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BioNtech和Moderna mRNA疫苗研究新技术 | 全自动微流控ELISA

发布:美国ProteinSimple公司
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随着中国复星医药引进德国BioNtech mRNA新冠疫苗脚步加快,特别是近期国家药监局已完成专家评审,正在进行行政审批阶段,上市已经指日可待。

鉴于中国大陆目前广泛接种了灭活病毒疫苗和腺病毒疫苗,此mRNA疫苗一旦获批,面对多款不同技术路径疫苗,如何施打? 是需要进一步研究和探讨的课题,是否可作为加强针与中国现有的疫苗混打?这些课题需要参考国际上相关研究成果和经验。

本文重点综述mRNA疫苗研究中Ella全自动微流控ELISA技术应用案例,包括疫苗混打研究中相关指标检测。Ella全自动微流控ELISA技术使ProteinSimple研发和生产,作为创新型循环系统蛋白质标志物检测平台,已被广泛用于新冠病毒研究和mRNA疫苗开发中。


01 柳叶刀:BioNtech和阿斯利康疫苗混打研究


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本研究(CombiVacS)旨在评估第一针接种ChAdOx1-S疫苗(Vaxzevria, AstraZeneca, Oxford, UK)人群,第二针接种BNT162b2 (Comirnaty, BioNTech, Mainz, Germany)作为加强针的免疫原性和反应原性。

本研究是西班牙五所大学附属医学院进行的一项多中心、开放标签、随机对照的临床II期实验研究。采用假病毒中和试验来评估抗体功能,并采用干扰素-γ(IFN- γ) 免疫试验来评估细胞免疫反应。血浆中细胞因子IFN- γ浓度采用Ella全自动微流控ELISA定量评估。作为新一代免疫学检测技术Ella以全自动化、标准化和高精度等技术优点受到了专家们认可,适合进行多中心临床实验数据检测和对比统计分析。

本研究结果发现,对照组在第0天和14天IFN- γ浓度值无明显变化,而混打疫苗干预组,14天IFN- γ浓度(521.22 pg/mL)比第0天IFN- γ浓度(129.63 pg/mL)有显著增加。采用Ella检测IFN- γ水平,已成为评价疫苗细胞免疫效果的重要和快速技术手段。


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图1. 干预组与对照组在混合接种疫苗D0和D14天 IFN-γ释放值对比


02 bioRxiv:感染过新冠病人可能无需注射第二针疫苗

针对COVID-19 mRNA疫苗开发和部署加速了quan球疫苗接种计划,目前德国BioNtech疫苗BNT162b2已被证明在未感染个体可提供95%的效力,但第二针疫苗对先前感染新冠康复个体的影响一直受到质疑。该研究是西班牙La Paz医院、美国纽约西奈山伊坎医学院和杜克-新加坡国立大学医学院等多个单位合作,作者通过比较未感染和先前感染个体接种BNT162b2疫苗的体液免疫和细胞免疫指标,发现对第二剂可提高未感染个体的体液免疫和细胞免疫,而与之相反,第二剂疫苗导致COVID-19康复个体细胞免疫力降低。

图2结果表明,注射第一剂疫苗10天后,与未感染个体相比(110.4 pg/mL, N=20),先前感染COVID-19康复个体(520 pg/mL,N=21)具有更强的IFN-γ反应。20天时,新冠康复个体维持T细胞免疫反应,而未感染个体IFN-γ反应迅速下降。令人预想不到的是,接种第二针后10天,COVID-19康复个体的IFN-γ产生浓度显著下降,这些发现表明,康复个体似乎没有从第二针接种中受益。


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图2. 不同时间截点,采用Ella平台检测和评估IFN-γ浓度


03 bioRxiv:快速检测新冠T细胞免疫应答宽动态范围方法


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2021年6月,杜克-新加坡国立大学Antonio Bertoletti教授团队,发表题为“Rapid determination of the wide dynamic range of SARS‐CoV‐2 Spike 1 T cell responses in whole blood of vaccinated and naturally infected”文章。该研究详细描述一种简单快速实验方案,可高效评估接种新冠疫苗和自然感染者全血中T细胞免疫应答。目前,主要采用ELISPOT和基于流式细胞技术活化诱导细胞标志物方法,这些传统方法的复杂性限制了病毒特异性细胞毒性T细胞应答检测能力。作者开发了一种基于Ella微流控ELISA技术的全血细胞因子释放测定 (CRA) 实验,可快速、简单和准确的对大量人群中的新冠T 细胞进行常规测量。现有研究表明,血清中和抗体的数量无法预测个体中相应的Spike特异性T细胞反应,基于Ella平台全血细胞因子释放实验可更精确地评估T细胞在感染或疫苗接种后的保护能力,可与抗体检测互补,有助于确定当前疫苗策略。


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图3. 工作流程对比示意图


04 Moderna:mRNA化学和制造工艺对先天免疫激活的影响

先天免疫是人体免疫系统的第一道防线,可通过模式识别受体(PPR)识别入侵抗原的病原体相关模式分子(PAMP),启动级联反应进行免疫应答。mRNA作为外源核酸物质,进入体内可激活先天免疫应答,可阻止mRNA表达并降解mRNA。在体外RNA合成过程中会产生双链RNA(dsRNA),也会通过I型干扰素介导的免疫反应阻止mRNA翻译和降解mRNA。从这些方面看,mRNA本身和制造过程中杂质都可诱导先天免疫激活反应,导致对产品本身影响,需要尿嘧啶化学修饰和生产工艺调整,防止细胞先天免疫激活和随之而来的蛋白质表达减少。Moderna公司科学家通过设计多种细胞和体内模型,比较了编码人类促红细胞生成素(hEPO)mRNA经过经典尿嘧啶或N1-甲基假尿嘧啶(1mΨ)修饰,还有合成过程杂质dsRNA对免疫激活的影响。研究发现,尿嘧啶修饰和减少dsRNA杂质对于控制治疗性mRNA的免疫激活是必要和充分的。本研究采用Ella微流控ELISA检测细胞培养上清液和小鼠血清中hEPO和INF-β。


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图4. hEPO和INF-β检测结果


Ella全自动微流控ELISA系统已成为国际领先的mRNA疫苗研发生物技术手段,并被众多临床机构所采用。同时,Ella平台也被用于新冠病毒病人细胞因子风暴CRS临床监测。Ella,以技术先进性、高灵敏度、高精度和高度自动化标准化,成为欧美细胞因子等蛋白标志物检测主流技术平台。


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参考文献:

1. Immunogenicity and reactogenicity of BNT162b2 booster in ChAdOx1-S-primed participants (CombiVacS): a multicentre, open-label, randomised, controlled, phase 2 trial. Lancet. Published Online June 25, 2021. S0140-6736(21)01420-3


2. Camara C, Lozano-Ojalvo D, Lopez-Granados E, Paz-Artal E, Pion M, Correa-Rocha R, et al. Differential effects of the second SARS-CoV-2 mRNA vaccine dose on T cell immunity in naïve and COVID-19 recovered individuals. bioRxiv2021:2021.03.22.436441.

 

3. Le Bert N, Clapham HE, Tan AT, Chia WN, Tham CYL, Lim JM, et al. Highly functional virus-specific cellular immune response in asymptomatic SARS-CoV-2 infection. J Exp Med. 2021;218(5).

 

4. Anthony Tan, Joey Ming Er Lim, et.al. Rapid determination of the wide dynamic range of SARS‐CoV‐2 Spike 1 T cell responses in whole blood of vaccinated and naturally infected. bioRxiv preprint, this version posted June 29, 2021.

 

5. Impact of mRNA chemistry and manufacturing process on innate immune activation. Nelson et al., Sci. Adv. 2020

2021-07-21
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