Immunological characterization of vaccine candidate virus for influenza virus and varicella zoster virus

Abstract

Part I While cell culture-based technology has been recently used for manufacturing influenza vaccines, currently available seed viruses are mostly egg-derived reassortants that are egg-adapted to achieve high virus growth in eggs. For use as viruses for cell culture-based influenza vaccine manufacturing, egg-adapted viral seeds may undergo several passages in manufacturing cell lines. However, the suitability of such cell-passaged viruses for vaccine production remains largely unelucidated. In this study, influenza viruses produced in suspension Madin-Darby canine kidney (MDCK) cell cultures were compared to those produced in embryonated hen’s eggs for manufacturing MDCK cell culture-based influenza vaccines through comparability studies of virus productivity and vaccine immunogenicity. The results indicate no change in the amino acid sequence of the main antigens, including hemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA), of cell-passaged viruses after three passages in suspension MDCK cells. In lab-scale (3-L) single-use bioreactors, suspension MDCK culture supernatants inoculated with cell-passaged viruses were found to show higher virus productivity, suspension MDCK culture supernatants inoculated with egg-passaged viruses, in respect to the HA titers and HA contents determined by single radial immunodiffusion (SRID). Finally, comparable hemagglutination inhibition and influenza-specific IgG titers were determined in the mice immunized with cell culture-based vaccines produced with cell- or egg-passaged viruses. These results indicate that MDCK cell-passaged viruses from egg-adapted viruses, as well as egg-derived seed virus, are suitable for MDCK cell culture-based influenza vaccine production. Part II Varicella-zoster virus (VZV) is a pathogen that causes chickenpox and shingles in humans. Different types of the varicella vaccines derived from the Oka and MAV/06 strains are commercially available worldwide. Although the MAV/06 vaccine was introduced in 1990s, little was known about immunological characteristics. Here, we evaluated B and T cell immune response in animals inoculated with the Oka and MAV/06 vaccines as well as a new formulation of the MAV/06 vaccine. A variety of test methods were applied to evaluate T and B cell immune response. Plaque reduction neutralization test (PRNT) and fluorescent antibody to membrane antigen (FAMA) assay were conducted to measure the MAV/06 vaccine-induced antibody activity against various VZVs. Glycoprotein enzyme-linked immunosorbent assay (gpELISA) was used to compare the degree of the antibody responses induced by the two available commercial VZV vaccines and the MAV/06 vaccine. Interferon-gamma enzyme-linked immunosorbent spot (IFN-γ ELISpot) assays and cytokine bead array (CBA) assays were conducted to investigate T cell immune responses. Antibodies induced by MAV/06 vaccination showed immunogenicity against a variety of varicella zoster virus and cross-reactivity among the virus clades. It is indicating the similarity of the antibody responses induced by commercial varicella vaccines and the MAV/06 vaccine. Moreover, VZV-specific T cell immune response from MAV/06 vaccination was increased via Th1 cell response. MAV/06 varicella vaccine induced both humoral and cellular immune response via Th1 cell mediated response.;Part I 세포 배양 기반 기술이 인플루엔자 백신 제조에 활용되기 시작한 초기에는 대부분의 seed 바이러스는 유정란에서 높은 바이러스 생산성을 가지도록 적응된 유정란 유래 재조합 바이러스였다. 세포 배양 기반 인플루엔자 백신 제조를 위해서는 이러한 유정란 유래 seed 바이러스를 세포주에서 여러 계대를 거쳐야만 하는데, 이러한 세포 계대 바이러스가 실제 인플루엔자 백신 생산에 적합한지 알려진 바가 없었다. 본 연구에서는 유정란 유래 seed 바이러스와 이를 세포에서 계대한 바이러스로 각각 현탁 MDCK 세포를 이용하여 세포 배양 인플루엔자 백신을 제조하여 생산성 및 면역원성을 비교하고 동등성을 평가하였다. 우선 현탁 MDCK 세포에서 3회 계대 전과 후에 변이가 발생하는 지 확인한 결과, 주요 항원인 헤마글루티닌(HA) 및 뉴라미니다제(NA)의 아미노산 서열에는 변화가 없음을 확인하였다. 그리고 실험실 규모(3 L) 일회용 생물반응기에서의 생산성을 비교하기 위해 단일 방사형 면역확산(SRID) 방법으로 HA 함량을 측정한 결과에서, 세포 계대 바이러스로 접종한 현탁 MDCK 배양액은 유정란 유래 바이러스로 접종한 현탁 MDCK 배양액과 비교해 동등 이상의 바이러스 생산성을 나타냈다. 마지막으로 세포 계대 바이러스 및 유정란 유래 바이러스로 각각 생산된 세포 배양 인플루엔자 백신을 접종한 마우스에서 면역원성을 확인한 결과, 각 바이러스에 대한 HI titer 및 IgG titer가 동등 수준임을 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 유정란 유래 seed 바이러스를 현탁 MDCK 세포 계대 거친 후 세포 배양 기반 인플루엔자 백신 생산하는데 적합하며, 동등 이상의 백신 효능을 나타낼 것으로 판단할 수 있다. Part II 수두 대상포진 바이러스(VZV)는 사람에서 수두와 대상포진을 일으키는 병원체로 현재 Oka 및 MAV/06 바이러스주에서 파생된 다양한 유형의 수두 백신이 전 세계적으로 상업적으로 이용 가능하다. 국내에서는 MAV/06 바이러스주로 생산한 수두 백신이 1990년대에 도입되었지만 면역학적 특성에 대해서는 아직까지 알려진 바가 거의 없었다. 본 연구에서는 MAV/06 백신의 새로운 제형을 접종한 동물에서 B 및 T 세포 면역 반응을 Oka 백신과 비교 평가하였다. 우선 다양한 수두 대상포진 바이러스에 대한 MAV/06 백신 유도 항체 활성을 측정하기 위해 플라크 감소 중화 시험(PRNT) 및 막 항원에 대한 형광 항체(FAMA) 분석을 수행하였다. 그리고 두 가지 시판 VZV 백신(Suduvax®, Zostavax®)과 MAV/06 백신에 의해 유도된 항체 반응의 정도를 비교하기 위해 당단백질 효소 결합 면역흡착 분석법(gpELISA)을 사용하고, Interferon-gamma enzyme-linked immunosorbent spot (IFN-γ ELISpot) assays와 cytokine bead array (CBA) assays는 T 세포 면역 반응을 조사하기 위해 수행되었다. MAV/06 백신접종으로 유도된 항체는 다양한 수두 대상포진 바이러스 계통간 교차 반응성을 보였다. 이는 시판되는 수두 백신과 MAV/06 백신이 유도하는 항체 반응의 유사성을 나타내는 것이다. 또한 MAV/06 수두 백신은 Th1 세포 매개 반응을 통해 체액 및 세포 면역 반응을 모두 유도함을 하였다.