Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology1658710.36233/0372-9311-436qlerjfORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleStudy of humoral and cellular immunity following the immunization of C57Bl/6 mice with a prototype of the inactivated Chikungunya vaccineИзучение гуморального и клеточного иммунитета при иммунизации мышей линии C57Bl/6 прототипом инактивированной вакцины Чикунгуньяhttps://orcid.org/0000-0002-2491-4072OtrashevskaiaElena V.ОтрашевскаяЕлена Викторовна
Russian Federation

leading researcher, Laboratory of molecular biotechnology

в.н.с. лаб. молекулярной биотехнологии

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8446-1853KaaKonstantin V.КааКонстантин Владимирович
Russian Federation

researcher, Laboratory of molecular biology of viruses

н.с. лаб. молекулярной биологии вирусов

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8600-7347OksanichAlexey S.ОксаничАлексей Сергеевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Laboratory of molecular biotechnology

к.б.н., в.н.с. лаб. молекулярной биотехнологии

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0002-9161-064XMurashkoNikita V.МурашкоНикита Валентинович
Russian Federation

junior researcher, Laboratory of molecular biotechnology

м.н.с. лаб. молекулярной биотехнологии

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0732-9314KusliyAlexander G.КуслийАлександр Григорьевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), quality director

к.м.н., директор по качеству

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2765-3525KraskoAnatoliy G.КраськоАнатолий Геннадиевич
Belarus

Cand. Sci. (Med.), leading researcher, Republican collection of pathogenic biological agents

к.м.н., в.н.с. Республиканской коллекции патогенных биологических агентов

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5808-2246ZverevVitaly V.ЗверевВиталий Васильевич
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Professor, RAS Full Member, scientifical director

д.м.н., профессор академик РАН, научный руководитель

e.v.otrashevskaja@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9731-3681IgnatyevGeorge M.ИгнатьевГеоргий Михайлович
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Professor, main expert, Laboratory of molecular biotechnology

д.м.н., профессор, г.н.с. лаб. молекулярной биотехнологии

e.v.otrashevskaja@mail.ruI.I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and SeraНаучно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. МечниковаChumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and- Biological ProductsФедеральный научный центр исследования и разработки иммунобиологических препаратов имени М.П. ЧумаковаVector-Bialgam«Вектор-Биальгам»Republican Scientific-Practical Center of Epidemiology and MicrobiologyРеспубликанский научно-практический центр эпидемиологии и микробиологии10052024101219320730082023Copyright ©; 2024, Otrashevskaia E.V., Kaa K.V., Oksanich A.S., Мurashko N.V., Кusliy A.G., Krasko A.G., Zverev V.V., Ignatyev G.M.Copyright ©; 2024, Отрашевская Е.В., Каа К.В., Оксанич А.С., Мурашко Н.В., Куслий А.Г., Красько А.Г., Зверев В.В., Игнатьев Г.М.2024Otrashevskaia E.V., Kaa K.V., Oksanich A.S., Мurashko N.V., Кusliy A.G., Krasko A.G., Zverev V.V., Ignatyev G.M.Отрашевская Е.В., Каа К.В., Оксанич А.С., Мурашко Н.В., Куслий А.Г., Красько А.Г., Зверев В.В., Игнатьев Г.М.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/16587

Introduction. Chikungunya virus infection is a problem for the health care system of affected regions due to the lack of specific prevention, as well as effective antiviral drugs. The critical role of cellular immunity in viral control and clearance for the Chikungunya fever has been demonstrated in many studies. Therefore, effective stimulation of not only humoral but also cellular immunity is of undeniable importance when assessing the effectiveness of a potential vaccine for the prevention of this infection.

The aim of the present study was to investigate the formation of protective immunity after administration of a drug containing inactivated Chikungunya virus (CHIKV) to C57Bl/6 mice.

Materials and methods. Inactivated CHIKV (concentrations of 10 μg and 40 μg) was administered intramuscularly to C57Bl/6 mice twice with an interval of 14 days. Indicators of humoral immunity were assessed by ELISA and neutralization test (NT), cellular immunity — by the production of IFN-γ and splenocyte proliferation in vitro. The concentration of cytokines IL-1, IL-2, IL-6, IL-10, IL-12p70 and TNF was determined by ELISA. When assessing the protective immunity in animals, CHIKV was injected into the dorsal surface of the foot of the right hind paw at a dose of 2.89 ± 0.10 lg TCD50 in a volume of 20 μl.

Results. The most pronounced immune response was noted to the administration of 40 μg of inactivated CHIKV, which was manifested in the balanced production of the studied cytokines, the formation of specific humoral (according to the results of ELISA and NT) and cellular — specific proliferation of splenocytes in vitro and production of IFN-γ. When assessing efficacy, the development of foot edema in immunized animals was significantly lower than in animals in the control group.

Discussion. CHIKV, inactivated by beta-propiolactone, had pronounced immunogenic properties. The balance of production of pro- and anti-inflammatory cytokines, as well as the Th1/Th2 immune response, characterized the formation of adaptive immunity in mice without a pronounced inflammatory response. The formation of a specific humoral and cellular immune response has been demonstrated. A study of protection in a non-lethal animal model confirmed the efficacy of the inactivated vaccine.

Conclusion. Double administration of the inactivated CHIKV vaccine at a dose of 40 μg to C57Bl/6 mice demonstrated pronounced immunogenicity, which allows us to evaluate it as a promising prophylactic vaccine.

Введение. Вирусная инфекция Чикунгунья является проблемой для системы здравоохранения эндемичных для этой инфекции регионов из-за отсутствия специфической профилактики и эффективных противовирусных препаратов. Доказана критическая роль клеточного иммунитета для контроля и клиренса вируса при лихорадке Чикунгунья. Эффективная стимуляция не только гуморального, но и клеточного иммунитета имеет неоспоримое значение при оценке эффективности потенциальной вакцины для профилактики данной инфекции.

Цель настоящей работы — изучение формирования протективного иммунитета после введения мышам линии C57Bl/6 препарата, содержащего инактивированный вирус Чикунгунья (ЧИКВ).

Материалы и методы. ЧИКВ (концентрации 10 и 40 мкг) вводили мышам внутримышечно дважды с интервалом 14 дней. Показатели гуморального иммунитета оценивали в иммуноферментном анализе и реакции нейтрализации, клеточного — по продукции интерферона-γ и пролиферации спленоцитов in vitro. Концентрацию цитокинов (интерлейкина-1, -2, -6, -10, -12p70 и фактора некроза опухоли) определяли методом иммуноферментного анализа. При оценке протективной активности животным в дорсальную поверхность стопы правой задней лапы вводили ЧИКВ в дозе 2,89 ± 0,10 lg ТЦД50 в объёме 20 мкл.

Результаты. Наиболее выраженный иммунный ответ отмечен на введение 40 мкг инактивированного ЧИКВ, что проявлялось в сбалансированной продукции исследованных цитокинов, формировании специфического гуморального и клеточного иммунитета. При оценке протективности отёк стопы у иммунизированных животных был достоверно ниже, чем у животных контрольной группы.

Обсуждение. Инактивированный бета-пропиолактоном ЧИКВ обладал выраженными иммуногенными свойствами. Баланс продукции про- и противовоспалительных цитокинов, а также Th1/Th2-иммунного ответа характеризовал формирование адаптивного иммунитета у мышей без выраженной воспалительной реакции. Продемонстрировано формирование специфического гуморального и клеточного иммунного ответа. Исследование протективности в нелетальной модели животных подтвердило эффективность инактивированного препарата.

Заключение. Двукратное введение мышам линии C57Bl/6 инактивированного препарата ЧИКВ в дозе 40 мкг продемонстрировало иммуногенность, что позволяет оценить его как перспективный профилактический препарат.

inactivated Chikungunya virusmice C57Bl/6humoral immunitycell immunitycytokinesинактивированный вирус Чикунгуньямыши линии C57Bl/6гуморальный иммунитетклеточный иммунитетцитокиныRSFРНФ22-14-00184Weaver S.C., Lecuit M. Chikungunya virus and the global spread of a mosquito-borne disease. N. Engl. J. Med. 2015;372(13):1231–9. doi: https://doi.org/10.1056/nejmra1406035Deeba D., Islam A., Kazim S. N., et al. Chikungunya virus: Recent advances in epidemiology, host pathogen interaction & vaccine strategies. Pathog. Dis. 2016;74(3):ftv119. doi: https://doi.org/10.1093/femspd/ftv119Staples J.E., Breiman R.F., Powers A.M. Chikungunya fever: an epidemiological review of a re-emerging infectious disease. Clin. Infect. Dis. 2009;49(6):942–8. doi: https://doi.org/10.1086/605496Отрашевская Е.В., Трухин В.П., Меркулов В.А., Игнатьев Г.М. Прогресс в разработке вакцин для профилактики лихорадки Чикунгунья и перспективы появления на рынке. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2023;23(1):42–64. Otrashevskaya E.V., Trukhin V.P., Merkulov V.A., Ignat'ev G.M. Chikungunya vaccines: advances in the development and prospects for marketing approval. Biological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2023;23(1):42–64. doi: https://doi.org/10.30895/2221-996X-2023-23-1-42-64 EDN: https://elibrary.ru/uoykrmGalatas B., Ly S., Duong V., et al. Long-lasting immune protection and other epidemiological findings after Chikungunya emergence in a Cambodian Rural Community, April (2012). PLoS Negl. Trop. Dis. 2016;10(1):e0004281. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004281Pierro A., Rossini G., Gaibani P., et al. Persistence of anti-chikungunya virus-specific antibodies in a cohort of patients followed from the acute phase of infection after the 2007 outbreak in Italy. New Microbes New Infect. 2015;7:23–5. doi: https://doi.org/10.1016/j.nmni.2015.04.002Reyes-Sandoval A. 51 years in of Chikungunya clinical vaccine development: A historical perspective. Hum. Vaccin. Immunother. 2019;15(10):2351–8. doi: https://doi.org/10.1080/21645515.2019.1574149Tiwari M., Parida M., Santhosh S.R., et al. Assessment of immunogenic potential of Vero adapted formalin inactivated vaccine derived from novel ECSA genotype of Chikungunya virus. Vaccine. 2009;27(18):2513–22. doi: https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2009.02.062Kumar M., Sudeep A.B., Arankalle V.A. Evaluation of recombinant E2 protein-based and whole-virus inactivated candidate vaccines against Chikungunya virus. Vaccine. 2012;30(43): 6142–9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2012.07.072Rudd P.A., Raphael A.P., Yamada M., et al. Effective cutaneous vaccination using an inactivated Chikungunya virus vaccine delivered by Foroderm. Vaccine. 2015;33(39):5172–80. doi: https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2015.07.099Игнатьев Г.М., Каа К.В., Антонова Л.П. и др. Иммуногенные свойства препарата, содержащего инактивированный β-пропиолактоном антиген вируса Чикунгунья. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021;98(5):519–27. Ignatyev G.M., Atrasheuskaya A.V., Antonova L.P., et al. Immunogenic properties of the preparation containing the Chikungunya virus antigen inactivated by β-propiolactone. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2021;98(5):519–27. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-159 EDN: https://elibrary.ru/kezrshМиронова Л.Л., Конюшко О.И., Попова В.Д., Грачев В.П. К вопросу об использовании различных различных видов культур клеток в производстве противовирусных препаратов. Успехи современного естествознания. 2011;(12):43–5. Mironova L.L., Konushko O.I., Popova V.D., Grachev V.P. To the question about using various different types of cell cultures in the antiviral preparations’ production. Advances in Current Natural Sciences. 2011;(12):43–5. EDN: https://elibrary.ru/oiplorРадаева И.Ф., Думченко Н.Б., Нечаева Е.А. Культивирование клеток на микроносителях в биореакторах. Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. 2019;(2):22–32. Radaeva I.F., Dumchenko N.B., Nechaeva E.A. The cultivation of cells on microcarriers in bioreactors. PNRPU Bulletin. Chemical Technology and Biotechnology. 2019;(2):22–32. DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9400/2019.2.02 EDN: https://elibrary.ru/vkxbiyКаа К.В., Игнатьев Г.М., Синюгина А.А., Ишмухаметов А.А. Чувствительность клеточных линий к вирусу Чикунгунья и подбор метода наработки вирусного материала в промышленных объемах. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2023;23(1):111–20. Kaa K.V., Ignatyev G.M., Sinyugina A.A., Ishmukhametov A.A. Susceptibility of various cell lines to the Chikungunya virus and method selection for commercial-scale production of viral material. Biological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2023;23(1):111–20. doi: https://doi.org/10.30895/2221-996X-2023-23-1-111-120 EDN: https://elibrary.ru/kcmppzGardner J., Anraku I., Le T.T., et al. Chikungunya virus arthritis in adult wild-type mice. J. Virol. 2010;84(16):8021–32. doi: https://doi.org/10.1128/jvi.02603-09Morrison T.E., Oko L., Montgomery S.A., et al. A mouse model of chikungunya virus-induced musculoskeletal inflammatory disease: evidence of arthritis, tenosynovitis, myositis, and persistence. Am. J. Pathol. 2011;178(1):32–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2010.11.018Hallengärd D., Kakoulidou M., Lulla A., et al. Novel attenuated Chikungunya vaccine candidates elicit protective immunity in C57Bl/6 mice. J. Virol. 2014;88(5):2858–66. doi: https://doi.org/10.1128/jvi.03453-13Arevalo M.T., Huang Y., Jones C.A., Ross T.M. Vaccination with a chikungunya virus-like particle vaccine exacerbates disease in aged mice. PLoS Negl. Trop. Dis. 2019;13(4):e0007316. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0007316Slifka D.K., Raue H.P., Weber W.C., et al. Development of a next-generation chikungunya virus vaccine based on the HydroVax platform. PLoS Pathog. 2022;18(7):e1010695. doi: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1010695Broeckel R.M., Haese N., Ando T., et al. Vaccine-induced skewing of T cell responses protects against Chikungunya virus disease. Front. Immunol. 2019;10:2563. doi: https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.02563Игнатьев Г.М., Каа К.В., Оксанич А.С. и др. Индикация и идентификация вирусов денге и Чикунгунья в комарах рода Aedes spp., отловленных в Центральной Америке. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020; 97(3):227–32. Ignatyev G.M., Kaa K.V., Oksanich A.S., et al. Indication and identification of Dengue and Chikungunya viru- ses in Aedes spp. mosquitoes captured in Central America. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2020;97(3): 227–32. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-3-4 EDN: https://elibrary.ru/ufhtabMayer U.B., Haller C., Haidinger W., et al. Bacterial ghosts as an oral vaccine: a single dose of Escherichia coli O157:H7 bacterial ghosts protects mice against lethal challenge. Infect. Immun. 2005;73(8):4810–7. doi: https://doi.org/10.1128/iai.73.8.4810-4817.2005Ашмарин И.П., Воробьев А.А. Статистические методы в микробиологических исследованиях. Ленинград;1962. Ashmarin I.P., Vorobyov A.A. Statistical Methods in Microbiological Research. Leningrad;1962.Rojas J.M., Avia M., Martín V., Sevilla N. IL-10: A multifunctional cytokine in viral infections. J. Immunol. Res. 2017;2017:6104054. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/6104054Oleszycka E., McCluskey S., Sharp F.A., et al. The vaccine adjuvant alum promotes IL-10 production that suppresses Th1 responses. Eur. J. Immunol. 2018;48(4):705–15. doi: https://doi.org/10.1002/eji.201747150He P., Zou Y., Hu Z. Advances in aluminum hydroxide-based adjuvant research and its mechanism. Hum. Vaccin. Immunother. 2015;11(2):477–88. doi: https://doi.org/10.1080/21645515.2014.1004026Badran G., Angrand L., Masson J.D., et al. Physico-chemical properties of aluminum adjuvants in vaccines: Implications for toxicological evaluation. Vaccine. 2022;40(33):4881–8. doi: https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2022.06.064Vrieling H., Kooijman S., de Ridder J.W., et al. Activation of human monocytes by colloidal aluminum salts. J. Pharm. Sci. 2020; 109(1):750–60. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xphs.2019.08.014Eisenbarth S.C., Colegio O.R., O’Connor W., et al. Crucial role for the Nalp3 inflammasome in the immunostimulatory properties of aluminum adjuvants. Nature. 2008;453(7198):1122–6. doi: https://doi.org/10.1038/nature06939Kooijman S., Brummelman J., van Els C.A.C.M., et al. Novel identified aluminum hydroxide-induced pathways prove monocyte activation and pro-inflammatory preparedness. J. Proteomics. 2018;175:144–55. doi: https://doi.org/10.1016/j.jprot.2017.12.021