biopreparatБИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечениеBiological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment2221-996X2619-1156Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products10.30895/2221-996X-2023-23-4-530-543biopreparat-523Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОценка гуморального иммунного ответа экспериментальных животных на введение рекомбинантного эктодомена поверхностного S-гликопротеина вируса SARS-CoV-2 с ИСКОМ-адъювантомEvaluation of humoral immune responses of experimental animals to the recombinant SARS-CoV-2 spike ectodomain with the ISCOM adjuvanthttps://orcid.org/0000-0001-6720-1040ЕвсеенкоВ. А.EvseenkoV. A.

Евсеенко Василий Александрович, канд. биол. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Vasily A. Evseenko, Cand. Sci. (Biol.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

evseenko_va@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0450-5212ЗайковскаяА. В.ZaykovskayaA. V.

Зайковская Анна Владимировна, канд. биол. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Anna V. Zaykovskaya, Cand. Sci. (Biol.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

zaykovskaya_av@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6952-6412ГудымоА. С.GudymoA. S.

Гудымо Андрей Сергеевич

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Andrei S. Gudymo

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

gudymo_as@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6746-8092ТарановО. С.TaranovO. S.

Таранов Олег Святославович, канд. биол. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Oleg S. Taranov, Cand. Sci. (Biol.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

taranov@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0009-0006-7158-9889ОлькинС. Е.OlkinS. E.

Олькин Сергей Евгеньевич, канд. хим. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Sergei E. Olkin, Cand. Sci. (Chem.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

olkin_se@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2889-6112ИматдиновА. Р.ImatdinovA. R.

Иматдинов Алмаз Рамисович, канд. биол. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Almaz R. Imatdinov, Cand. Sci. (Biol.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

imatdinov_ar@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7983-5312ПрудниковаЕ. Ю.PrudnikovaE. Yu.

Прудникова Елена Юрьевна, канд. вет. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Elena Yu. Prudnikova, Cand. Sci. (Vet.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

prudnikova_eyu@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2655-4629ДанильченкоН. В.DanilchenkoN. V.

Данильченко Наталья Викторовна

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Natalia V. Danilchenko

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

danilchenko_nv@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6850-338XШульгинаИ. С.ShulginaI. S.

Шульгина Ирина Сергеевна

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Irina S. Shulgina

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

shulgina_is@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8023-0601КосенкоМ. Н.KosenkoM. N.

Косенко Максим Николаевич

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Maksim N. Kosenko

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

kosenko_mn@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0009-0007-8106-7037ДаниленкоЕ. И.DanilenkoE. I.

Даниленко Елена Игоревна

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Elena I. Danilenko

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

danilenko_ei@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6593-6614ПьянковС. А.PyankovS. A.

Пьянков Степан Александрович

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Stepan A. Pyankov

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

pyankov_sa@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7009-0748РыжиковА. Б.RyzhikovA. B.

Рыжиков Александр Борисович, канд. биол. наук

АБК, к. 12а, Кольцово, Новосибирская область, 630559

Aleksandr B. Ryzhikov, Cand. Sci. (Biol.)

12/A ABK, Koltsovo, Novosibirsk Region 630559

ryzhik@vector.nsc.ruФедеральное бюджетное учреждение науки «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияState Research Center for Virology and Biotechnology “Vector”Russian Federation202317122023234530543Copyright © Евсеенко В.А., Зайковская А.В., Гудымо А.С., Таранов О.С., Олькин С.Е., Иматдинов А.Р., Прудникова Е.Ю., Данильченко Н.В., Шульгина И.С., Косенко М.Н., Даниленко Е.И., Пьянков С.А., Рыжиков А.Б., 20232023Евсеенко В.А., Зайковская А.В., Гудымо А.С., Таранов О.С., Олькин С.Е., Иматдинов А.Р., Прудникова Е.Ю., Данильченко Н.В., Шульгина И.С., Косенко М.Н., Даниленко Е.И., Пьянков С.А., Рыжиков А.Б.Evseenko V.A., Zaykovskaya A.V., Gudymo A.S., Taranov O.S., Olkin S.E., Imatdinov A.R., Prudnikova E.Y., Danilchenko N.V., Shulgina I.S., Kosenko M.N., Danilenko E.I., Pyankov S.A., Ryzhikov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.biopreparations.ru/jour/article/view/523Актуальность

Актуальность. Использование рекомбинантных антигенов в вакцинах ограничено низкой иммуногенностью таких препаратов. Однако вакцина от COVID-19 (Nuvaxovid), содержащая не только рекомбинантный антиген гликопротеина Spike вируса SARS-CoV-2, но и вирусоподобный иммуностимулирующий комплекс ИСКОМ-адъювант, индуцирует выработку протективного вируснейтрализующего ответа. Исследование разработанного в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора ИСКОМ-адъюванта «Матрикс-В», играющего ключевую роль в формировании вируснейтрализующего иммунного ответа, позволит широко использовать рекомбинантные антигены в комплексе с адъювантом для разработки и производства новых отечественных вакцин.

Цель

Цель. Оценка гуморального иммунного ответа на внутримышечное введение животным комплекса рекомбинантного антигена RBD поверхностного Spike-гликопротеина SARS-CoV-2 (штамм «Ухань») и полученных вирусоподобных ИСКОМ с сапонинами Quillaja saponaria.

Материалы и методы

Материалы и методы. ИСКОМ-адъювант «Матрикс-В» получали по разработанной в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора технологии с применением метода тангенциальной фильтрации в системе Sartorious VivaFlow. Оценивали концентрацию сапонинов и детергента в препарате методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Получен рекомбинантный антиген RBD SARS-CoV-2, проведено электронно-микроскопическое исследование ультраструктуры комплекса «ИСКОМ — антиген». Комплексами «ИСКОМ — антиген» внутримышечно двукратно (через 14 сут) иммунизировали 25 (5 групп) мышей линии Balb/c и 15 (3 группы) разнополых аутбредных морских свинок. Образцы сыворотки крови исследовали в реакции нейтрализации и методом ИФА с антигенами 8 штаммов вируса SARS-CoV-2 (Государственная коллекция возбудителей вирусных инфекций и риккетсиозов ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора). Результаты обрабатывались статистически в программе Statistica 10.

Результаты

Результаты. Двукратное введение антигена RBD SARS-CoV-2 морским свинкам (по 1 мкг) и мышам (по 7 мкг) не приводило в реакции нейтрализации к достоверному формированию вируснейтрализующего ответа. В реакции нейтрализации со штаммом «Ухань» средние геометрические значения титров антител сыворотки крови животных, двукратно иммунизированных комплексом RBD SARS-CoV-2 (мыши — по 7 мкг, морские свинки — по 1 мкг) + Матрикс-В (по 25 мкг), были в пределах 1:83–1:178 и 1:174–1:587 соответственно. В группах животных, однократно иммунизированных комплексом (1 мкг и 7 мкг антигена + Матрикс-В) антитела определялись в реакции нейтрализации (и/или ИФА) только в единичных случаях. В опытах ИФА наиболее интенсивный ответ (на антиген штамма Delta) получен после двукратной иммунизации комплексом Ecto-S-Wuhan (1 мкг) + Матрикс-В (25 мкг). Ответ на двукратное введение антигена Ecto-S-Wuhan (1 мкг) без ИСКОМ-адъюванта (p=0,95) не отличался от отрицательного контроля (значение титра менее 1:100). Двукратное введение мышам антигена RBD SARS-CoV-2 (по 7 мкг) приводило к формированию антител (значения титров 1:248–1:1477).

Выводы

Выводы. Комплекс рекомбинантного антигена RBD SARS-CoV-2 и адъюванта «Матрикс-В» при двукратном внутримышечном введении индуцирует выработку вируснейтрализующих антител. Предложенный подход перспективен для разработки иммунобиологических препаратов профилактики и терапии широкого спектра инфекционных заболеваний.

Scientific relevance

Scientific relevance. The use of recombinant antigens in vaccine production is limited because vaccines based on such antigens tend to have low immunogenicity. However, a COVID-19 vaccine that combines recombinant SARS-CoV-2 spike glycoprotein as its antigen and virus-like immune-stimulating complexes (ISCOMs) as its adjuvant (Nuvaxovid) induces a protective virus-neutralising response. The State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” (hereinafter, Vector) has developed the ISCOM adjuvant Matrix-V, which plays a key role in inducing virus-neutralising antibodies. Studying Matrix-V will provide for the wide use of recombinant antigens combined with this adjuvant in the development and production of novel Russian vaccines.

Aim

Aim. This study aimed to evaluate the humoral immune responses of experimental animals to intramuscular injections of a complex combining the recombinant Wuhan-type SARS-CoV-2 spike RBD antigen and the virus-like ISCOM adjuvant containing Quillaja saponaria saponins.

Materials and methods

Materials and methods. The Matrix-V ISCOM adjuvant was produced using Vector’s proprietary technology, which involves cross-flow filtration through Sartorius VivaFlow cassettes. To determine the saponin and residual detergent concentrations in Matrix-V, the authors conducted high-performance liquid chromatography. Having produced the recombinant SARS-CoV-2 RBD antigen, the authors used electron microscopy to analyse the ultrastructure of the ISCOM–antigen complex. In the study of the ISCOM–antigen complex, 25 female Balb/c mice (5 groups) and 15 male and female outbred guinea pigs (3 groups) received two intramuscular injections with a 14-day interval. Serum tests relied on virus neutralisation (VN) and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) methods and used antigens of 8 SARS-CoV-2 variants (State Collection of Viruses and Rickettsia, Vector). The authors used Statistica 10 to analyse the results.

Results

Results. Two injections of the SARS-CoV-2 RBD antigen (mice: 7 μg, guinea pigs: 1 μg) alone did not induce statistically significant virus-neutralising antibody responses, as shown by the VN results. Two injections of the SARS-CoV-2 RBD antigen (mice: 7 μg, guinea pigs: 1 μg) adjuvanted with Matrix-V (25 μg) resulted in geometric mean antibody titres of 1:83–1:178 (mice) and 1:174–1:587 (guinea pigs) in the VN tests with the Wuhan variant. One injection of the antigen (1 μg or 7 μg) with Matrix-V (25 μg) induced antibodies only in individual cases, as demonstrated by the VN and/or ELISA results. The most intensive immune response was observed in ELISA tests with the Delta variant after two injections of the Ecto-S-Wuhan (1 μg) and Matrix-V (25 μg) complex. Immune responses did not differ between the group that received two injections of the Ecto-S-Wuhan antigen (1 μg) without the ISCOM adjuvant and the negative control group (titres below 1:100; p=0.95). Two injections of the SARS-CoV-2 RBD antigen (7 μg) without the ISCOM adjuvant induced antibodies in mice (titres between 1:248 and 1:1477).

Conclusions

Conclusions. Two intramuscular injections of the complex containing the recombinant SARS-CoV-2 RBD antigen and the Matrix-V ISCOM adjuvant induce virus-neutralising antibodies. The approach proposed by the authors has the potential for use in the development of immunobiological medicinal products to prevent and treat a wide range of infectious diseases.

вирусоподобные иммуностимулирующие комплексыИСКОМ-адъювантсапонинвакцина от COVID-19иммунизацияSARS-CoV-2рекомбинантный антигенгликопротеин Spikeрекомбинантный эктодоменvirus-like immune-stimulating complexISCOM adjuvantsaponinCOVID-19 vaccineimmunisationSARS-CoV-2recombinant antigenspike glycoproteinrecombinant ectodomainРабота выполнена в рамках Государственного задания Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на проведение прикладных научных исследований (ГЗ 28/21).The study reported in this publication was carried out as part of publicly funded applied research project No. ГЗ 28/21 of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing.ReferencesЕвсеенко ВА, Гудымо АС, Данильченко НВ, Святченко СВ, Таранов ОС, Рыжиков АБ. Разработка и лабораторное получение вирусоподобных иммуностимулирующих комплексов на основе сапонинов, оценка их адъювантных свойств при иммунизации мышей гриппозными антигенами. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2022;22(2):170–86. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2022-22-2-170-186Evseenko VA, Gudymo AS, Danilchenko NV, Svyatchenko SV, Taranov OS, Ryzhikov AB. Development and laboratory production of virus-like immune-stimulating complexes based on saponins and evaluation of their adjuvant potential using mice immunisation with influenza antigens. Biological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2022;22(2):170–86 (In Russ.). https://doi.org/10.30895/2221-996X-2022-22-2-170-186Underwood E, Dunkle LM, Madhi SA, Gay CL, Heath PT, Kotloff KL, et al. Safety, efficacy, and immunogenicity of the NVX-CoV2373 vaccine. Expert Rev Vaccines. 2023;22(1):501–17. https://doi.org/10.1080/14760584.2023.2218913Underwood E, Dunkle LM, Madhi SA, Gay CL, Heath PT, Kotloff KL, et al. Safety, efficacy, and immunogenicity of the NVX-CoV2373 vaccine. Expert Rev Vaccines. 2023;22(1):501–17. https://doi.org/10.1080/14760584.2023.2218913Kudriavtsev AV, Vakhrusheva AV, Kryuchkov NA, Frolova ME, Blagodatskikh KA, Ivanishin TV, et al. Safety and immunogenicity of Betuvax-CoV-2, an RBD-Fc-based SARS-CoV-2 recombinant vaccine: preliminary results of the first-in-human, randomized, double-blind, placebo-controlled phase I/II clinical trial. Vaccines (Basel). 2023;11(2):326. https://doi.org/10.3390/vaccines11020326Kudriavtsev AV, Vakhrusheva AV, Kryuchkov NA, Frolova ME, Blagodatskikh KA, Ivanishin TV, et al. Safety and immunogenicity of Betuvax-CoV-2, an RBD-Fc-based SARS-CoV-2 recombinant vaccine: preliminary results of the first-in-human, randomized, double-blind, placebo-controlled phase I/II clinical trial. Vaccines (Basel). 2023;11(2):326. https://doi.org/10.3390/vaccines11020326Зайковская АВ, Евсеенко ВА, Олькин СЕ, Пьянков ОВ. Изучение антигенных свойств штаммов коронавируса SARS-CoV-2, выделенных на территории РФ в 2020–2022 гг., в реакции нейтрализации с использованием гипериммунных сывороток мышей. Инфекция и иммунитет. 2023;13(1):37–45. https://doi.org/10.15789/2220-7619-IAF-1998Zaykovskaya AV, Evseenko VA, Olkin SЕ, Pyankov OV. Investigating antigenic features of the SARS-CoV-2 isolated in Russian Federation in 2021–2022 by hyperimmune mouse serum neutralisation. Russian Journal of Infection and Immunity. 2023;13(1):37–45 (In Russ.). https://doi.org/10.15789/2220-7619-IAF-1998Herrera NG, Morano NC, Celikgil A, Georgiev GI, Malonis RJ, Lee JH, et al. Characterization of the SARS-CoV-2 S protein: biophysical, biochemical, structural, and antigenic analysis. ACS Omega. 2021;6(1):85–102. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03512Herrera NG, Morano NC, Celikgil A, Georgiev GI, Malonis RJ, Lee JH, et al. Characterization of the SARS-CoV-2 S protein: biophysical, biochemical, structural, and antigenic analysis. ACS Omega. 2021;6(1):85–102. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03512Остерман ЛА. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и ультрацентрифугирование. М.: Наука; 1981.Osterman LA. Methods for studying proteins and nucleic acids: electrophoresis and ultracentrifugation. Moscow: Nauka; 1981 (In Russ.).San Martín R, Briones R. Quality control of commercial quillaja (Quillaja saponaria Molina) extracts by reverse phase HPLC. J Sci Food Agric. 2000;80(14):2063–8. https://doi.org/10.1002/1097-0010(200011)80:14%3C2063::AID-JSFA750%3E3.0.CO;2-2San Martín R, Briones R. Quality control of commercial quillaja (Quillaja saponaria Molina) extracts by reverse phase HPLC. J Sci Food Agric. 2000;80(14):2063–8. https://doi.org/10.1002/1097-0010(200011)80:14%3C2063::AID-JSFA750%3E3.0.CO;2-2Гудымо АС, Мальцев СВ, Евсеенко ВА, Данильченко НВ, Марченко ВЮ, Дурыманов АГ, Рыжиков АБ. Экстракт цикламена европейского (Cyclamen purpurascens) в качестве адъюванта при интраназальной иммунизации мышей гриппозными антигенами. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2017;17(4):233–9. EDN: ZXGLLNGudymoAS, Maltsev SV, EvseenkoVA, DanilchenkoNV, Marchenko VYu, Durymanov AG, Ryzhikov AB. Cyclamen europaeum (Cyclamen purpurascens) extract as adjuvant for nasal immunization of mice with influenza antigens. BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2017;17(4):233–9 (In Russ.). EDN: ZXGLLNЩелкунов СН, Сергеев АА, Кабанов АС, Якубицкий СН, Бауэр ТВ, Пьянков СА. Патогенность и иммуногенность вариантов вируса осповакцины при разных способах их введения мышам. Инфекция и иммунитет. 2021;11(2):357–64. https://doi.org/10.15789/2220-7619-PAI-1375Shchelkunov SN, Sergeev AA, Kabanov AS, Yakubitsky SN, Bauer TV, Pyankov SA. Route-coupled pathogenicity and immunogenicity of vaccinia virus variant inoculated mice. Russian Journal of Infection and Immunity. 2021;11(2):357–64 (In Russ.). https://doi.org/10.15789/2220-7619-PAI-1375

The authors declare that there are no conflicts of interest present.