Wirkung ist interessant in Verbindung mit Impfstoffen gegen
Cholera und beim Auswählen
einer Adjuvans für
die anderen Antigene für
lokale mukosale oder parenterale Immunisierung. Das rekombinante
Choleratoxin, Untereinheit B (rCTB) (
EP
0 368 819 ) wird mit unterschiedlichen Präparationen
vermischt, mit:
MEGA-10 (Bachem P1000 Decanoyl-n-methylglucamid),
20 Gew.-% in H
2O;
Phosphatidylcholin
(PC) (Sigma P 5763), 10 mg/ml, gelöst in 20 Gew.-% MEGA-10 in
H
2O;
Cholesterin (C) (Sigma C 8667),
1q0 mg/ml, gelöst
in 20 Gew.-% MEGA-10 in H
2O);
GM1 (Sigma
G7641), 10 mg/ml, gelöst
in 20 Gew.-% MGA-10 in H
2O;
Phosphatidylethanolamin
(PE) (Sigma P2768), 10 mg/ml, gelöst in 20 Gew.-% MEGA-10 in
H
2O;
Quil A (Spikosid, Iscotec, Luleå), 100
mg/ml in H
2O;
rCTB, 5 mg/ml in einer
Pufferlösung
mit 0,05 M TRIS (pH 7,5), 0,2 M NaCl, 0,0001 M Na
2 EDTA,
0,003 NaN
3.
-
Phosphatidylcholin
wurde mit Cholesterin plus Spurenmengen von radioaktivem Cholesterin
(3H-Cholesterin Amersham) im Verhältnis 1
: 1 (100 mg von jedem Lipid in 10 ml 20%igem MEGA-10) und mit unterschiedlichen
Mengen von GM1 von 1 μg
bis 7,5 μg
(1 μg, 1,7 μg, 2,5 μg, 4 μg, 5 μg, 7,5 μg) in 1,0
ml PBS (phosphatgepufferte physiologische NaCl-Lösung), pH 7,2 gemischt.
-
In
1 ml der sechs unterschiedlichen Varianten der Phosphatidylcholin/Cholesterin-GM1-Lösung wurde Quil
A hinzugefügt
bis zu einer Endkonzentration von 0,2%. Die Mischungen wurden in
einem Sonorex TK 52 2 × 15
min sonifiziert und bei Raumtemperatur (RT) 1 h lang stehen gelassen.
Dann wurden die Mischungen gegen PBS dialysiert, zunächst für 24 h bei
Raumtemperatur und dann für
24 h in einem Kühlraum
(+4°C).
Daß eine
Matrix gebildet wurde, konnte durch Elektronenmikroskopie gesehen
werden. In jede der sechs unterschiedlichen Matrix-Varianten, welche
sich bezüglich
des GM1-Gehalts unterschieden, wurden 100 μg rCTB hinzugefügt. Die
Mischungen wurden 2 h bei Raumtemperatur stehen gelassen. Die Matrix-Partikel
mit damit verbundenem rCTB, d. h. Iscom, wurden durch Zentrifugation
in einem 10–15%igen
Sucrosegradienten in PBS 18 h lang in einem TST 41.14-Rotor (Kontron) bei
39.000 rpm bei 10°C
aufgereinigt. Der Gradient wurde in 16 bis 18 Fraktionen gesammelt.
Die Fraktionen wurden mit Bezugnahme auf rCTB unter Verwendung des
Proteinbestimmungsverfahrens gemäß Bradford
(Bradford, Analyt. Biochem., 72, 1976, 248–254) analysiert und kolorimetrisch
bei 595 nm bestimmt und in Bezugnahme auf Lipide durch Nachweis
von
3H-Cholesterin und Elektronenmikroskopie,
um die Gegenwart von möglichen
Matrix- oder Iscom-Strukturen zu studieren.
1 zeigt freie Fraktionen 12–14,
2 und
3 zeigen die Mengen an Lipid (
)
und rCTB (☐) in den Fraktionen, wenn das Verhältnis von
rCTB : GM1 13 : 1 (
2)
ist, wobei das Iscom mit rCTB in den Fraktionen 6–9 existiert, oder
100 : 1 (
3), wobei nicht
mit einbezogenes rCTB weiter oben in dem Gradienten, d. h. den Fraktionen 10–12, liegt.
-
Ergebnis
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Die
größte relative
Menge (Gewicht) an rCTB, das vollständig in die GM1-Matrix mit
einbezogen wurde, d. h. das Iscom, war 13mal größer als die Menge an GM1 (2). In verschiedenen anderen
Experimenten haben wir dasselbe Verhältnis gesehen. Wenn eine größere Menge
an rCTB hinzugefügt
wird, wird der Überschuß an rCTB
weiter oben im Gradienten nicht-verbunden mit 3H-Cholesterin
gefunden, was zeigt, daß dieses rCTB
nicht mit einbezogen wird. Wenn eine kleinere Menge an rCTB hinzugefügt wird,
bilden sich Aggregate durch Quervernetzen, da rCTB fünf mögliche Bindeorte
für GM1
hat. Matrix mit damit verbundenem rCTB, d. h. Iscom, wird in den
Fraktionen 6–9 2) gefunden. Ähnliche
Ergebnisse werden erzielt mit Phosphatidylethanolamin in der Matrix
oder dem Iscom anstelle von Phosphatidylcholin (Ergebnisse nicht
dargestellt).
-
Schlußfolgerung
-
rCTB
kann effektiv an eine Matrix gebunden werden, die das Glykolipid
GM1 enthält.
Eine Hinzufügung
einer entsprechenden Menge GM1 während
der Matrix-Herstellung impliziert ein effizientes Herstellungsverfahren.
-
BEISPIEL 2
-
Bei
diesem Beispiel ist gezeigt, daß rCTB,
das in ein Iscom mit einbezogen ist, eine höhere Antikörperantwort hervorruft als
freies rCTB.
-
Eine
GM1-Matrix wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Phosphatidylcholin/Cholesterin und GM1 (PC/C/GM1 und Quil A) in
dem Verhältnis
von 1,1 : 0,25 : 5 wurde mit MEGA-10 (Endkonzentration: 2%) gemischt.
Die Mischung wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1
dialysiert. rCTB wurde in einer Menge (Gewicht) hinzugefügt, die
13mal größer war
als die Menge an GM1. Auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel
1 wurde der gebildete Komplex mit EM und durch Sucrosegradientenzentrifugation analysiert.
Die Gradientenfraktionen wurden wie in Beispiel 1 bezüglich Cholesterin
und Protein (rCTB) analysiert. Iscoms mit mit einbezogenem rCTB
wurden danach für
die Verwendung bei Immunisierungsexperimenten sichergestellt.
-
Sechs
Gruppen von jeweils acht Mäusen
wurden subkutan mit 2 g rCTB oder mit 4 g rCTB intranasal an zwei
Gelegenheiten innerhalb eines sechswöchigen Intervalls (siehe
4A und
4B) immunisiert. rCTB war entweder in
freier Form, d. h. vermischt mit Matrix ohne GM1, oder gebunden
an die Matrix über
GM1 vorhanden. Zwei Varianten der GM1-Matrix gemäß dem obigen wurden verwendet
in einem Gewichtsverhältnis von
13 : 1 oder 25 : 1 (rCTB : GM1, abhängig vom Gewicht), d. h. gesättigt oder übermäßig gesättigt bezüglich des
Verhältnisses
rCTB/GM1.
Gruppe
A: | Freies
rCTB, 2 μg
rCTB subkutan, 0 μg
Quil A |
Gruppe
B: | Freies
rCTB, 4 μg
rCTB intranasal, 0 μg
Quil A |
Gruppe
C: | Iscom,
2 μg rCTB
(13 × GM1)
subkutan, 3 μg
Quil A |
Gruppe
D: | Iscom,
4 μg rCTB
(13 × GM1)
intranasal, 6,1 μg
Quil A |
Gruppe
E: | Iscom,
2 μg rCTB
(25 × GM1)
intranasal, 1, 6 μg
Quil A |
Gruppe
F: | Iscom,
4 μg rCTB
(25 × GM1)
intranasal, 3,2 μg
Quil A |
-
Die
Antikörpertiter
im Serum wurden unter Verwendung von ELISA zu unterschiedlichen
Zeiten gemäß 4A und 4B gemessen.
-
Bei
dem ELISA-Test wurden die ELISA-Platten (Nunc, Roskilde, Dänemark)
mit 50 mM Carbonatpuffer, pH 9,5, enthaltend 2 μg rCTB/ml inkubiert. Die Serumproben
aus den Mäusen
wurden in Serien verdünnt. Die
ELISA-Platten wurden mit den verdünnten Serumlösungen behandelt.
Gebundene Maus-Antikörper
wurden mit Peroxidasekonkugiertem Kaninchen-anti-Maus-Konjugat (Dakopatts)
nachgewiesen und als ein Substrat wurde TMB, H2O2 (EC Diagostics, Uppsala) verwendet.
-
Ergebnis
-
Die
Ergebnisse sind in 4A und 4B ausgeführt, welche Serumantikörpertiter
zeigen, die durch ELISA 5 Wochen nach der ersten subkutanen und
intranasalen Immunisierung mit rCTB (A) und 6 Wochen nach der zweiten Immunisierung
(B) gemessen wurden. Das Intervall zwischen den Immunisierungen
betrug 6 Wochen. rCTB, mit einbezogen in ein Iscom im Verhältnis von
13 : 1 (rCTB : GM1 (Gewicht)), rief nach zwei subkutanen Immunisierungen
mit 2 μg
rCTB einen Titer von 87.000 hervor. Iscoms mit einem rCTB : GM1-Verhältnis von
25 : 1 rief Titer von 50.000 hervor. Entsprechende Serumantikörpertiter
bei zwei subkutanen Immunisierungen mit freiem rCTB waren 8600.
-
Nach
zwei intranasalen Immunisierungen mit rCTB im Iscom (13 : 1) (rCTB
: GM1) wurden Serumtiter von 21.000 erhalten, während 25 : 1 (rCTB : GM1) Serumantikörpertiter
von 33.000 hervorriefen. Freies rCTB rief nach zwei intranasalen
Immunisierungen ELISA-Titer in Serum von 19.000 hervor.
-
Schlußfolgerung
-
rCTB
im Iscom ist nach subkutaner Immunisierung immunogener als freies
rCTB, aber es gab keinen signifikanten Unterschied nach intranasaler
Immunisierung.
-
BEISPIEL 3
-
Bei
diesem Experiment wurde eine Matrix als Adjuvans mit nicht mit einbezogenem
Antigen bei subkutaner und intranasaler Immunisierung verwendet.
-
Matrix
ohne GM1 wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt,
mit dem einzigen Unterschied, daß GM1 ausgeschlossen wurde.
Die Gewichtsverhältnisse
von Phosphatidylcholin/Cholesterin/Quillaja betrugen 1 : 1 : 5.
Lipide wurden in 20% MEGA gelöst.
Dialyse wurde wie in Beispiel 1 ausgeführt. Die Matrix wurde wie in
Beispiel 1 analysiert und charakterisiert unter Verwendung von Elektronenmikroskopie und
analytischer Sucrosegradientenzentrifugation. Matrix mit GM1 wurde
wie in Beispiel 1 hergestellt und rCTB wurde im Verhältnis von
13 : 1 (rCTB : GM1) mit einbezogen. Wenn GM1 von der Matrix ausgeschlossen wurde,
trat kein Binden des rCTB an die Matrix auf.
-
Acht
Mäuse pro
Gruppe wurden subkutan mit 2 μg
rCTB in ein Iscoms oder gemischt mit Matrix als Adjuvans oder intranasal
mit 4 μg
rCTB in ein Iscoms oder gemischt mit Matrix als Adjuvans immunisiert.
Zwei Immunisierungen wurden innerhalb eines sechswöchigen Intervalls
ausgeführt.
Gruppe
C: | Iscom,
2 μg rCTB,
subkutan, 3 μg
Quil A |
Gruppe
D: | Iscom,
4 μg rCTB,
intranasal, 6,1 μg
Quil A |
Gruppe
G: | Matrix,
gemischt mit 2 μg
rCTB subkutan, 3,0 μg
Quil A |
Gruppe
H: | Matrix,
gemischt mit 4 μg
rCTB intranasal, 6,1 μg
Quil A |
-
Die
Antikörpertiter
im Serum wurden gemessen unter Verwendung von ELISA, und die Titer
sind als die Verdünnung
angegeben, die die Absorbtion von 1,0 ergibt.
-
Ergebnisse
-
Die
Ergebnisse sind in 5 zusammengefaßt, welche
die Serumantikörperantwort
nach der Immunisierung mit 2 μg
rCTB verabreicht subkutan oder 4 μg
rCTB verabreicht intranasal, gemessen im ELISA 5 Wochen nach der
ersten Immunisierung (A) und 6 Wochen nach der zweiten Immunisierung
(B), zeigt. Das Intervall zwischen den Immunisierungen betrug 6
Wochen. Nach zwei subkutanen Immunisierungen mit rCTB gemischt mit
Matrix als Adjuvans wurde ein durchschnittlicher Titer von 91.000
induziert, verglichen mit 87.000 für rCTB in ein Iscom-Form. Nach
zwei intranasaten Immunisierungen wurde 54.000 induziert für rCTB gemischt
mit Matrix, verglichen mit 21.000 für rCTB im Iscom.
-
Schlußfolgerung
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Nach
subkutaner Immunisierung, waren die Serumantikörpertiter, die durch rCTB in
ein Iscom-Form induziert wurden, fast so hoch wie die, welche durch
rCTB gemischt mit Matrix als Adjuvans induziert wurden. Nach intranasaler
Immunisierung wurden doppelt so hohe Titer nach der Immunisierung
mit rCTB gemischt mit Matrix induziert als mit rCTB in ein Iscom-Form.
Es ist interessant zu bemerken, daß Matrix in freier Form einen so
starken Adjuvanseffekt auf die Antikörperantwort hat, wie die Iscom-Form
des rCTB. In die Matrix-Formel wurde zweimal so viel Quillaja mit
einbezogen.
-
Vor
allem ist es überraschend,
daß Matrix
in freier Form einen Adjuvanseffekt nach lokaler mukosaler Verabreichung
mit rCTB aufweist, welches selbst einen Adjuvanseffekt in der Targeting-Form
hat, wenn durch Schleimhäute
immunisiert wird.
-
BEISPIEL 4
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Eine
der Aufgaben für
ein Adjuvans ist es, eine starke Immunantwort hervorzurufen, die
gemessen werden kann als eine Antikörperantwort oder als eine zellvermittelte
Immunantwort. Eine andere seiner Aufgaben ist es, die gewünschte Art
von Immunantwort hervorzurufen, die z. B. in IgG-Unterklassen ausgelesen
werden kann, welche die Antwort der T-Helferzellen reflektieren,
die durch Zytokinproduktion identifiziert ist. Bei diesem Experiment
ist gezeigt, daß rCTB
in freier Form ohne Adjuvans eine Serumantikörperantwort hervorrufen, die
auf die Unterklasse IgG fokussiert ist. Durch Mischen von rCTB mit
Matrix oder durch Miteinbeziehen von rCTB in ein Iscom werden auch
Serumantikörper
gegen rCTB in der Unterklasse IgG2a hervorgerufen,
welche mit der TH1-Antwort in Verbindung steht.
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Acht
Mäuse pro
Gruppe (drei Gruppen) wurden zweimal subkutan in einem sechswöchigen Intervall mit
2 μg rCTB
ohne Adjuvans oder mit 2 μg
rCTB gemischt mit Matrix oder mit 2 μg rCTB-Iscom immunisiert.
-
Die
Serumantikörperantworten
wurden unter Verwendung von ELISA gemäß einem Zeitplan gemessen,
der in 6 ersichtlich
ist. Die Verteilung der Serumantikörper in Klassen und Unterklassen
wurde unter Verwendung von ELISA durch Verwendung von Klassen- und
Unterklassen- spezifischen Antiseren (Dakopatts, Dänemark)
analysiert.
-
Ergebnisse
-
Freies
rCTB ohne Adjuvans hat hauptsächlich
eine IgG1-Antwort gegen rCTB hervorgerufen,
während keine
Antikörper
in der Unterklasse IgG2a gefunden werden
konnten. Sowohl rCTB-Iscom als auch rCTB gemischt mit Matrix riefen
sowohl IgG1- als auch IgG2a-Antikörper gegen
rCTB (6A) 14 Tage nach
der ersten Boost-Immunisierung,
am Tag 42, hervor. Sogar nach einem zweiten Boost am Tag 110 rief
freies rCTB ohne Adjuvans keine IgG2-Antwort
hervor, während
Iscom und rCTB gemischt mit Matrix 4 Tage nach der zweiten Boost-Immunisierung eine
klare IgG2-Antwort ergaben (6B).
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Schlußfolgerung
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Es
gibt Qualitätsunterschiede
bezüglich
der Serumantikörperantwort
im rCTB in freier Form ohne Adjuvans, verglichen mit rCTB zur Verfügung gestellt
mit Matrix als Adjuvans oder gebunden an ein Iscom. Sowohl Matrix
als auch Iscom mit rCTB rufen Antikörper gegen rCTB der Unterklasse
IgG2a sowie Ige1 hervor, nicht
so wie freies rCTB, das nur in der Lage ist, Ige1-Antikörper hervorzurufen.
-
BEISPIEL 5
-
Die
Wirkung von Impfstoffen gegen Infektionen hängt nicht nur von dem direkten
Effekt ab, den die hervorgerufene Immunantwort hat, sondern auch
von den induzierten Memory-Zellen, die in Verbindung mit Infektionen
rekrutiert werden. Die Funktion der Memory-Zellen ist insbesondere eine lange Zeit
nach der Impfung wichtig, wenn die hergerufene Immunität niedrig
geworden ist. Eine starke Antwort der Memory-Zellen, die schnell
zum Zeitpunkt der Infektion rekrutiert werden kann, ist daher wünschenswert.
-
Acht
Mäuse pro
Gruppe (3 Gruppen) wurden zweimal subkutan in einem achtwöchigen Intervall
mit 2 μg
rCTB ohne Adjuvans, mit rCTB einbezogen in ein Iscom oder mit rCTB
gemischt mit Matrix immunisiert. Die Antikörperantwort wurde unter Verwendung
von ELISA gemessen, wobei jede Gruppe in zwei Untergruppen von jeweils
vier Mäusen
unterteilt wurde. Eine zweite Boost-Immunisierung wurde am Tag 180 ausgeführt und Bluttests
für das
Serum wurden 4 Tage später
entnommen.
-
Ergebnisse
-
Die
Ergebnisse können
aus 7 ersehen werden.
Nach der ersten Immunisierung (Tag 14) wurden die stärksten Immunantworten
durch rCRTB gemischt mit Matrix (17.000) und rCTB-Iscom (9000) hervorgerufen.
rCTB ohne Adjuvans induzierte Titer von etwa 1000. Zwei Wochen nach
der zweiten Immunisierung (das Intervall zwischen den Immunisierungen
betrug 42 Tage) hatten die Mäuse
in allen Gruppen ihre Serumantikörpertiter
bemerkenswert erhöht.
Die höchsten
Titer wurden in der Matrix-Gruppe gefunden (ungefähr 57.000) und
in der Iscom-Gruppe (35.000), während
die Titer für
die Gruppe, die mit rCTB ohne Adjuvans geimpft wurde, ungefähr 6000
betrugen.
-
Nach
der dritten Immunisierung (d. h. dem zweiten Boost) am Tag 180,
d. h. 140 Tage nach der zweiten Immunisierung, hatten die Mäuse, die
mit freiem rCTB immunisiert wurden, Antikörpertiter von ungefähr 8000, d.
h. ungefähr
dieselben Titer wie nach der zweiten Immunisierung. Mäuse, die
mit Iscom oder mit rCTB gemischt mit Matrix immunisiert wurden,
antworteten nach der dritten Immunisierung am Tag 180 mit einem
erhöhtem
Serumantikörpertiter
für Matrix
(ungefähr
90.000) und für
Iscom (ungefähr
70.000) (8). Serum wurde
4 Tage nach der dritten Immunisierung für Antikörpertests entnommen.
-
Schlußfolgerung
-
Der
starke Antikörperanstieg
im Serum bei Mäusen,
die eine lange Zeit nach der früheren
Immunisierung (140 Tage) mit rCTB-Iscom oder mit rCTB gemischt mit
Matrix erneut immunisiert wurden, zeigt, daß eine starke Memory-Antwort durch die
vorhergehende Immunisierung hervorgerufen wurde. rCTB ohne Adjuvans jedoch
zeigte keinerlei Immunantwort, die nach einer langen Zeit verstärkt werden
kann.
-
BEISPIEL 6
-
rCTB
wurde vorinkubiert bei 20°C
für 1 h
mit GM1-enthaltender
Matrix in Verhältnissen,
die vorher so getestet wurden, daß Präparation (A) die Matrix mit
rCTB sättigen
sollte, und so, daß Präparation
(B) eine Übersättigung
ergeben würde,
so daß ungefähr die Hälfte der
Menge an rCTB nicht an die Matrix binden konnte. Nach der Inkubation
wurde die Matrix von nicht-gebundenem rCTB durch Zentrifugation
gereinigt.
-
Die
Präparationen
A und B wurden dann für
perorale, intranasale oder intraperitoneale Immunisierung von 8–10 Wochen
alten C57/B1-Mäusen
verwendet. Gruppen von 3 Mäusen
in jeder Gruppe wurden 3 Dosen mit einem zweiwöchigen Intervall zwischen den
Dosen verabreicht. Jede Dosis enthielt 17 μg rCTB und 26 μg Quillaja
für perorale
Immunisierung, die Hälfte
der Dosis für
intranasale und ein Sechstel der Doses für intraperitoneale Immunisierung.
-
Drei
weiteren Gruppen von Mäusen
wurden perorale, intranasale bzw. intraperitoneale Immunisierungen verabreicht
mit entsprechenden Mengen der Matrix (nicht enthaltend GM1) vermischt
mit rCTB.
-
Eine
Woche nach der dritten Dosis wurden die Tiere getötet, ausgeblutet
und mit PBS-Heparin künstlich
durchblutet, wonach Lungengewebe aus beiden Lungen entnommen und
zerdrückt
wurde, und Teile des Darmkanals wurden aus dem oberen, mittleren
und unteren Bereich des Dünndarms
entnommen und zerdrückt.
Das Gewebe wurde bei –30°C gefroren
und dann aufgetaut und in PBS-1% Saponin (1 ml pro 1 mg Gewebe)
suspendiert und in der Kälte
(+4 bis 10°C) über Nacht
extrahiert. Der Gewebeextrakt und die Seren wurden dann für spezifische
Antikörper
gegen CTB unter Verwendung von GM1-ELISA getitert.
-
Die
Ergebnisse können
in Tabelle 1 gesehen werden. Es ist offensichtlich, daß alle der
Präparationen A–C eine
hohe Serumantikörperantwort
nach intraperitonealer und intranasaler Immunisierung ergeben und daß intranasale
Immunisierung mit (A) und (B) gute lokale IgA-Antikörpertiter im Gewebeextrakt
aus Zellen der Atemwege stimulieren.
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TABELLE
1
ANTIKÖRPERTITER
BEI MÄUSEN
IM SERUM UND IM GEWEBEEXTRAKT NACH INTRAPERITONEALER (IP), INTRANASALER
(IN) ODER ORALER IMMUNISIERUNG MIT B-UNTEREINHEIT (rCTB) AUS DEM CHOLERATOXIN
in einem Iscom
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3
Immunisierungen: 3 Mäuse
pro Gruppe, mittlere Titer sind gezeigt.
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Die
Mäuse wurden
dreimal immunisiert mit:
A = PC/C + GM1 + rCTB 13 × (gesättigt)
B
= PC/C – GM1
+ rCTB 25 × (übersättigt)
C
= PC/C – GM1
+ rCTB (PC/C und rCTB getrennt)
D = rCTB
E = rCTB + Choleratoxin
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Verdünnung ausgedrückt als
1/x ist < 5
PO
= perorale Verabreichung 20 μl
(17 μg CTB & QA 26 μg)
IP
= intraperitoneal 3 μl
IN
= intranasal 10 μl
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BEISPIEL 7
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Dieses
Beispiel zeigt, daß eine
Iscom-enthaltende Matrix mit GM1 an welches rCTB gebunden ist und welches
gemeinsam mit einem Ovalbumin (OVA), welches mit einem Lipidschwanz
zur Verfügung
gestellt wurde mit einbezogen wurde, eine Antikörperantwort gegen rCTB und
gegen OVA nach einer intranasalen (IN) Immunisierung hervorruft.
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Lipidieren
von OVA
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Reagenz
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- 1 mg OVA
- 1 mg Phosphatidylethanolamin (PE) mit kleinen Mengen von 14C-markiertem PE
- 1,4 mg N-Hydroxysulfonsuccinimid
- 38,4 mg 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)charbodiimid-HCl
- H2O bis auf ein Volumen von 2 ml
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Die
Mischung wurde 2 h auf einem Schüttelbrett
bei Raumtemperatur inkubiert.
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Dieses
OVA wurde in ein Iscoms mit und ohne GM1 mit einbezogen, analog
zu dem Verfahren, das vorher in Beispiel 1 beschrieben wurde. Die
Iscoms wurden charakterisiert durch Elektronenmikroskopie (EM) und
durch analytische Sucrosegradientenzentrifugation auf dieselbe Art
und Weise wie in Beispiel 1.
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Bei
der Iscom-Präparation
wurden die folgenden Inhaltsstoffe verwendet:
Lipidiertes
OVA, 2 ml | 300 μg |
Cholesterin | 1000 μg |
Spikosid
(Quil A) | 5000 μg |
H2O bis auf ein Volumen von | 2,15
ml |
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Zur
Herstellung siehe Beispiel 1.
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Wenn
die Iscoms auch GM1 enthalten sollten, wurden die folgenden Inhaltsstoffe
verwendet:
Lipidiertes
OVA | 300 μg |
Cholesterin | 1000 μg |
GM1 | 50 μg |
Spikosid
(Quil A) | 5000 μg |
Gesamtvolumen
2,2 ml | (H2O) |
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Bei
der Herstellung von OVA-rCTB-Iscoms wurden OVA-GM1-Iscoms mit 13mal größeren Mengen (Gewicht)
an rCTB als GM1 vermischt. Die Mengen wurden auf dieselbe Art und
Weise berechnet wie in
EP 180
562 , Beispiel 21.
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Fünf Gruppen
zu je acht Mäusen
wurden intranasal zweimal innerhalb eines sechswöchigen Intervalls gemäß dem folgenden
Plan immunisiert:
Gruppe
A | OVA
(frei), 10 μg
intranasal |
Gruppe
B | OVA-Iscom,
10 μg Antigen
intranasal |
Gruppe
C | OVA-Iscom
+ rCTB (frei), 10 μg
jedes Antigens intranasal |
Gruppe
D | OVA-rCTB-Iscom,
10 μg jedes
Antigens intranasal |
Gruppe
E | OVA-rCTB-Iscom,
2 μg jedes
Antigens subkutan |
Gruppe
F | OVA
frei + rCTB frei, 10 μg
jedes Antigens intranasal |
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3
Wochen nach der ersten Immunisierung und 2 Wochen nach der zweiten
Immunisierung wurden Serumproben entnommen. Lungen wurden 2 Wochen
nach der ersten und zweiten Immunisierung zur Extraktion von IgA-Antikörpern präpariert.
Die Antikörpertiter
im Serum und im Lungenextrakt wurden auf dieselbe Art und Weise
wie in Beispielen 1 und 2 bestimmt.
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Ergebnisse
nach einer Immunisierung
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Die
Mäuse in
Gruppe D sprachen mit signifikanten Spiegeln der Antikörpertiter
gegen rCTB im Serum an. Signifikante Antikörpertiter gegen rCTB wurden
im Lungenextrakt nachgewiesen. Niedrige Antikörpertiter gegen OVA wurden
sowohl im Serum als auch im Lungenextrakt erhalten.
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Nach
subkutaner Immunisierung (Gruppe E) wurden ungefähr dieselben Antikörperspiegel
gegen rCTB wie gegen OVA erhalten. Keine Antikörperantwort wurde gegen rCTB
oder OVA im Lungenextrakt gemessen.
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Bei
den Mäusen
in Gruppe C, die intranasal mit OVA-Iscoms plus freiem rCTB immunisiert
worden waren, wurden Antikörpertiter
gegen rCTB mit ELISA-Serumantikörpertitern
gemessen, die auf demselben Niveau waren wie diejenigen der Mäuse in Gruppe
D. Keine Antikörpertiter
gegen OVA konnten im Serum gemessen werden. Im Lungenextrakt wurden
signifikante Titer gegen rCTB gemessen; aber keine oder sehr wenig
Antikörperantwort
konnte gegen OVA gemessen werden.
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Bei
den Mäusen
in Gruppe F wurden moderate Antikörpertiter im Serum und im Lungenextrakt
gegen rCTB nach der primären
Immunisierung (i. n.), aber nicht gegen OVA erhalten.
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Bei
den Mäusen
in den verbleibenden Gruppen (A, B) konnten keine Antikörpertiter
gegen OVA im Serum oder im Lungenextrakt gemessen werden.
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Ergebnisse
nach der zweiten Immunisierung
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Hohe
Antikörpertiter
gegen OVA im Serum wurden gemessen bei den Mäusen in Gruppen D und E, d. h.
bei den Mäusen,
die intranasal bzw. subkutan mit OVA-rCTB-Iscoms immunisiert wurden.
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Im
Lungenextrakt aus den Mäusen
in Gruppe D wurden Antikörpertiter
gegen sowohl rCTB als auch gegen OVA gemessen.
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Keine
oder sehr niedrige Titer wurden in den Lungenextrakten von Mäusen gemessen,
die subkutan mit OVA-rCTB-Iscoms (Gruppe E) immunisiert wurden.
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Bei
den Mäusen
in Gruppe C wurden hohe Antikörperantworten
gegen rCTB im Serum gemessen, aber sehr niedrige Serumtiter wurden
gegen OVA erhalten. Im Lungenextrakt wurden Antikörpertiter
gegen rCTB, aber nicht gegen OVA gemessen.
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Bei
den Mäusen
in Gruppe B (OVA-Iscom) wurden niedrige Titer gegen OVA sowohl im
Serum als auch im Lungenextrakt gemessen. Freies OVA (Gruppe A)
rief keine nachweisbaren Antikörpertiter
hervor, weder im Serum noch im Lungenextrakt.
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Nach
der zweiten Immunisierung wurde ein mehrfacher Serumantikörperanstieg
der Titer gegen rCTB, aber nicht gegen OVA erhalten. Nach der zweiten
Immunisierung wurden IgA-Antikörpertiter
gegen rCTB in der Lunge gemessen, die signifikant waren, aber keine
Antikörperantwort
wurde gegen OVA gemessen.
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Schlußfolgerung
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Die
Ergebnisse zeigen, daß Iscoms,
enthaltend rCTB als Transport (Targeting)-Moleküle und OVA als Passagier-Antigene, effektiv
die Antikörperantwort
gegen sowohl rCTB als auch OVA im Lungenextrakt und im Serum induzieren.
Nur OVA, OVA-Iscoms (Iscoms mit nur einem Passagier-Antigen) oder
freies OVA plus rCTB-Iscoms riefen keine oder sehr niedrige Antikörperantworten
gegen OVA im Serum und im Lungenextrakt hervor.