Published October 3, 2019 | Version v1
Publication Open

Intranasal acellular pertussis vaccine provides mucosal immunity and protects mice from Bordetella pertussis

Creators

  • 1. West Virginia University
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. Universidad Nacional de La Plata
  • 4. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular

Description

Current acellular pertussis vaccines fall short of optimal protection against the human respiratory pathogen Bordetella pertussis resulting in increased incidence of a previously controlled vaccine- preventable disease. Natural infection is known to induce a protective mucosal immunity. Therefore, in this study, we aimed to use acellular pertussis vaccines to recapitulate these mucosal immune responses. We utilized a murine immunization and challenge model to characterize the efficacy of intranasal immunization (IN) with DTaP vaccine or DTaP vaccine supplemented with curdlan, a known Th1/Th17 promoting adjuvant. Protection from IN delivered DTaP was compared to protection mediated by intraperitoneal injection of DTaP and whole-cell pertussis vaccines. We tracked fluorescently labeled DTaP after immunization and detected that DTaP localized preferentially in the lungs while DTaP with curdlan was predominantly in the nasal turbinates. IN immunization with DTaP, with or without curdlan adjuvant, resulted in anti-B. pertussis and anti-pertussis toxin IgG titers at the same level as intraperitoneally administered DTaP. IN immunization was able to protect against B. pertussis challenge and we observed decreased pulmonary pro-inflammatory cytokines, neutrophil infiltrates in the lung, and bacterial burden in the upper and lower respiratory tract at day 3 post challenge. Furthermore, IN immunization with DTaP triggered mucosal immune responses such as production of B. pertussis-specific IgA, and increased IL-17A. Together, the induction of a mucosal immune response and humoral antibody-mediated protection associated with an IN administered DTaP and curdlan adjuvant warrant further exploration as a pertussis vaccine candidate formulation.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

لا ترقى لقاحات السعال الديكي اللاخلوية الحالية إلى مستوى الحماية المثلى ضد مسببات الأمراض التنفسية البشرية بورديتيلا السعال الديكي مما يؤدي إلى زيادة حالات الإصابة بمرض يمكن الوقاية منه باللقاحات التي سبق السيطرة عليها. من المعروف أن العدوى الطبيعية تحفز مناعة مخاطية واقية. لذلك، في هذه الدراسة، استهدفنا استخدام لقاحات السعال الديكي اللاخلوية لتلخيص هذه الاستجابات المناعية المخاطية. استخدمنا نموذج تحصين وتحدي الفئران لتوصيف فعالية التحصين داخل الأنف (IN) بلقاح DTaP أو لقاح DTaP المكمل بـ curdlan، وهو مادة مساعدة معروفة لـ Th1/Th17. تمت مقارنة الحماية من DTaP الذي تم تسليمه مع الحماية بوساطة الحقن داخل الصفاق للقاح DTaP ولقاح السعال الديكي كامل الخلية. لقد تتبعنا DTaP المسمى بالفلور بعد التطعيم واكتشفنا أن DTaP تم تحديد موضعه بشكل تفضيلي في الرئتين بينما كان DTaP مع curdlan في الغالب في المحارة الأنفية. في التحصين مع DTaP، مع أو بدون مساعد curdlan، أدى إلى مضادات B. السعال الديكي والسموم المضادة للسعال الديكي IgG في نفس مستوى DTaP الذي يتم إعطاؤه داخل الصفاق. كان التحصين ضد السعال الديكي قادرًا على الحماية من السعال الديكي ولاحظنا انخفاض السيتوكينات الرئوية المؤيدة للالتهابات، وارتشاح العدلات في الرئة، والعبء البكتيري في الجهاز التنفسي العلوي والسفلي في اليوم الثالث بعد التحدي. علاوة على ذلك، أثار التحصين باستخدام DTaP استجابات مناعية مخاطية مثل إنتاج الغلوبولين المناعي أ الخاص بالسعال الديكي، وزيادة IL -17A. معًا، يتطلب تحريض الاستجابة المناعية المخاطية والحماية بوساطة الأجسام المضادة الخلطية المرتبطة بـ DTaP و curdlan المساعد مزيدًا من الاستكشاف كصيغة مرشحة للقاح السعال الديكي.

Translated Description (English)

Current acellular pertussis vaccines fall short of optimal protection against the human respiratory pathogen Bordetella pertussis resulting in increased incidence of a previously controlled vaccine-preventable disease. Natural infection is known to induce a protective mucosal immunity. Therefore, in this study, we aimed to use acellular pertussis vaccines to recapitulate these mucosal immune responses. We used a murine immunization and challenge model to characterize the efficacy of intranasal immunization (IN) with DTaP vaccine or DTaP vaccine supplemented with curdlan, a known Th1/Th17 promoting adjuvant. Protection from IN delivered DTaP was compared to protection mediated by intraperitoneal injection of DTaP and whole-cell pertussis vaccines. We tracked fluorescently labeled DTaP after immunization and detected that DTaP localized preferentially in the lungs while DTaP with curdlan was predominantly in the nasal turbinates. IN immunization with DTaP, with or without curdlan adjuvant, resulted in anti-B. pertussis and anti-pertussis toxin IgG titers at the same level as intraperitoneally administered DTaP. IN immunization was able to protect against B. pertussis challenge and we observed decreased pulmonary pro-inflammatory cytokines, neutrophil infiltrates in the lung, and bacterial burden in the upper and lower respiratory tract at day 3 post challenge. Furthermore, IN immunization with DTaP triggered mucosal immune responses such as production of B. pertussis-specific IgA, and increased IL-17A. Together, the induction of a mucosal immune response and humoral antibody-mediated protection associated with an administered DTaP and curdlan adjuvant warrant further exploration as a pertussis vaccine candidate formulation.

Translated Description (French)

Les vaccins anticoquelucheux acellulaires actuels n'offrent pas une protection optimale contre l'agent pathogène respiratoire humain Bordetella pertussis, ce qui entraîne une incidence accrue d'une maladie évitable par la vaccination précédemment contrôlée. L'infection naturelle est connue pour induire une immunité muqueuse protectrice. Par conséquent, dans cette étude, nous avons cherché à utiliser des vaccins anticoquelucheux acellulaires pour récapituler ces réponses immunitaires muqueuses. Nous avons utilisé un modèle murin d'immunisation et de provocation pour caractériser l'efficacité de l'immunisation intranasale (IN) avec le vaccin DTaP ou le vaccin DTaP supplémenté en curdlan, un adjuvant promoteur connu de Th1/Th17. La protection contre la DCaT administrée par l'IN a été comparée à la protection médiée par l'injection intrapéritonéale de DCaT et de vaccins contre la coqueluche à cellules entières. Nous avons suivi la DTaP marquée par fluorescence après l'immunisation et avons détecté que la DTaP était localisée de manière préférentielle dans les poumons tandis que la DTaP avec curdlan était principalement dans les cornets nasaux. IN immunization with DTaP, with or without curdlan adjuvant, resulted in anti-B. pertussis and anti-pertussis toxin IgG titers at the same level as intraperitoneally administered DTaP. L'immunisation IN a pu protéger contre la provocation par B. pertussis et nous avons observé une diminution des cytokines pro-inflammatoires pulmonaires, des infiltrats de neutrophiles dans les poumons et de la charge bactérienne dans les voies respiratoires supérieures et inférieures au jour 3 après la provocation. En outre, l'immunisation IN avec DTaP a déclenché des réponses immunitaires muqueuses telles que la production d'IgA spécifiques de B. pertussis et une augmentation de l'IL-17A. Ensemble, l'induction d'une réponse immunitaire muqueuse et d'une protection médiée par des anticorps humoraux associée à un adjuvant DTaP et curdlan administré justifie une exploration plus approfondie en tant que formulation de candidat vaccin contre la coqueluche.

Translated Description (Spanish)

Las vacunas actuales contra la tos ferina acelular no alcanzan la protección óptima contra el patógeno respiratorio humano Bordetella pertussis, lo que resulta en una mayor incidencia de una enfermedad prevenible por vacunación previamente controlada. Se sabe que la infección natural induce una inmunidad protectora de la mucosa. Por lo tanto, en este estudio, nuestro objetivo fue utilizar vacunas contra la tos ferina acelular para recapitular estas respuestas inmunitarias de la mucosa. Utilizamos un modelo de inmunización y desafío murino para caracterizar la eficacia de la inmunización intranasal (IN) con la vacuna DTaP o la vacuna DTaP suplementada con curdlan, un adyuvante promotor de Th1/Th17 conocido. La protección de la DTaP administrada IN se comparó con la protección mediada por la inyección intraperitoneal de DTaP y vacunas de tos ferina de células enteras. Seguimos la DTaP marcada con fluorescencia después de la inmunización y detectamos que la DTaP se localizaba preferentemente en los pulmones, mientras que la DTaP con curdlan se encontraba predominantemente en los cornetes nasales. La inmunización IN con DTaP, con o sin adyuvante curdlan, dio como resultado títulos de IgG anti-B. pertussis y anti-toxina pertussis al mismo nivel que la DTaP administrada por vía intraperitoneal. La inmunización IN pudo proteger contra la exposición a B. pertussis y observamos una disminución de las citocinas proinflamatorias pulmonares, los infiltrados de neutrófilos en el pulmón y la carga bacteriana en el tracto respiratorio superior e inferior el día 3 después de la exposición. Además, la inmunización IN con DTaP desencadenó respuestas inmunitarias de la mucosa, como la producción de IgA específica de B. pertussis y el aumento de IL-17A. En conjunto, la inducción de una respuesta inmunitaria de la mucosa y la protección humoral mediada por anticuerpos asociada con una DTaP administrada y un adyuvante de curdlan justifican una mayor exploración como formulación candidata para la vacuna contra la tos ferina.

Files

s41541-019-0136-2.pdf.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d8ac58bb4262f0de880538d24dbb4d20
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يوفر لقاح السعال الديكي اللاخلوي داخل الأنف مناعة مخاطية ويحمي الفئران من السعال الديكي البورديتيلا
Translated title (English)
Intranasal acellular pertussis vaccine provides mucosal immunity and protects mice from Bordetella pertussis
Translated title (French)
Le vaccin anticoquelucheux acellulaire intranasal procure une immunité muqueuse et protège les souris contre Bordetella pertussis
Translated title (Spanish)
La vacuna intranasal contra la tos ferina acelular proporciona inmunidad mucosa y protege a los ratones de Bordetella pertussis

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2978155607
DOI
10.1038/s41541-019-0136-2

Is supplement to
https://openalex.org/W4249814317 (Other)
https://openalex.org/W4248523613 (Other)
https://openalex.org/W3192852005 (Other)
https://openalex.org/W2411191872 (Other)
https://openalex.org/W2117827674 (Other)
https://openalex.org/W2075909846 (Other)
https://openalex.org/W2047034219 (Other)
https://openalex.org/W2044914152 (Other)
https://openalex.org/W2039202949 (Other)
https://openalex.org/W2029882008 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W134775047
  • https://openalex.org/W1420029722
  • https://openalex.org/W1513493775
  • https://openalex.org/W1564419957
  • https://openalex.org/W1796025458
  • https://openalex.org/W1832214401
  • https://openalex.org/W1833314573
  • https://openalex.org/W1974956807
  • https://openalex.org/W1979991507
  • https://openalex.org/W1990365071
  • https://openalex.org/W2001751957
  • https://openalex.org/W2010974860
  • https://openalex.org/W2031220656
  • https://openalex.org/W2036463856
  • https://openalex.org/W2045279953
  • https://openalex.org/W2048161811
  • https://openalex.org/W2049243601
  • https://openalex.org/W2054521437
  • https://openalex.org/W2056489903
  • https://openalex.org/W2066222426
  • https://openalex.org/W2068152881
  • https://openalex.org/W2074207972
  • https://openalex.org/W2086166210
  • https://openalex.org/W2106670406
  • https://openalex.org/W2112107408
  • https://openalex.org/W2115362121
  • https://openalex.org/W2124186707
  • https://openalex.org/W2126756402
  • https://openalex.org/W2131495198
  • https://openalex.org/W2136941788
  • https://openalex.org/W2138469015
  • https://openalex.org/W2141923402
  • https://openalex.org/W2143414315
  • https://openalex.org/W2144386938
  • https://openalex.org/W2145464179
  • https://openalex.org/W2145509588
  • https://openalex.org/W2146200722
  • https://openalex.org/W2152385842
  • https://openalex.org/W2152649267
  • https://openalex.org/W2158985300
  • https://openalex.org/W2166783616
  • https://openalex.org/W2258534665
  • https://openalex.org/W2267806501
  • https://openalex.org/W2294639738
  • https://openalex.org/W2298285441
  • https://openalex.org/W2414603872
  • https://openalex.org/W2526381880
  • https://openalex.org/W2551648381
  • https://openalex.org/W2616886727
  • https://openalex.org/W2620381206
  • https://openalex.org/W2784224170
  • https://openalex.org/W2883573711
  • https://openalex.org/W2885030641
  • https://openalex.org/W2885081458
  • https://openalex.org/W2888765393
  • https://openalex.org/W2909873032
  • https://openalex.org/W2914340433
  • https://openalex.org/W2915521573
  • https://openalex.org/W2915567672
  • https://openalex.org/W2940507915
  • https://openalex.org/W2943978096
  • https://openalex.org/W4254802998