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Method Article
La méthodologie décrit la génération de cellules dendritiques dérivées de monocytes bovins (MoDC) et leur application pour l’évaluation in vitro de candidats antigéniques au cours du développement de vaccins vétérinaires potentiels chez les bovins.
Les cellules dendritiques (CD) sont les cellules présentatrices d’antigènes (APC) les plus puissantes du système immunitaire. Ils patrouillent l’organisme à la recherche d’agents pathogènes et jouent un rôle unique au sein du système immunitaire en reliant les réponses immunitaires innées et adaptatives. Ces cellules peuvent phagocyter puis présenter des antigènes capturés aux cellules immunitaires effectrices, déclenchant une gamme variée de réponses immunitaires. Cet article démontre une méthode normalisée pour la génération in vitro de cellules dendritiques dérivées de monocytes bovins (MoDC) isolées à partir de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de bovins et leur application dans l’évaluation de l’immunogénicité du vaccin.
Le tri cellulaire magnétique a été utilisé pour isoler les monocytes CD14+ des PBMC, et la supplémentation d’un milieu de culture complet avec de l’interleukine (IL)-4 et du facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages (GM-CSF) a été utilisée pour induire la différenciation des monocytes CD14+ en MoDC naïfs. La génération de MoDC immatures a été confirmée par la détection de l’expression des marqueurs de surface cellulaire du complexe majeur d’histocompatibilité II (MHC II), CD86 et CD40. Un vaccin antirabique disponible dans le commerce a été utilisé pour pulser les MoDC immatures, qui ont ensuite été co-cultivés avec des lymphocytes naïfs.
L’analyse par cytométrie en flux des MoDC pulsés d’antigènes et de la co-culture lymphocytaire a révélé la stimulation de la prolifération des lymphocytes T par l’expression de marqueurs Ki-67, CD25, CD4 et CD8. L’analyse de l’expression de l’ARNm de l’IFN-γ et du Ki-67, en utilisant la PCR quantitative, a montré que les MoDC pouvaient induire l’amorçage spécifique de l’antigène des lymphocytes dans ce système de co-culture in vitro . De plus, la sécrétion d’IFN-γ évaluée à l’aide d’ELISA a montré un titre significativement plus élevé (**p < 0,01) dans la co-culture MoDC-lymphocytes pulsée par le vaccin antirabique que dans la co-culture MoDC-lymphocytes non pulsée antigénique. Ces résultats montrent la validité de ce test MoDC in vitro pour mesurer l’immunogénicité du vaccin, ce qui signifie que ce test peut être utilisé pour identifier les candidats vaccins potentiels pour les bovins avant de procéder aux essais in vivo , ainsi que dans les évaluations de l’immunogénicité des vaccins commerciaux.
La vaccination vétérinaire représente un aspect crucial de l’élevage et de la santé animale, car elle contribue à améliorer la sécurité alimentaire et le bien-être animal en conférant une protection contre les maladies qui affectent le secteur de l’élevage à l’échelle mondiale1. Une méthode in vitro efficace pour évaluer l’immunogénicité d’éventuels candidats vaccins contribuerait à accélérer le processus de développement et de production de vaccins. Il est donc nécessaire d’élargir le champ des tests immunitaires avec des méthodologies innovantes basées sur des études in vitro , car cela contribuerait à dévoiler la complexité des processus immunitaires liés à l’immunisation et à l’infection pathogène. À l’heure actuelle, on utilise l’immunisation in vivo des animaux et les études de provocation, qui nécessitent un échantillonnage périodique (p. ex. sang et rate), pour mesurer l’immunogénicité des vaccins et adjuvants candidats. Ces tests sont coûteux, prennent beaucoup de temps et ont des implications éthiques, car dans la plupart des cas, l’euthanasie animale est effectuée à la fin des essais.
Comme alternative aux essais in vivo, les cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) ont été utilisées pour évaluer les réponses immunitaires induites par le vaccin in vitro2. Les PBMC sont une population hétérogène de cellules composée de 70 % à 90 % de lymphocytes, de 10 à 20 % de monocytes et d’un nombre limité de cellules dendritiques (DC, 1 % à 2 %)3. Les PBMC hébergent des cellules présentatrices d’antigènes (APC) telles que les cellules B, les monocytes et les DC, qui patrouillent constamment l’organisme à la recherche de signes d’infection ou de lésions tissulaires. Les chimiokines sécrétées localement facilitent le recrutement et l’activation des APC sur ces sites en se liant aux récepteurs de surface cellulaire. Dans le cas des monocytes, les chimiokines dirigent leur destin pour se différencier en DC ou en macrophages4. Dès que les DC rencontrent et capturent un agent pathogène, ils migrent vers les organes lymphoïdes secondaires, où ils peuvent présenter les antigènes peptidiques pathogènes traités à l’aide de protéines de surface de classe I ou de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) aux lymphocytes T CD8+ ou aux lymphocytes T CD4+, respectivement, déclenchant ainsi une réponse immunitaire 5,6.
Le rôle clé joué par les CD dans l’orchestration d’une réponse immunitaire protectrice contre divers agents pathogènes en fait une cible de recherche intéressante pour comprendre les mécanismes immunitaires intracellulaires, en particulier lors de la conception de vaccins et d’adjuvants contre les agents infectieux7. Étant donné que la fraction de DC pouvant être obtenue à partir des PBMC est plutôt faible (1% -2%), les monocytes ont plutôt été utilisés pour générer des DC in vitro8. Ces DC dérivés de monocytes (MoDC) ont été initialement développés comme stratégie de traitement possible en immunothérapie du cancer9. Plus récemment, les MoDC ont été utilisés pour la recherche sur les vaccins 10,11,12, et les monocytes classiques sont le sous-type prédominant (89%) pour la production de MoDC 13. La production de MoDCs in vitro a déjà été réalisée par l’ajout de facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages (GM-CSF) administré en association avec d’autres cytokines telles que l’interleukine-4 (IL-4), le facteur de nécrose tumorale α (TNF-α) ou l’IL-1314,15,16.
Le succès d’un essai de DC in vitro repose sur la capacité des MoDC matures stimulés par l’antigène à moduler l’étendue et le type de réponse immunitaire spécifique au type d’antigène détecté17. Le type d’agent pathogène reconnu et présenté par les DC détermine la différenciation des lymphocytes T auxiliaires (Th) CD4+ en cellules effectrices Th1, Th2 ou Th17 et est caractérisé par un profil de cytokines sécrétoires spécifique à l’agent pathogène. Une réponse Th1 est provoquée contre les agents pathogènes intracellulaires et entraîne la sécrétion d’interféron gamma (IFN-γ) et de facteur de nécrose tumorale bêta (TNF-β), qui module la protection phagocytaire-dépendante. Une réponse Th2 est déclenchée contre les organismes parasites et est caractérisée par la sécrétion d’IL-4, IL-5, IL-10 et IL-13, qui initie une protection humorale indépendante des phagocytes . Th17 offre une protection dépendante des neutrophiles contre les infections bactériennes et fongiques extracellulaires médiées par la sécrétion d’IL-17, IL-17F, IL-6, IL-22 et TNF-α 18,19,20,21. Sur la base d’études antérieures, il a été noté que tous les agents pathogènes ne correspondent pas au profil cytokinique attendu. Par exemple, les MoDC dermiques, en réponse à une infection parasitaire à Leishmania, stimulent la sécrétion d’IFN-γ par les lymphocytes T CD4+ et les lymphocytes T CD8+, induisant ainsi une réponse pro-inflammatoire protectrice en Th122.
Il a également été démontré que, chez les poulets, les MoDCs amorcés avec Salmonella lipopolysaccharide (LPS), peuvent induire une réponse variable contre Salmonella typhimurium en activant à la fois les réponses Th1 et Th2, tandis que Salmonella gallinarum induit une réponse Th2 seule, ce qui pourrait expliquer la résistance plus élevée de cette dernière à la clairance MoDC23. L’activation des DC contre Brucella canis (B. canis) a également été rapportée dans les MoDC canins et humains, ce qui signifie que cela pourrait représenter un mécanisme d’infection zoonotique24. Les MoDC humains amorcés avec B. canis induisent une forte réponse Th1 qui confère une résistance à une infection grave, tandis que les MoDC canins induisent une réponse Th17 dominante avec une réponse Th1 réduite, conduisant par la suite à l’établissement d’une infection chronique25. Les DCD bovins présentent une affinité accrue pour le virus aphteux (FMDV) conjugué à l’immunoglobuline G (IgG) par rapport au virus de la fièvre aphteuse non conjugué seul, car les MoDC forment un complexe viral-anticorps en réponse aux10 premiers. Prises ensemble, ces études montrent comment les DC ont été utilisés pour analyser la complexité des réponses immunitaires au cours d’une infection pathogène. Les réponses immunitaires adaptatives peuvent être évaluées par la quantification de marqueurs spécifiques associés à la prolifération des lymphocytes. La Ki-67, une protéine intracellulaire détectée uniquement dans les cellules en division, est considérée comme un marqueur fiable pour les études de prolifération26, et de même, CD25 exprimé à la surface des lymphocytes T au cours de la phase tardive d’activation correspond à la prolifération lymphocytaire27,28.
Cette étude démontre une méthode standardisée pour la génération in vitro de MD bovins suivie de leur application dans un essai immunitaire in vitro utilisé pour tester l’immunogénicité des vaccins. Un vaccin antirabique (RV) disponible dans le commerce a été utilisé pour valider l’efficacité de ce test. L’activation et la prolifération des lymphocytes T ont été mesurées par cytométrie en flux, réaction en chaîne quantitative par polymérase en temps réel (qPCR) et dosage immuno-enzymatique (ELISA) grâce à l’analyse de marqueurs d’activation cellulaire bien établis tels que Ki-67 et CD25 et la sécrétion d’IFN-γ 28,29,30,31. Aucun essai expérimental animal ou humain n’est effectué au cours du test MoDC.
La collecte de sang est effectuée par un service vétérinaire certifié conformément aux directives éthiques de l’Agence autrichienne pour la santé et la sécurité alimentaire (AGES) et conformément aux normes acceptées en matière de bien-être animal32. L’étude a reçu l’approbation éthique du ministère autrichien de l’Agriculture. La conception expérimentale de la génération de DCMO et son application ultérieure sont illustrées à la figure 1.
1. Production de DC naïfs
REMARQUE : Des échantillons de sang total ont été prélevés à partir d’un seul veau exempt d’agents pathogènes par ponction de la veine jugulaire avec des vacutainers héparinisés (huit tubes de sang de 9 mL ont été utilisés pour cette étude). Transportez le sang dans une glacière. Conservez les échantillons à 2-4 °C pour une utilisation ultérieure ou traitez-les immédiatement. Gardez le sang en rotation pour éviter la coagulation du sang. Stériliser les vacutainers avec de l’éthanol à 70%. Toutes les expériences suivantes ont été réalisées avec un échantillon biologique et six réplications techniques.
2. Essai de l’activité endocytaire MoDC
REMARQUE : Le test d’absorption d’antigène ou le test d’activité endocytaire mesure la capacité des DC naïfs à internaliser des matières étrangères. Effectuer le dosage en utilisant des MoDC naïfs cultivés avec un cocktail de cytokines à 3% p/v et avec 5 jours d’incubation, comme décrit précédemment34.
3. Génération de MoDC pulsés d’antigènes
REMARQUE : Un vaccin disponible dans le commerce et cliniquement approuvé contre le virus de la rage (RV) peut induire la différenciation des DC naïfs en MD présentant un antigène mature. Utiliser 0,1 % (~1 μL) d’une seule dose de vaccin antirotavirus pour générer des MoDC pulsés d’antigène. En outre, il est préférable de produire des MoDC pulsés RV dans la même plaque de culture utilisée (à l’étape 1.3.8) pour générer des MoDC naïfs, car le transfert des MoDC naïfs dans une nouvelle plaque de 24 puits les affectera négativement.
4. Co-culture MoDC-lymphocytes
REMARQUE: Le système de co-culture MoDC-lymphocytes in vitro détermine la capacité des MoDCs à amorcer les lymphocytes spécifiques de l’antigène. Les différents groupes de traitement de cellules après 16 jours de co-culture comprennent des cellules spécifiques, non spécifiques et témoins. Le groupe spécifique est défini comme des lymphocytes co-cultivés avec des MoDC pulsés RV; le groupe non spécifique est défini comme des lymphocytes co-cultivés avec des MoDC non pulsés par antigène; et le groupe témoin est défini comme des lymphocytes cultivés sans MoDC.
5. Analyse cytométrique en flux
REMARQUE : Colorer les cellules avec les marqueurs appropriés/mAb avant d’exécuter les échantillons sur un cytomètre en flux. Reportez-vous au tableau des matériaux pour plus de détails sur les réactifs (témoins de coloration de l’AcM et des isotypes), la trousse, l’instrument et le logiciel utilisés pour l’analyse de cytométrie en flux.
6. Analyse de l’expression de l’ARN messager (ARNm)
7. Dosage immunoenzymatique
8. Analyse statistique
Cette méthodologie décrit la génération in vitro de MD bovins pour l’évaluation des antigènes vaccinaux candidats avant la réalisation d’études in vivo. La figure 1 illustre le schéma expérimental de la production de DC bovins et l’application des DC pour le test in vitro. En utilisant la technique de tri cellulaire magnétique, il a été possible de prélever environ 26 millions de myocytes CD14+ des PBMC récoltés, qui étaient aupara...
Cette étude démontre une méthode in vitro normalisée pour la production et le phénotypage des DC bovins et leur utilisation subséquente pour mesurer l’immunogénicité vaccinale d’un vaccin commercial (p. ex. RV). Les DC bovines peuvent être utilisées comme outil pour dépister les antigènes vaccinaux potentiels contre les maladies des bovins et prédire leur impact clinique potentiel en fonction des réponses immunitaires avant de procéder à des essais in vivo sur des animaux. Les DC gé...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Nous remercions la Dre Eveline Wodak et la Dre Angelika Loistch (AGES) pour leur soutien dans la détermination de l’état de santé des animaux et pour la fourniture du virus de la fièvre catarrhale ovine, le Dr Bernhard Reinelt pour la fourniture de sang bovin, et le Dr Bharani Settypalli et le Dr William Dundon de l’AIEA pour leurs conseils utiles sur les expériences de PCR en temps réel et l’édition du langage, respectivement.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ACK Lysing Buffer | Gibco, Thermo Fisher | A1049201 | Ammonium-Chloride-Potassium buffer for lysis of residual RBCs in harvested PBMC Fraction |
BD Vacutainer Heparin Tubes | Becton, Dickinson (BD) and Company | 366480 | 10 mL, additive sodium heparin 158 USP units, glass tube, 16 x 100 mm size |
Bovine Dendritic Cell Growth Kit | Bio-Rad, UK | PBP015KZZ | Cytokine cocktail composed of recombinant bovine IL-4 and GM-CSF |
Bovine IFN-γ ELISA Kit | Bio-Rad | MCA5638KZZ | Kit use for measuring IFN-γ expression in culture supernatant |
CD14 Antibody | Bio-Rad | MCA2678F | Mouse anti-bovine CD14 monoclonal antibody, clone CC-G33, isotype IgG1 |
CD25 Antibody | Bio-Rad | MCA2430PE | Mouse anti bovine CD25 monoclonal antibody, clone IL-A11, isotype IgG1 |
CD4 Antibody | Bio-Rad | MCA1653A647 | Mouse anti bovine CD4 monoclonal antibody, clone CC8, isotype IgG2a |
CD40 Antibody | Bio-Rad | MCA2431F | Mouse anti-bovine CD40 monoclonal antibody, clone IL-A156, isotype IgG1 |
CD8 Antibody | Bio-Rad | MCA837F | Mouse anti bovine CD8 monoclonal antibody, clone CC63, isotype IgG2a |
CD86 Antibody | Bio-Rad | MCA2437PE | Mouse anti-bovine CD86 monoclonal antibody, clone IL-A190, isotype IgG1 |
CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | - | Thermal cycler PCR machine |
Corning Centrifuge Tube | Falcon Corning | 352096 & 352070 | 15 mL and 50 mL, high-clarity poypropylene conical bottom, graduated, sterial, seal screw cap, falcon tube |
Cytofix/Cytoperm Plus | BD Bio Sciences | 555028 | Fixation/permeabilization kit with BD golgiPlug, use for flow cytometer cell staining |
Ethanol | Sigma Aldrich | 1009832500 | Absolute for analysis EMSURE ACS,ISO, Reag. Ph Eur |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco, Thermo Fisher | 10500064 | Qualified, heat inactivated |
Ficoll Plaque PLUS | GE Health care Life Sciences, USA | 341691 | Lymphocyte-isolation medium |
FlowClean Cleaning Agent | Beckman Coulter, Life Sciences | A64669 | 500 mL |
FlowJo | FlowJo, Becton, Dickinson (BD) and Company, LLC, USA | - | Flow cytometer Histogram software |
FlowTubes/ FACS (Fluorescence-activated single-cell sorting) Tube | Falcon Corning | 352235 | 5 mL, sterial, round bottom polystyrene test tube with cell strainer snap cap, use in flow cytometry analysis |
Fluoresceinisothiocynat-Dextran | Sigma Aldrich, Germany | 60842-46-8 | FITC-dextran MW |
Gallios Flow Cytometer | Beckman Coulter | - | Flow cytometer machine |
Hard-Shell 96-Well PCR Plates | Bio-Rad | HSP9601 | 96 well, low profile, thin wall, skirted, white/clear |
Human CD14 MicroBeads | Miltenyi Bioteck, Germany | 130-050-201 | 2 mL microbeads conjugated to monoclonal anti-human CD14 antibody isotype IgG2a, used for selection of bovine monocytes from PBMCs |
Kaluza | Beckman Coulter, Germany | - | Flow cytometer multicolor data analysis software |
MACS Column | Miltenyi Bioteck, Germany | 130-042-401 | Magnetic activated cell sorting or immune magentic cell separation colum for separation of various CD14 cell population based on cell surface antigens |
MHC Class II DQ DR Polymorphic Antibody | Bio-Rad | MCA2228F | Mouse anti-sheep MHC Class II DQ DR Polymorphic:FITC, clone 49.1, isotype IgG2a, cross reactive with bovine |
Microcentrifuge Tube | Sigma Aldrich | HS4325 | 1.5 mL, conical bottom, graduated, sterial tube |
Microsoft Power Point | Microsoft | - | The graphical illustrations of experimental design |
Mouse IgG1 Negative Control:FITC for CD14, CD40 Antibody | Bio-Rad | MCA928F | Isotype control CD14 and CD40 monoclonal antibody |
Mouse IgG1 Negative Control:PE for CD86 Antibody | Bio-Rad | MCA928PE | Isotype control CD86 monoclonal antibody |
Mouse IgG1 Negative Control:RPE for CD25 Antibody | Bio-Rad | MCA928PE | Isotype control CD25 monoclonal antibody |
Mouse IgG2a Negative Control:FITC for MHC Class II Antibody | Bio-Rad | MCA929F | Isotype control for MHC class II monoclonal antibody |
Nobivac Rabies | MSD Animal Health, UK | - | 1 µL/mL of cell cultured inactivated vaccine containing > 2 I.U./mL Rabies virus strain |
Optical seals | Bi0-Rad | TCS0803 | 0.2 mL flat PCR tube 8-cap strips, optical, ultraclear, compatible for qPCR machine |
Penicillin-Streptomycin | Gibco, Thermo Fisher | 15140122 | 100 mL |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | Gibco, Thermo Fisher | 10010023 | pH 7.4, 1x concentration |
Prism - GraphPad 5 Software | Dotmatics | - | Statistical software |
Purified Anti-human Ki-67 antibody | Biolegend, USA | 350501 | Monoclonal antibody, cross reactive with cow, clone ki-67 |
Purified Mouse IgG1 k Isotype Ctrl Antibody | Biolegend | 400101 | Isotype control for Ki-67 monoclonal antibody |
READIDROP Propidium Iodide | BD Bio Sciences | 1351101 | Live/dead cell marker used for flow cytometry, amine reactive dye |
Recombinant Human IL-2 Protein | R&D System, USA | 202-IL-010/CF | Interleukin-2, 20 ng/ml |
RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74106 | Kit use for extraction of total RNA; RLT buffer = lysis buffer; RW1 buffer = stringent guanidine-containing washing buffer; RDD buffer = DNase buffer; RPE buffer = mild wash buffer; RNaseOUT = RNase inhibitor. |
RPMI 1640 Medium | Sigma Aldrich | R8758 | Cell culture media with L-glutamine and sodium bicarbonate |
SMART-servier medical art | Les Laboratories Servier | - | Licensed under a creative commons attribution 3.0 unported license |
SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 172-5270 | 2x qPCR mix conatins dNTPs, Ss07d fusion polymerase, MgCl2, SYBR Green I supermix = supermix, ROX normalization dyes. |
SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen, Thermo Fisher | 18080051 | Kit for cDNA synthsis |
Tissue Culture Test plate 24 | TPP, Switzerland | 92024 | 24 well plate, sterilized by radiation , growth enhanced treated, volume 3.18 mL |
Trypan Blue Solution | Gibco, Thermo Fisher | 15250061 | 0.4%, 100 mL, dye to assess cell viability |
UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water | Invitrogen, Thermo Fisher | 10977023 | 0.1 µm membrane filtered distilled water |
VACUETTE Heparin Blood Collection Tubes | Thermo Fisher Scientific | 15206067 | VACUETTE Heparin Blood Collection Tubes have a green top and contain spray-dried lithium, sodium or ammonium heparin on the inner walls and are usedin clinical chemistry, immunology and serology. The anticoagulant heparin activates antithrombin, which blocks the clotting cascade and thus produces a whole blood/plasma sample. |
Water | Sigma Aldrich | W3500-1L | Sterile-filtered, bioReagent suitable for cell culture |
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