Cучачні методи розробки вакцин: Дослідження оптимальних умов фотодинамічної інактивації

Автор(и)

  • Христина Мелентьєва Інститут мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова НАМН України, Україна
  • Артур Мартинов Інститут мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова НАМН України, Україна
  • Світлана Калініченко Інститут мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова НАМН України, Україна
  • Тетяна Антушева Інститут мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова НАМН України, Україна
  • Петро Оветчін Інститут мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова НАМН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.10257469

Анотація

Вступ. Дана тема стосується розробки гіпоалергенних і нереактогенних вакцин новітнього класу, які сприятимуть створенню популяційного імунітету проти багатьох інфекційних захворювань у всьому світі. ВООЗ визначила 3 ​​пріоритетних напрямки заміни парентеральних вакцин непарентеральними, які базуються на здатності антигенів проникати через слизові оболонки. Найбільш перспективними з них є мукозальні вакцини, застосування яких дозволяє забезпечити безперервність антигенного стимулу та підтримувати високий рівень колективного імунітету проти інфекцій, керованих засобами специфічної профілактики, у тому числі COVID-19. Останнім часом ситуація з керованими інфекційними захворюваннями, як бактеріальними, так і вірусними, значно загострилася і стає ще більш гострою, оскільки широкомасштабні бойові дії в нашій країні супроводжуються погіршенням санітарних умов, значними міграційними процесами серед населення України, скупченням біженців у приміщеннях, руйнування водогонів, велика кількість поранених військовослужбовців та цивільних осіб, які потребують невідкладної медичної допомоги в польових умовах. У всьому світі для зниження інфекційних захворювань широко використовується система заходів щодо запобігання, обмеження поширення та ліквідації інфекційних захворювань.Одним із таких засобів є вакцинопрофілактика. Певні проблеми виникають при розробці вакцинних препаратів. Наприклад, спонтанна поява патогенних властивостей, здатність реверсувати ослаблені штами мікроорганізмів, які можуть викликати захворювання. Інактивовані вакцини не вимагають жорстких умов зберігання та транспортування, тому є більш привабливими для фармацевтичної промисловості. Тому вкрай необхідний пошук сполук і методів інактивації збудників, які б не утворювали ковалентних зв'язків з антигеном, підвищуючи тим самим їх реактогенність і алергенність. На даний момент встановлено, що системи інактивації патогенів (СІП) у продуктах крові ефективні проти численних бактерій, вірусів і паразитів і широко використовуються в технологіях знезараження препаратів крові в трансфузіології. Ці передумови дали нам ідею екстраполяції досвіду трансфузіологів у фотодинамічній інактивації продуктів крові на вакцинологію з метою заміни інактиваторів/консервантів нетоксичними метаболічними фотоінактивуючими агентами, які не вимагають очищення вакцини та не утворюють ковалентних зв’язків з антигенами вакцини . Матеріали та методи.  Науково-оглядові та практичні статті, інформація з бази даних ВООЗ. Результати і обговорення. Завдання дослідників наразі – усунути недоліки у виробництві вакцинних препаратів шляхом запобігання утворення ковалентних зв’язків між модифікатором і антигеном – мішенню – токсином чи патогеном.У той же час інактивація повинна залишатися дуже ефективною. Відомо, що рибофлавін є активатором клітинного метаболізму в організмі людини і тварин, але крім своєї ключової ролі він виконує роль фотосенсибілізатора і використовується в системах дезінфекції, що забезпечує антимікробну дію. Метод дезінфекції з використанням фотосенсибілізатора називається антимікробною фотодинамічною терапією.  Антимікробна фотодинамічна терапія (aPDT) є перспективним підходом до патогенів у крові та похідних крові. Перевагою антимікробної фотодинамічної терапії є те, що до неї немає стійких штамів. І головним завданням сьогодення є вибір найоптимальніших методів і умов пошуку найкращих методів і речовин для них під час фотодинамічної інактивації.  Ці дослідження дозволять зрозуміти передбачуваність і перспективність заміни ковалентних інактиваторів засобами фотодинамічної інактивації бактерій у вакцинології з метою подальшого впровадження в розробку нових класів нетоксичних і неалергенних вакцин.

Ключові слова: антимікробна фотодинамічна терапія, фотоінактивація, рибофлавін, вакцини

Посилання

Medunitsyn N.V., Pokrovsky V.I. Fundamentals of immunoprophylaxis and immunotherapy of infectious diseases. Study allowance M. GEOTAR. Media, 2005. 512 р.

Novikov V.V., Dobrotyna N.A., Babaev A.A. Immunology: Textbook. allowance Nizhniy Novgorod. Publishing House of NNSU named after N.Y. Lobachevsky, 2004. 212 р.

Sousa V,. Gomes A.T.P.C., Freitas A., et al. Photodynamic Inactivation of Candida albicans in Blood Plasma and Whole Blood. Antibiotics (Basel). 2019.8(4). 221. doi:10.3390/antibiotics8040221. ].

Abrahamse H., Hamblin M.R. New photosensitizers for photodynamic therapy. Biochem J. 2016. 473(4). 347–364. doi:10.1042/BJ20150942.

Hamblin M.R. Antimicrobial photodynamic inactivation: a bright new technique to kill resistant microbes. Curr Opin Microbiol. 2016. 33. 67–73. doi:10.1016/j.mib.2016.06.008. 18-19

Conrad K. S., Bilwes A. M., Crane B. R. Light-Induced Subunit Dissociation by a Light-Oxygen-Voltage Domain Photoreceptor from Rhodobacter. Biochemistry. 2013. 52(2). 378-391.

Kleinpenning, M.M.; Smits, T.; Frunt, M.H.A.; van Erp, P.E.J.; van de Kerkhof, P.C.M.; Gerritsen, R.M.J.P. Clinical and histologicaleffects of blue light on normal skin. Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2010, 26, 16–21. [CrossRef]

McDonald, R.S.; Gupta, S.; Maclean, M.; Ramakrishnan, P.; Anderson, J.G.; Macgregor, S.J.; Meek, R.M.D.; Grant, M.H. 405 nm

Light exposure of osteoblasts and inactivation of bacterial isolates from arthroplasty patients: Potential for new disinfectionapplications? Eur. Cell. Mater. 2013, 25, 204–214. [CrossRef] [PubMed]

Wang, T.; Dong, J.; Yin, H.; Zhang, G. Blue light therapy to treat candida vaginitis with comparisons of three wavelengths: An in vitro study. Lasers Med. Sci. 2020, 35, 1329–1339. [CrossRef]

Liebmann, J.; Born, M.; Kolb-Bachofen, V. Blue-light irradiation regulates proliferation and differentiation in human skin cells. J. Investig. Dermatol. 2010, 130, 259–269. [CrossRef]

Bumah, V.V.; Masson-Meyers, D.S.; Awosika, O.; Zacharias, S.; Enwemeka, C.S. The viability of human cells irradiated with 470-nm light at various radiant energies in vitro. Lasers Med. Sci. 2021, 36, 1661–1670. [CrossRef]

Makdoumi, K.; Hedin, M.; Bäckman, A. Different photodynamic effects of blue light with and without riboflavin on methicillinresistant Staphylococcus aureus (MRSA) and human keratinocytes in vitro. Lasers Med. Sci. 2019, 34, 1799–1805. [CrossRef]

Ramakrishnan, P.; Maclean, M.; MacGregor, S.J.; Anderson, J.G.; Grant, M.H. Differential sensitivity of osteoblasts and bacterial pathogens to 405-nm light highlighting potential for decontamination applications in orthopedic surgery. J. Biomed. Opt. 2014, 19, 105001. [CrossRef] [PubMed]

Dai, T.; Gupta, A.; Huang, Y.-Y.; Yin, R.; Murray, C.K.; Vrahas, M.S.; Sherwood, M.E.; Tegos, G.P.; Hamblin, M.R. Blue light rescues mice from potentially fatal Pseudomonas aeruginosa burn infection: Efficacy, safety, and mechanism of action. Antimicrob. Agents Chemother. 2013, 57, 1238–1245. [CrossRef] [PubMed]

Zhang, Y.; Zhu, Y.; Gupta, A.; Huang, Y.; Murray, C.K.; Vrahas, M.S.; Sherwood, M.E.; Baer, D.G.; Hamblin, M.R.; Dai, T. Antimicrobial blue light therapy for multidrug-resistant Acinetobacter baumannii infection in a mouse burn model: Implications for prophylaxis and treatment of combat-related wound infections. J. Infect. Dis. 2014, 209, 1963–1971. [CrossRef] [PubMed]

Sheraz M.A., Kazi S.H., Ahmed S., et al. Photo, thermal and chemical degradation of riboflavin. Beilstein J. Org. Chem. 2014. 10. 1999–2012.

Khan S., Naseem I. Photocatalytic interaction of aminophylline-riboflavin leads to ROS-mediated DNA damage and cell death: a novel phototherapeutic mechanism for cancer. IUBMB Life. 2017.69. 611–622.

Ruane P. H., Edrich R., Gampp D., et al. Photochemical inactivation of selected viruses and bacteria in platelet concentrates using riboflavin and light. Transfusion. 2004. 44(6). 877-885. doi: 10.1111/j.1537-2995.2004.03355.x

Wollensak G., Spoerl E., Seiler T. Riboflavin/ultraviolet-A-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. American Journal of Ophthalmology. 2003. 135. 620–627, doi: 10.1016/s0002-9394(02)02220-1

Khan S., Rayis M., Rizvi A., et al. ROS mediated antibacterial activity of photoilluminated riboflavin: a photodynamic mechanism against nosocomial infections. Toxicology reports. 2019. 6. 136-142.

Maisch T., Eichner A., Späth A. et al. Fast and effective photodynamic inactivation of multiresistant bacteria by cationic riboflavin derivatives. PLoS One. 2014. 9(12). e111792. ].

Thakuri P.S., Joshi R., Basnet S., et al. Antibacterial photodynamic therapy on Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa in vitro. Nepal Med. Coll. J. 2011. 13(4). 281-284.

O'Rourke J.F, Dowds B.C. Dye-mediated photodynamic inactivation of Bacillus subtilis. Biochem. Soc. Trans. 1992. 20(1). 76S.

Makdoumi K., Goodrich R., Bäckman A. Photochemical eradication of methicillin-resistant Staphylococcus aureus by blue light activation of riboflavin. Acta Ophthalmol. 2017. 95(5). 498-502.

Sauer A., Letscher-Bru V., Speeg-Schatz C. In vitro efficacy of antifungal treatment using riboflavin/UV-A (365 nm) combination and amphotericin B. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010. 51.8.т3950-3953.

Tunccan Ö.G., Kalkanci A., Unal E.A. The in vitro effect of antimicrobial photodynamic therapy on Candida and Staphylococcus biofilms. Turk. J. Med. Sci. 2018. 48(4). 873–879.

Schuyler R. Use of riboflavin for photoinactivation of pathogens in blood components. Transfus. Apher. Sci. 2001. 25. 189–190.

Zhu L., Tong H., Wang S. Effectiveness of a flow-based device using riboflavin photochemistry in damaging blood-borne viral nucleic acids. J. Photochem. Photobiol. B. 2018. 183. 391-396.

Faddy H.M., Fryk J.J., Watterson D. Riboflavin and ultraviolet light: impact on dengue virus infectivity. Vox Sang. 2016. 111(3). 235-241.

Keil S.D., Bowen R., Marschner S. Inactivation of Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) in plasma products using a riboflavin-based and ultraviolet light-based photochemical treatment. Transfusion. 2016. 56(12). 2948-2952.

Grzelak, A.; Rychlik, B.; Bartosz, G. Light-dependent generation of reactive oxygen species in cell culture media. Free Radic. Biol. Med. 2001, 30, 1418–1425. [CrossRef]

Cap A.P., Pidcoke H.F., Keil S.D. et al. Treatment of blood with a pathogen reduction technology using ultraviolet light and riboflavin inactivates Ebola virus in vitro. Transfusion. 2016. 56(1). 6-15.

Hermida-Nogueira L., Barrachina M.N., Izquierdo I., et al. Proteomic analysis of extracellular vesicles derived from platelet concentrates treated with Mirasol® identifies biomarkers of platelet storage lesion. J. Proteomics. 2020. 210. 103529.

Perez‐Pujol S., Tonda R., Lozano M., et al. Effects of a new pathogen‐reduction technology (Mirasol PRT) on functional aspects of platelet concentrates. Transfusion. 45. 6. 911-919

Abonnenc M., Crettaz D., Sonego G. et al. Towards the understanding of the UV light, riboflavin and additive solution contributions to the in vitro lesions observed in Mirasol®-treated platelets. Transfus. Clin. Biol. 2019. 26 (4). 209-216.

Yuan Y., Zhao Y., Chen L., et al. Selective tumor cell death induced by irradiated riboflavin through recognizing DNA G-T mismatch. Nucleic Acids Res. 2017. 45. N. 15. P. 8676–8683.

Garg A.D., Nowis D., Golab J., et al. Immunogenic cell death, DAMPs and anticancer therapeutics: an emerging amalgamation. Biochim. Biophys. Acta. 2010. 1805. 53–71

Akasov R.A., Sholina N.V., Khochenkov D.A., et al. Photodynamic therapy of melanoma by blue-light photoactivation of flavin mononucleotide. Sci Rep. 2019. 9 (1). 9679.

Lim L., Lim E.W.L. A Review of Corneal Collagen Cross-linking - Current Trends in Practice Applications. Open Ophthalmol J. 2018. 12. 181–213.

Mohammadpour M., Masoumi A., Mirghorbani M., et al. Updates on corneal collagen cross-linking: Indications, techniques and clinical outcomes. J. Curr. Ophthalmol. 2017. 29(4). 235–247.

Zhu Y., Reinach P.S., Zhu H. et al. High-intensity corneal collagen crosslinking with riboflavin and UVA in rat cornea. PLoS One. 2017. 12(6). e0179580.

Song X., Stachon T., Wang J., et al. Viability, apoptosis, proliferation, activation, and cytokine secretion of human keratoconus keratocytes after cross-linking. Biomed. Res. Int. 2015. 2015. 254-237.

Skaat A., Zadok D., Goldich Y., et al. Riboflavin/UVA photochemical therapy for severe infectious keratitis. Eur. J. Ophthalmol. 2014. 24(1). 21-28.

Medzhitov R., Janevych Ch. Innate immunity. Kazan magazine. 2004. Т.З. Р. 161-167.

Akira S, Uematsu S, Takeuchi O. Pathogen recognition and innate immunity. Cell. 2006. 124 (4). 783-801.

Janeway Jr. C.A., Medzhitov R. Innate immune recognition. Annual review of immunology. 2002. 20 (1).197-216.

Romagnani S. The th1/th2 paradigm. Immunology today. 1997. 18 (6). 263-266.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-06

Як цитувати

Мелентьєва, Х., Мартинов, А., Калініченко, С., Антушева, Т., & Оветчін, П. (2023). Cучачні методи розробки вакцин: Дослідження оптимальних умов фотодинамічної інактивації. Анали Мечниковського Інституту, (4), 4–11. https://doi.org/10.5281/zenodo.10257469

Номер

Розділ

Огляди