禽流感H9N2灭活苗的研制及免疫效果的评价

[2021-05-28 14:44:30]

摘要

    禽流感(Avian Influenza,AI)是由A型流感病毒引起的禽类感染疾病综合症,分为高致病性禽流感(HPAI)和低致病性禽流感(LPAI)。H9N2亚型禽流感为低致病力禽流感。1994年我国大陆首次从鸡体内分离出H9N2亚型禽流感病毒,此后,该病毒开始在我国鸡群内蔓延,给养禽业造成巨大的经济损失。疫苗免疫是主要的防疫手段。本公司旨在开发高效、廉价、性价比高的禽流感疫苗。项目设计从细胞株筛选、反应器培养、产毒评估及动物实验,到后续放大至生物反应器进行全悬浮培养细胞生产病毒疫苗,生产批间差异小,成本低廉,易于放大。本工作目的在于摸索成熟稳定的生产工艺,并应用于大规模生产,制备高效廉价的禽流感疫苗。


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前言

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    禽流感病毒属于正粘病毒科流感病毒属A型流感病毒,A型流感病毒宿主极其广泛。A型流感病毒的致病性与毒株和宿主均有很大关系,不同毒株对同一宿主或同一毒株对不同宿主的致病性差异很大。H9N2亚型AIV在我国涉及范围最为广泛,发病率、死亡率低,但其危害也不容忽视。该病毒除造成禽呼吸道疾病外,还侵害家禽的生殖系统,使蛋鸡产蛋量急剧下降或者产蛋达不到高峰:肉鸡感染后生长缓慢,降低料肉比;H9亚型AIV易与其他病毒病(如鸡 新城疫等)或细菌病(如大肠杆菌病等)混合感染,可造成较高的死亡率。犬肾上皮细胞(Madin-Darby canine kidney cells,MDCK)对流感病毒敏感性高,成为流感疫苗生产的最佳宿主之一。本文对前期实验室已成功悬浮驯化的MDCK-10进行稳定性验证及产毒评估,再到动物实验。从摇瓶小试工艺开发,到中试及生物反应器大规模生产进行全方位的工艺摸索,从而更新现阶段以鸡胚为原料进行生产的固有工艺,为国内低致病性禽流感生产型企业进行全悬浮无血清大规模生产奠定数据基础。


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实验材料与方法

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实验材料

01

细胞株及病毒株

MDCK-10悬浮细胞由苏州沃美生物有限公司自行驯化所得;H9N2亚型禽流感种毒为本实验室分离株,在SPF鸡胚上进行扩繁复壮,收获后作为本实验用毒,其鸡胚半数感染量(50%egg infectious dose,EID50)为 8.50 LgEID50/0.2mL

02

主要试剂及仪器

MS01A无血清悬浮培养基为本公司自主研发;胰酶购自Gibco;250mL、500mL及1L摇瓶购自美国Corning公司;自动计数仪购自上海睿钰生物科技有限公司;14L和35L玻璃反应器购自苏州迪欧益生物科技有限公司;200L不锈钢生物反应器购自苏州迪欧益生物科技有限公司。
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方法

01

摇瓶传代培养

   将指数生长期的悬浮 MDCK-10 细胞以1.5×106cells/mL 左右的密度接种于康宁摇瓶中,装液量为摇瓶总体积的20-30%,置于 37℃、5% CO2、130 r/min 培养箱中培养;后续连续传代为用新鲜培养基将细胞液稀释至 1.5×106 cells/mL,每48h传代一次。细胞连续传代40代以上,进行细胞状态观察及数据汇总,为细胞连续稀释传代稳定性做数据支持。

02

14L反应器连续传代培养

     悬浮MDCK-10上罐14L玻璃生物反应器,培养体积6L,细胞以1.5×106cells/mL 左右的密度接种上罐,稀释比为1:6,控制反应器参数:温度:37℃;转速60rpm;pH7.15;DO:60%。在反应器上进行连续稀释传代培养,连续1:6稀释稳定传代10代左右。对比在搅拌式反应器上细胞培养的连续性及重复性。

03

摇瓶接毒工艺(H9N2亚型)

    MDCK-10细胞正常培养48h左右,密度增殖至8-10×106cells/mL,按新鲜培养基与细胞液体积比为1:1稀释细胞液,接种于250mL摇瓶,装液量50mL,设置不同接毒比例,分别为稀释后培养体积的千分之一,万分之一,十万分之一,胰酶添加浓度为10μg/mL,置于37℃、5% CO2 培养箱中培养,摇床转速为130 r/min。分别在培养48h,72h收取病毒液,冻融一次后采用鸡红细胞凝集价测定病毒滴度。确定最佳MOI与收获时间。

04

14L反应器工艺验证及制灭活疫苗的制备

    悬浮MDCK-10上罐14L玻璃生物反应器,培养体积6L,密度增殖至8-10×106cells/mL,按新鲜培养基与细胞液体积比为1:1稀释细胞液,分别以万分之一培养体积比接种H9F6株、H9C1株、H9C2株、H9CD株,胰酶添加浓度为10μg/mL,控制反应器参数:温度:37℃;转速60rpm;pH7.15;DO:60%。培养48-72h后收取病毒液,冻融一次后取样测定病毒滴度。按终浓度0.1%的比例加入37%的甲醛溶液,至37℃灭活24h,期间每4h搅拌一次。接种鸡胚测定灭活效果:接种于9-11日龄SPF鸡胚,每枚鸡胚接种0.1mL,置37℃孵育。24h照胚,非特异性死亡应不超过1枚。24h后每日照胚2次,观察5日。对所有胚液分别测定血凝价,均应不出现血凝。并盲传一代,测定血凝价,均应不出现血凝,则判定灭活完全。

    将四种灭活抗原(H9F6株、H9C1株、H9C2株、H9CD株),分别用灭菌生理盐水进行2倍稀释和4倍稀释,稀释后加入分别加入6%的吐温-80,充分混合后为水相,油相为白油。按照水相:油相为1:3的比例乳化制苗。

05

SPF鸡的免疫

     取21日龄SPF鸡,分为8组,每组10只,第一组到第八组分别为H9F6株稀释2倍组;H9C1株稀释2倍组;H9C2株稀释2倍组;H9CD株稀释2倍组;H9F6株稀释4倍组;H9C1株稀释4倍组;H9C2株稀释4倍组;H9CD株稀释4倍组。每组免疫相应灭活疫苗,0.2ml/只。另设空白对照组5只,不做免疫。分别在免疫后14日、21日采血分离血清,测定H9血清抗体效价。

06

细胞灭活苗与胚苗灭活苗免疫效果对比

  (1)细胞灭活苗的制备

     按照05和06方法制备H9CD株细胞灭活疫苗。

  (2)胚毒灭活苗的制备

     将H9CD株用灭菌生理盐水稀释10-4-10-5,经尿囊液接种10-11日龄易感鸡胚,每胚0.1ml。选择接种后48-120h内死亡鸡胚及120h存活鸡胚,置2-8℃冷却24h,收获鸡胚尿囊液,按照05方法进行灭活及灭活检验,按照06方法乳化制苗。

  (3)SPF鸡的免疫

     取21日龄SPF鸡,分为2组,每组5只,第一组免疫H9CD株细胞毒灭活疫苗,第二组免疫H9CD株灭活疫苗,0.2ml/只,另设空白对照组5只,不做免疫。分别在免疫后14日,21日采血分离血清,测定H9血清抗体效价。


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结果

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摇瓶传代培养研究


   摇瓶连续培养40代,细胞密度稳定在8.8×106cells/ml-9.6×106cells/ml之间,细胞活率稳定在97%-99%之间,表明MDCK细胞在摇瓶上可以稳定传代。
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反应器连续稀释培养分析




    MDCK-10细胞在14L反应器连续稀释培养10代,细胞密度稳定在8.9×106cells/ml-9.4×106cells/ml之间,葡萄糖残量在培养F1-F5时持续下降,培养F6-F10时稳定在1.0g/L~1.5g/L,表明MDCK-10细胞在14L反应器上能够稳定传代。
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摇瓶接毒工艺优化探索



    

    在摇瓶上按不同接毒比例接种H9毒株,接毒后分别在48h、72h、96h取样,冻融一次后测定病毒含量。结果显示按0.001%体积比接毒时,病毒效价在72h达到高峰,鸡红细胞凝集价为9log2HAU/25ul;按0.01%、0.1%体积比接毒时,病毒效价均在72h达到高峰,鸡红细胞凝集价为11log2HAU/25ul。为了节省种毒在大生产上的使用量,确定最佳接毒比例为培养体积比的0.01%,收获时间为接毒后72h。
      接毒后不同时间点取样细胞计数,并测定细胞活率。结果显示不同接毒比例细胞数在培养48h内有所上升,48h后细胞数开始下降;不同接毒比例细胞活率在接毒后持续下降,96h后细胞活率仅在20%-26%之间,且接毒比例越高,细胞活率下降越快。
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反应器接毒验证及疫苗的制备




     H9F5株、H9C1株、H9C2株、H9CD株四种毒株接种14L反应器,72h收获冻融一次测定病毒含量,四种毒株的血凝价均为1:1024,鸡胚半数感染量H9CD株略高8.6lgEID50/0.2
ml,H9C1株最低,为8.6lgEID50/0.2ml。将四种抗原用0.1%甲醛溶液灭活后,做灭活检验,四种抗原灭活检验均合格。将抗原分别用灭菌生理盐水进行2倍稀释和4倍稀释后乳化制备疫苗。


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免疫SPF血清抗体效价结果


    将制备疫苗免疫21日龄SPF鸡,免疫21日后采血测定血清抗体效价,结果显示,免疫14日及21日后,2倍稀释组抗体效价均高于4倍稀释组。免疫14日后,H9C2株免疫血清抗体效价最低,2倍稀释为1:25.5,4倍稀释为1:23.6;H9CD株免疫抗体效价最高,2倍稀释为1:28.7,4倍稀释为1:27.4。免疫21日后H9C1株免疫血清抗体效价最低,2倍稀释为1:25.2,4倍稀释为1:24.4;H9CD株免疫抗体效价最高,2倍稀释为1:29.4,4倍稀释为1:28.6。根据14日及21日血清抗体效价结果,筛选出H9CD株为疫苗株,进行后续试验。
   
   注:空白对照组5只血清抗体效价均为0


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细胞灭活苗与胚苗灭活苗免疫效果对比


    将H9CD株分别用细胞及非免鸡胚进行扩增,测定半成品抗原效价,细胞毒鸡红细胞血凝价为1:2048,鸡胚半数感染量为8.75lgEID50/0.2ml;胚毒鸡红细胞血凝价为1:2048,鸡胚半数感染量为8.6lgEID50/0.2ml。将三种抗原用0.1%甲醛溶液灭活后,做灭活检验,三种抗原灭活检验均合格,乳化制备疫苗。将疫苗免疫21日龄SPF,免疫14日、21日采血测定血清抗体效价。结果显示在免疫14日后,混合组苗抗体效价平均值为1:28.4,高于胚毒的1:26.8和细胞苗的1:27.28;免疫21日后,细胞苗和胚苗两组抗体效价相当,细胞毒抗体效价平均值为1:210.2,胚毒为1:210.4。说明细胞毒与胚毒免疫效果相当,且细胞毒抗体产生比胚毒快。混合组苗的效价平均值为1:211.2,均高于细胞毒和胚苗,说明混合组苗既有胚苗良好的免疫原性,又兼顾了细胞苗免疫快速应答。


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结论

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     1、在细胞培养过程中,确定了摇瓶培养过程中,装液量20-30%细胞均能正常增值,且保持良好的细胞状态,在反应器连续培养过程中,确定了参数:温度:37℃;转速60rpm;pH7.15;DO:60%,细胞能在14L反应器上进行连续稀释传代,细胞增值稳定,且培养基营养物质丰富,可以保持细胞良好状态,并进行后续接毒;
     2、 通过毒株筛选动物实验,确定了H9N2-CD株免疫效果最好,抗体产生更快更高;
     3、与传统胚苗对比,细胞苗完全不弱于胚苗,且免疫效果相当,但混合使用效果更好。

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