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前臨床ワクチン研究で使用されているmRNA-LNPプラットフォームの脂質ナノ粒子コンポーネントは、高い炎症性を有している

バージョン2. bioRxiv.Preprint.2021 Mar 4 [revised 2021 Jul 23]. doi: 10.1101/2021.03.04.430128
PMCID:PMC7941620その他のバージョンPMID:33688649


Sonia Ndeupen、1 Zhen Qin、1 Sonya Jacobsen、1 Henri Estanbouli、1 Aurélie Bouteau、1 Botond Z. Igyártó1,* 

元記事はこちら。

関連データ
補足資料

概 要

mRNA含有脂質ナノ粒子(LNP)に基づくワクチンは、2019年のコロナウイルス疾患に対する2つの主要なワクチン(COVID-19)で使用される有望な新しいプラットフォームである。
臨床試験や進行中のワクチン接種では、非常に高い保護レベルと様々な程度の副作用が提示されています。しかし、報告された副作用の性質は、まだ十分に定義されていない
ここでは、多くの前臨床試験で使用されているLNPが、マウスで非常に炎症を起こすという証拠を提示します。これらのLNPの皮内注射は、大量の好中球の浸潤、多様な炎症経路の活性化、さまざまな炎症性サイトカインおよびケモカインの産生を特徴とする、迅速かつ強固な炎症反応を引き起こした。
同じ量のLNPを経鼻的に投与した場合、肺に同様の炎症反応が起こり、高い死亡率をもたらした

要約すると、ここで我々は多くの前臨床試験に使用されているLNPが非常に炎症性であることを示す。
したがって、LNPの強力なアジュバント活性と、適応免疫反応の誘導をサポートする上で他のアジュバントと比較して優れていると報告されていることは、おそらくその炎症性の性質に由来するものであろう。
さらに、前臨床のLNPはヒトのワクチンに使用されるものと類似しているため、このプラットフォームを使用してヒトで観察された副作用を説明することもできる

キーワード:mRNA-LNPワクチン、SARS-CoV-2ワクチン、LNP、炎症、副次的効果

はじめに

ファイザー/バイオテックとモデルナがSARS-CoV-2ワクチンで使用しているヌクレオシド修飾mRNA-LNPワクチンプラットフォームは、前臨床試験で広くテストされており、Tfh細胞と保護液性免疫反応をサポートするその効果は、他のワクチンと同等かそれを上回る(Alamehら、2020年)。これらのワクチンのmRNA成分は、潜在的な自然免疫認識を減少させるためにヌクレオシド修飾されている(Karikóら、2005年、2008年)。LNPは、mRNAを分解から保護し、細胞内送達とエンドソームからの脱出を助けるキャリアビークルとして選択された。LNPは、リン脂質、コレステロール、PEG化脂質、およびカチオン性またはイオン化可能な脂質の混合物から構成されています。リン脂質とコレステロールは構造的および安定化的な役割を持ち、PEG化脂質は長時間の循環をサポートします。カチオン性/イオン化可能な脂質は、負に帯電したmRNA分子の複合化を可能にし、翻訳のためにエンドソームからサイトゾルへのmRNAの出口を可能にするために含まれている(Samaridouら、2020年)。イオン化可能/カチオン性脂質を含むいくつかのLNPは、非常に炎症性で、おそらく細胞毒性であることをデータが裏付けている(Samaridouら、2020年)。前臨床研究では、Acuitas Therapeuticsの独自のLNPと複合化したmRNAがアジュバント活性を有することが示されました(Pardiら、2018a)。しかし、これらのLNPの潜在的な炎症性については評価されなかった(Alamehら、2020;Pardiら、2018b、2018a)。

Pfizer/BioNTechおよびModernaワクチンのヒト臨床試験では、痛み、腫れ、発熱、眠気など、しばしば炎症に関連する副作用が報告されている。(Jacksonら、2020年;Sahinら、2020年;Walshら、2020年)。このワクチンプラットフォームが非炎症性であるという推定のもと、報告された副作用は、ワクチンが強力であり、免疫反応を発生させると解釈された。しかし、局所的および全身的な副作用の潜在的な原因を特定するための研究は行われていない。
本研究では、注射部位に注目し、前臨床ワクチン研究に使用されたLNPの炎症特性を分析するという体系的なアプローチをとりました(Awasthi et al., 2019; Laczkó et al., 2020; Lederer et al., 2020; Pardi et al., 2017a, 2017b, 2018c, 2018a)。補完的な技術を使用して、前臨床研究で使用されるLNPのマウスにおける皮内または鼻腔内送達が、白血球浸潤、異なる炎症経路の活性化、および炎症性サイトカインおよびケモカインの多様なプールの分泌を特徴とする炎症を誘発することを示しています。
したがって、LNPによって誘導される炎症環境は、ヒトにおいて報告されたmRNA-LNPベースのSARS-CoV-2ワクチンの副作用の一部であり、保護免疫を誘発する高い効力に寄与している可能性がある


結 果

LNPの皮内接種により、強固な炎症が誘発される
LNPと組み合わせたmRNAは、多くの前臨床試験で使用され、最近のPfizer/BioNTechおよびModerna SARS-CoV-2ワクチンの主要成分である(Alamehら、2020年;Jacksonら、2020年;Sahinら、2020年;Walshら、2020年)。このmRNA-LNPプラットフォームの作用機序は、よく定義されていない。mRNA成分は、インターフェロン経路の活性化を減少させるように改変されているが(Karikóら、2005、2008)、LNPと複合化したmRNAは、アジュバント活性を有することが示された(Pardiら、2018a)。mRNA-LNPプラットフォームは強固な体液性免疫応答を促進し、ワクチンを投与されたヒトはしばしば痛み、腫れ、発熱などの典型的な炎症の副作用を呈した。(ジャクソンら、2020)。これらの観察に基づき、mRNA-LNPアジュバント活性およびヒトで報告された副作用は、LNPの炎症特性に由来し得るという仮説を立てた。 LNPと複合化したmRNAは、3〜30μg/マウスの範囲の用量で前臨床研究で使用された(Laczkóら、2020; Pardiら、2018a)。そこで、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)または対照PBSに配合したこれらの空LNPを10μg(4スポット;2.5μg/スポット)、成体の野生型(WT)C57BL/6(B6)マウスに皮内注入した。注入後の異なる時点でマウスを犠牲にし、注入部位から〜1cm2の皮膚試料を採取した。LNPを注入した皮膚サンプルは、巨視的に、赤みや腫れなどの強い炎症の兆候を示した(図1A)。これらのサンプルから単細胞懸濁液を調製し、フローサイトメトリーで浸潤を分析した(図1Bおよび補足図1)。フローサイトメトリーにより、好中球が支配する大規模かつ急速な白血球の浸潤が明らかになり、14日目までにゆっくりと消失した(図1B)。LNPからイオン化可能な脂質成分を除去すると、目に見える皮膚の炎症(図1C)と白血球の浸潤(図1D)は消失した。このように、前臨床試験で使用されるLNPは注射部位で迅速な炎症反応を促進するが、これはイオン化可能な脂質成分に依存することが判明した。

図1

LNPの皮内接種により、強固な炎症が誘発される。 A.LNPの皮内接種により、目に見えるレベルの炎症が誘発された。写真はPBSまたはLNP注射の24時間後に撮影された。B. PBSまたはLNPを注射したマウスの皮膚サンプルを、示された時点で採取し、フローサイトメトリーで分析し、細胞のパーセンテージとして表示した。C. Aと同様であるが、イオン化可能な脂質を持つ(iLNP)または持たない(nLNP)LNPが使用された。iLNPとは異なり、nLNPは目に見える炎症の兆候を誘発しなかった。D. Cからの皮膚サンプルは、接種後24時間の白血球の浸潤について分析された。すべてのグラフについて、データは2つの別々の実験からプールされ、パーセント±SDとして表示された。各点は別々の動物を表す。スチューデントの両側t検定により、ナイーブと実験サンプルの間の有意性を決定した。****p<0.0001, ***p<0.0005, **p<0.005, *p<0.05, ns = not significant.ナイーブまたはPBS処理動物から採取したサンプル間に差は認められず、原稿全体を通して互換的に使用されている。

LNPの皮内注射によって引き起こされるグローバルな変化をより深く理解するために、コントロールの非コード化ポリシトシンmRNAと複合化したLNPを用いて、上記の実験を繰り返した。注入後1日目に採取した皮膚サンプルを2つに分け、Luminex®およびバルクRNA-seqを用いて解析した(図2A)。Luminex®のデータは、フローサイトメトリーの所見を裏付け、コントロールサンプルと比較して、様々な炎症性サイトカインとケモカインの存在を実証した(図2B、 ,CC and Suppl. 図2)。CCL2、CCL3、CCL4、CCL7、CCL12、CXCL1、CXCL2などの好中球や単球を引きつけ、その機能を促進するケモカインがパネルを支配していた(図2B)。さらに、炎症反応のシグネチャーサイトカインであるIL-1β、GM-CSF、IL-6が大量に検出された(図2C)。RNA-seq解析により、LNP注入により数千の遺伝子が発現上昇することが明らかになった(図2D)。p<0.05で9,508の遺伝子、FDR<0.05で8,883の遺伝子が差次的に発現していた。さらに重要なことは、フローサイトメトリーとLuminex®のデータを確認すると、単球/顆粒球の発生、動員、機能に関連する遺伝子(Cxcl1、Cxcl2、Cxcl5、Cxcl10、Ccl2、Ccl3、Ccl4、Ccl7、Ccl12、Csf2、Csf3)および炎症(IL1bとIL6)はコントロール試料よりも最も高い倍率を示したことである(図2E)。また、Il1bやNlrp3など、インフラマソームの活性化に関連する遺伝子転写物の有意な上昇と、インフラマソームを抑制することが知られているNlrp10のダウンレギュレーションが観察された(図2E)。遺伝子セット濃縮分析(GSEA)は、ウイルス感染、RIG-I、NOD-like、Toll-like受容体シグナルを含むがこれに限定されない多くの異なる炎症性経路の活性化を示した(図2F)。プロアポトーシスおよびネクロプトシス遺伝子セットもまた、インターフェロンシグナル伝達と同様に、有意にアップレギュレートされていた(図2F)。

図2

非コード化ポリシトシンmRNAと複合化したLNPの皮内接種により、炎症性環境がもたらされる。A.実験デザイン。マウスを指示通りに処理し、24時間後にLuminex®およびバルクRNA-seq解析のために皮膚サンプルを調製した。B. およびC. LNPによって誘導された炎症性ケモカインおよびサイトカインをまとめたLuminex®データ。D. LNPによって誘発された遺伝子発現変化のヒートマップ(FDR < 0.05, log2 FC > 1 - 4091遺伝子)。E. LNP注入により増加および減少した遺伝子をまとめたVolcanoプロット。F. KEGGパスウェイのGSEA解析と正規化濃縮スコア(NES)としての表示。FDR<0.05.NESが±2未満のパスウェイは表示されない。N=4.

つまり、LNPは単独で、あるいは制御用非コードポリシトシンmRNAと複合して、マウスに強い炎症を起こすことがわかった。

10μgのLNPをマウスに鼻腔内接種すると、高い死亡率を引き起こす。

LNPによる炎症が接種経路に依存しないかどうかを判断するために、さらに気道における効力を検証した。マウスは炎症性化合物の鼻腔内接種に感受性があるため、副作用を調べるには好ましい経路である。我々は、成体WT B6マウスに2.5μgから10μg/マウスの範囲のLNPを鼻腔内接種し、最大8日間、健康状態と体重をモニターした。その結果、10μgのLNPを投与したマウスの〜80%が24時間以内に死亡したことが分かった(図3A)。5μgの用量は、その時間までにマウスの〜20%を死亡させたが、2.5μgで処理したマウスはすべて生存し、体重減少(図3B)および苦痛の著しい臨床兆候を示さなかった(図3C)。5および10μg投与については、生存したマウスは震え/震えなどの苦痛の顕著な臨床スコアを示し、それらは処置の最初の2日間の間に著しく体重を失った(図3BおよびアンドC).C)。最初の〜3日後、これらのマウスは、もはや顕著な臨床的スコアを示し続けることはなく、体重はゆっくりと正常化し始めた(図3C)。

図3

LNPの経鼻投与は強固な肺炎と動物の死亡を誘発する。 A.動物に指示された用量のLNPを接種し、生存率、体重(B)、および臨床スコア(C)を最大8日間毎日記録した。データは2つの独立した実験からプールされた。N=5であるPBS/Naïveを除いて、各グループについてN=9。D. PBS、および10μg群から示された時点で肺を採取し、写真撮影した。E. 10μgのLNPを注射した動物を接種後9時間で犠牲にし、その肺の白血球組成を、公表されたゲーティング戦略(Yuら、2016)に従ってフローサイトメトリーにより決定した。Neut.=好中球、Eosi.=好酸球、DC=樹状細胞、NK=ナチュラルキラー、aMac.=肺胞マクロファージ、iMac.=間質マクロファージ、iMon.=炎症性単球、rMon.=定着性単球。F. LNP注入により、肺に迅速かつ均質に分散する。動物にPBSまたは10μgのDiI-ラベル化LNPを接種した。6時間後に肺を採取し、組織学のために準備し、DAPIで染色し、共焦点顕微鏡を使用して画像化した。代表的な画像1枚を示す。すべてのグラフについて、データは少なくとも2つの別々の実験からプールされ、パーセント±SDとして表示された。各点は別々の動物を表す。スチューデントの両側t検定は、ナイーブと実験サンプルの間の有意性を決定するために使用された。***p<0.0005, **p<0.005, *p<0.05, ns = not significant.

次に、鼻腔内接種が炎症につながるかどうかを検証した。このために、PBSおよび10μg LNP処理マウスの肺サンプルを、接種後9時間および24時間の巨視的分析、および接種後9時間のフローサイトメトリーのために用意した。数時間のうちに、肺は赤色に変色した(図3D)。皮膚で観察されたように、フローサイトメトリー分析では、好中球と好酸球が支配する著しい白血球浸潤、およびマクロファージと特定のDCサブセットの減少が見られた(図3Eおよび補足図3)。LNPが鼻腔内投与により肺に到達するかどうかを決定するために、10μgのDiI標識LNPをマウスに鼻腔内接種した。6時間後、組織学的に肺組織におけるLNPの均質な分布が確認された(図3F)。

このように、皮膚接種と同様に、LNPの鼻腔内投与は大規模な炎症を引き起こす。さらに、LNPの炎症特性は部位特異的ではなく、組織内で速い拡散、分散、分布速度を示した。


考察

ここでは、多くの前臨床研究(Freyn et al., 2020; Laczkó et al., 2020; Lederer et al., 2020; Pardi et al., 2017b, 2018c, 2018a)に使用されているLNPが非常に炎症性であることを明らかにする。このことは、その強力なアジュバント活性と、適応免疫応答の誘導をサポートする上で、他のアジュバントと比較したその優位性を説明することができる。

以前の前臨床マウスデータは、LNPと複合化したmRNAがアジュバント活性を有することを示唆した(Pardi et al.、2018a)。mRNAは、特定の自然炎症経路の活性化を減少させるためにヌクレオシド修飾され、特異的に精製されています(Karikóら、2005、2008、2011)。私たちの注射部位に焦点を当てた分析により、これらのLNPの炎症性性質が明らかになり、これはそのアジュバント特性の根拠となり得る。LNPのカチオン/イオン化可能な脂質成分は、しばしば炎症性で細胞毒性がある(Samaridouら、2020年)。実際、我々は、これらのLNPの独自のイオン化可能な脂質成分もまた、炎症性であることを見出した(図1CおよびandD).D).D)。mRNA-LNPワクチンは、ヒトでは筋肉内投与されます。私たちは、筋肉内投与では、深部組織における即時の炎症反応が観察者から隠れたままになるかもしれないと推論した。これは、毛皮に覆われたマウスでは特にそうである。そこで我々は、これらのコンストラクトを剃毛した皮膚に皮内注射するか、経鼻的に接種することを選択した。その理由は、皮膚の炎症は肉眼で見ることができ、気道の炎症はマウスに観察可能な苦痛を引き起こすからである。実際、どちらのケースでも明らかな炎症の兆候が見られ、LNPが接種経路に関係なく炎症を起こすことを裏付けている。したがって、LNPの筋肉内注射が筋肉に同様の炎症反応を引き起こす可能性は高い。

ヒトは、Pfizer/BioNTechまたはModernaワクチンを筋肉内接種した後、様々な副作用、最も頻繁に痛み、腫れ、熱、悪寒を呈する(Jacksonら、2020;Sahinら、2020;Walshら、2020)。これらは、IL-1βやIL-6などのサイトカインによって引き起こされる炎症に関連する典型的な症状である(Dinarello, 2018; Tanaka et al, 2014)。局所的な炎症反応を引き起こすとともに、これらのサイトカインは主要な内因性発熱体として作用し(Conti, 2004)、視床下部に体温を上昇させて(発熱)、起こり得る感染症を克服するように指示します。これと一致して、マウスにLNPを皮内接種すると、メジャーパイロジェンとマイナーパイロジェンであるIL-1β/IL-6とマクロファージ炎症性タンパク質-α(CCL3)およびマクロファージ炎症性タンパク質-β(CCL4)がそれぞれ大量に分泌された(図2BおよびアンドC).C)。さらに、他の炎症経路の活性化および細胞死が観察されたことから、経験した副作用がさらに強調される可能性がある。しかしながら、ヒトにおいてmRNA-LNPワクチンによって引き起こされる炎症反応の正確な性質、およびマウスについてここで記録された炎症シグネチャーとどの程度重複している可能性があるかを決定するためには、さらなる研究が必要であろう。

これらのLNPやそのイオン化可能な脂質成分が、どのように異なる炎症経路を活性化するかは、まだ解明されていない。理論的には、LNPは複数の経路を活性化することもできるし、あるいは炎症カスケードを開始させる1つの経路にのみ関与することもできる。いくつかのカチオン性/イオン化可能な脂質は、TLRに結合して活性化する(Lonezら、2012、2014;Samaridouら、2020;Tanakaら、2008;Verbekeら、2019)。我々のGSEA分析により、これらの独自のLNPは、特にTLR経路を活性化する可能性も高いことが明らかになった(図2F)。また、Nlrp3などのインフラマソーム構成要素の発現上昇やネクロプトーシスに関与する遺伝子の濃縮も観察されました。ネクロプトーシスやパイロプトーシスなどの炎症性細胞死は、DAMPsの放出や炎症のさらなる亢進を引き起こすと考えられます。

LNPの経鼻接種は、肺に誘導される大規模な炎症反応に起因すると思われる、著しい死亡率をもたらした(図3DおよびandE).E)。しかし、尾の硬直、震え、協調性の欠如などのいくつかの臨床症状(データは示されていない)は、併発要因として脳の関与も示唆している。脂質粒子としてのLNPは迅速に拡散することができ(図3F)、嗅球または血液を介して中枢神経系にアクセスする可能性がある。これらのLNPが血液脳関門を通過することができるかどうかは、まだ確定していない。しかし、血液脳関門を持たない視床下部からCNSに侵入する可能性もある。仮に、末梢に注入されたLNPでも血液を通じてCNSに到達する可能性があるが、CNSに到達する量はわずかであるため、大きな炎症は誘発されないだろうが、発熱、吐き気、眠気といった視床下部主導の副作用を誘発する可能性は残る。

ブースター注射の後、より重篤な全身性の副作用を示す人がしばしばいます。このことから、適応免疫反応によって、ワクチンによる副作用が何らかの形で増幅される可能性が出てきた。これまでに判明している原因の1つは、免疫原性のPEGである。PEGに対して形成された抗体は、いわゆるアナフィラクトイド、補体活性化関連偽アレルギー(CARPA)反応をサポートすることが報告されている(Kozmaら、2020;Szebeni、2005、2014)。注目すべきは、PEGは化粧品や歯磨き粉に頻繁に使用される化合物であるため、多くの人が抗PEG抗体を持っている可能性があることである。私たちは、最近の意見記事(Igyártó et al., 2021)において、他の可能性のあるメカニズムについて述べています。簡単に言うと、mRNAは主に注射部位付近の細胞に感染するが、それは仮に体内のどの細胞にも到達する可能性がある(Maugeriら、2019;Pardiら、2015)。その結果、翻訳されたタンパク質は、ペプチドの形でMHC-I上に提示されるか、または細胞膜に全タンパク質として表示される可能性があります。いずれの場合も、ワクチンペプチド/タンパク質を表面に有する細胞は、適応免疫系および自然免疫系の細胞であるCD8+ T細胞およびNK細胞によって(ADCCを介して)それぞれ標的とされ、死滅させられる可能性がある。

以上のことから,CARPAを除く1回目のワクチン接種の副作用は,LNPによって誘発された強固な炎症と関連している可能性が高いことがわかった.一方、2回目のワクチン接種後は、ワクチンタンパク質またはそのペプチド誘導体を発現する細胞を標的とする免疫反応によって、副作用がさらに悪化する可能性がある。LNPに対する自然記憶反応(Neaら、2011)も副作用の増幅に寄与するかどうかは、まだ決定されていない(図4)。全体として、LNPによって誘導される強固な炎症環境は、ワクチン由来のペプチド/タンパク質が抗原提示細胞の外で提示されることと相まって、組織損傷を引き起こし、副作用を悪化させる可能性がある。炎症環境下での自己抗原提示は、自己免疫疾患の発症と関連しているため(Charles A Janeway et al., 2001)、ここでは検出されなかったが、さらなる調査が必要である。

図4

副作用の潜在的なメカニズム SARS-CoV-2ワクチンの初回投与で観察された副作用は、LNPの炎症性特性と関連していると思われる。LNPは、局所的および全身的な炎症と副作用を開始し維持することができるIL-1βやIL-6などの炎症性サイトカインの産生につながるであろうさまざまな炎症性経路を活性化する。LNPはまた、末梢から拡散し、中枢神経系(視床下部)を含む体内のあらゆる器官に到達し、直接副作用を誘発する可能性がある(破線)。PEGは食品や医薬品の添加物として広く使用されており、多くの人がPEGに対して抗体を持つ。したがって、LNPのPEG化脂質は、既存のPEG特異的な抗体を持つヒトにCARPを誘導することができます。ヒトはしばしば、2回目の投与でより重篤な副作用を経験する。これは複数の理由によるものであると考えられる。まず、1回目のワクチン接種後にLNPに対する自然免疫記憶が形成され、それが2回目のワクチン接種時にさらに強い炎症反応につながる可能性がある。次に、1回目のワクチン接種後、mRNAによってコード化されたウイルスタンパク質を標的とする適応免疫応答が形成される。そのため、ウイルスタンパク質由来のペプチドやタンパク質そのものを発現している細胞(赤色で示す)が、それぞれCD8+TやNK細胞を介した殺傷(ADCC)のターゲットとなりうるのである。LNPは体中に拡散し、その経路上にあるあらゆる細胞にmRNAを導入することができ、さらにmRNAは細胞外小胞を介して分布することもできるため(Maugeri et al.、2019)、標的集団は膨大かつ多様である可能性があります。

mRNA-LNPは、動物モデルやヒトにおいて非常に強固な適応免疫反応をサポートする(Alameh et al., 2020; Le Bert et al., 2020; Jackson et al.)これまでのところ、これらの免疫反応の誘導機構は十分に解明されていない。我々の発見は、いくつかの前臨床試験で使用されたLNPが炎症性であることを明らかにし、Tfh細胞および体液性免疫応答の発達を支援する上でFDA承認アジュバントより優れていることを説明できる可能性がある。注目すべきは、その高い効果は、おそらく直接的な細胞毒性によって悪化した異なる炎症経路の活性化に依存していることである。これらのLNP'の炎症特性は、タンパク質、サブユニットワクチン、または既存の弱毒性ワクチンと組み合わせたアジュバントプラットフォームとして、確実にさらに利用されるべきである(Bernasconiら、2021;Debinら、2002;Martinsら、2007;Shiraiら、2020;Swaminathanら、2016)。LNPは、他のアジュバントとは異なり、したがって、異なるカーゴのための送達ビークルとして、またアジュバントとして、二重の目的を果たすことができる。しかし、LNP関連ワクチンが進歩するにつれ、正のアジュバントと負の炎症特性のバランスをとることが必要になる。げっ歯類で使用されるワクチンの用量は、ヒトで使用される用量よりもはるかに高いため(Nair and Jacob, 2016)、詳細な用量反応試験が必要である。DCの一部はアジュバント非存在下で体液性免疫応答をサポートできるため、非炎症性LNPも開発されるかもしれません(Bouteau et al, 2019; Kato et al, 2020; Li et al, 2015; Yao et al, 2015)。

材料と方法

マウス
年齢と性別の異なるWT C57BL/6JマウスをJax®から購入するか、自家繁殖させた。すべての実験は、6-12週齢のマウスで行った。マウスはマイクロアイソレーターケージで飼育し、オートクレーブで滅菌した餌を与えた。すべてのマウスプロトコルはInstitutional Care and Use Committeeにより承認された。

試薬
我々の研究では、米国特許US10,221,127に記載されているAcuitas Therapeuticsが所有するLNP製剤を使用した。これらのLNPは、以前に慎重に特徴付けられ、ヌクレオシド修飾mRNAと組み合わせて前臨床ワクチン研究において広く試験された(Laczkóら、2020;Ledererら、2020;Pardiら、2017a、2018c、2018a)。以下のLNP製剤を使用した:独自のイオン化可能な脂質を有するまたは有しない空のLNP、DiI標識LNP、および非コードポリシトシンmRNAと複合化したLNP。

皮内接種とフローサイトメトリー解析
注射前日にWT B6成体マウスの背部皮膚の毛を電気バリカンで除去し、ペルソナ剃刀で注射部位を湿式剃毛した。翌日、マウスにPBS中の2.5μg/スポットのLNP(4スポット、合計10μg)またはPBSを皮内注射した。注射後の異なる時点で、マウスを犠牲にし、注射部位の周囲の〜1cm2の皮膚を採取した。次いで、皮膚サンプルを、湾曲したはさみを使用して小片に切り刻み、以前に記載されたようにコラゲナーゼ/ヒアルロニダーゼ消化に曝した(Kashem and Kaplan、2018)。単細胞懸濁液を、以下のマーカーについて染色した:固定可能な生存率色素(Thermo Fisher)、MHC-II、CD11b、CD11c、CD45、CD64、F4/80、及びLy6G(BioLegendからのすべて)。染色したサンプルはLSRFortessa™(BD Biosciences)で処理し、得られたデータはFlowJo 10で解析した。

Luminex® (ルミネックス)
注射前日にWT B6成熟マウスの背部皮膚の毛を電気バリカンで除去し、ペルソナ剃刀で注射部位を湿式剃毛した。翌日、非コード化ポリシトシンmRNAと複合化した2.5μg/スポットLNPまたはPBSをマウスに皮内注射した(図2A)。24時間後、皮膚サンプルを採取し、Luminex®およびRNA-seq用に処理した。Luminex用サンプルは、重量を測定し、Rocheプロテアーゼ阻害剤カクテルの存在下、組織1グラムあたり10 mM Tris pH 7.4, 150 mM NaCl, 1% Triton-X-100 1.5 ml中でDounce組織粉砕器を用いてホモジナイズした。氷上で30分間インキュベートした後、サンプルを10K RPMで4℃、10分間スピンさせた。上清を採取し、0.22μmのエッペンドルフチューブフィルター(ミリポアシグマ)で濾過した。上清は分注し、さらに使用するまで-80℃に保存した。Bio-Plex Pro™ Mouse Chemokine Panel 33-Plex を用いて、製造元の指示に従い、検体を検査した。

RNA調製、配列決定、データ解析、可視化
RNeasy Mini Kit (Qiagen) を用いて、組織溶解液から Total RNA を単離した(オンカラム DNase 消化を含む)。RNA 6000 Pico Kit (Agilent)を用いて、Total RNAの量と質を分析した。配列決定、データ解析および可視化は、我々および他の者が以前に記載したように行った(Kanehisa, 2000; Liberzon et al., 2011; Love et al., 2014; Su et al., 2020; Subramanian et al., 2005)。

鼻腔内接種およびフローサイトメトリー解析マウスは、キシラジン/ケタミンの混合物を腹腔内注射することで麻酔をかけた。LNPを30μLの滅菌PBS中に2.5、5、10μgの用量で左鼻孔に静かに滴下し、マウスに吸入させることにより経鼻的に投与した。マウスの臨床性能は、以前に記載したように8日間毎日採点した(Shumら、2014)。その上、体重も毎日測定した。10μgのLNP用量および対応するPBS対照からのマウスの一部を、接種後の示された時点で犠牲にし、組織学およびフローサイトメトリーのために肺試料を採取した。組織学については、サンプルを4%PFAで一晩固定し、その後OCTに包埋した。クリオスタットを用いて厚さ8マイクロメートルの切片を作製し、DAPIでカウンターステインした。Nikon A1 顕微鏡を使用して、スティッチした共焦点写真を撮影した。フローサイトメトリー用の肺サンプルは、皮膚サンプルにも使用したコラゲナーゼ/ヒアルロニダーゼ技法を用いて消化した(Kashem and Kaplan, 2018)。得られた単細胞懸濁液を、以下のマーカーで染色した:固定可能な生存率色素(Thermo Fisher)、MHC-II、CD11b、CD11c、CD24、CD45、CD64、Ly6GおよびLy6C(すべてBioLegendから)(Yuら、2016年)。

統計解析
すべてのデータはGraphPad Prism version 9.0.0で解析し、有意性を判断するために用いた統計手法は各図の下に記載した。


補足資料

補足1
補足図1.図1Bに示した皮膚浸潤のデータのゲーティング戦略。

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補足2
補足図2.Extended cytokine and chemokine panel.

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補足3
補足図3. (A) 図3Eに示した肺白血球のデータのゲーティング戦略。(B).接種後9時間のPBSおよび10μg LNP処理マウスから採取した肺のH&E染色。

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謝 辞

この研究は、部局のスタートアップ資金およびB.Z.IへのR01AI146420によって支援された。以下の中核施設の協力と支援に感謝する:ゲノム-、プロテオミクス-、フローサイトメトリ-およびイメージング-コア。図はBioRenderで作成した。RNA-seqデータは、以下のGEOアクセッション番号に掲載されています。GSE167521.

脚 注

利益相反

著者は、いかなる種類の利益相反も宣言しない。


参考文献1〜51
オリジナル参照

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