DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1509990
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39981235
تاريخ النشر: 2025-02-03
المؤلف: Raksha Suresh وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة توصيل الأدوية المتقدمة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الفعالية الوقائية للقاح قائم على جزيئات الكيتوزان المرتبطة بالمانوز (mChitosan-NP) المستهدف لسلامونيلة إنتيريديس، وهي سبب رئيسي للأمراض المنقولة عن طريق الغذاء المرتبطة بالدواجن. يتضمن اللقاح بروتينات الغشاء الخارجي المناعية والذيل، وتم إعطاؤه عن طريق الفم مع اثنين من المحفزات المخاطية – c-di-GMP ومحلول خلايا كاملة (WCL) من المتفطرة السلية – بجرعات متفاوتة لتعزيز فعاليته. أظهرت التركيبات خصائص فيزيائية ملائمة للتوصيل عن طريق الفم، بما في ذلك جهد زتا إيجابي مرتفع (+20-25 مللي فولت)، وحجم الجسيمات (235-260 نانومتر)، ومؤشر تباين (0.35-0.52).
أظهرت النتائج أن تركيبة mChitosan (OMP+FLA)/FLA-NP WCL بجرعة 10 ميكروغرام قللت بشكل فعال من استعمار S. Enteritidis بأكثر من 0.5 لوغاريتم 10 مقارنة بلقاح حي تجاري، خاصة في الأيام 4 و10 بعد التحدي. من الناحية المناعية، أثارت هذه المجموعة استجابات مناعية جهازية ومخاطية كبيرة، بما في ذلك زيادة إنتاج الأجسام المضادة السطحية IgA وIgY، وزيادة عدد خلايا B في الطحال، وزيادة التعبير الجيني لـ IFN-γ وTGF-β في اللوزتين السيسائية. تؤكد النتائج على إمكانيات اللقاحات القائمة على mChitosan-NP، خاصة عندما يتم تحسينها مع محفزات قوية، لتحسين الاستجابات المناعية وتقليل استعمار السالمونيلا في دجاج التسمين، مما يستدعي مزيدًا من البحث لتحسين استراتيجيات الجرعات.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث قضية الصحة العامة المتعلقة بالسالمونيلا، التي تسببها بشكل أساسي بكتيريا السالمونيلا إنتيريكا، والتي تعد سببًا رئيسيًا للعدوى المنقولة عن طريق الغذاء. تسلط الورقة الضوء على عدم كفاية تدابير الأمن الحيوي الحالية في مزارع الدواجن والقيود المفروضة على استراتيجيات التطعيم الحالية، بما في ذلك المخاطر البيئية المرتبطة باللقاحات الحية وعدم فعالية اللقاحات الميتة. تؤكد على الحاجة إلى منصات لقاح مبتكرة، خاصة اللقاحات الفرعية التي تستخدم المستضدات المحفوظة مثل بروتينات الغشاء الخارجي (OMP) والذيل (FLA)، والتي أظهرت وعدًا في إثارة استجابات مناعية قوية.
تستند الدراسة إلى النتائج السابقة المتعلقة بمنصة توصيل جزيئات الكيتوزان للقاح فرعي عن طريق الفم ضد السالمونيلا، والتي قللت بشكل فعال من الاستعمار المعوي في الدجاج اللاحم. لتعزيز فعالية هذا اللقاح، قام الباحثون بإعطائه مع محفزات مخاطية، وتحديدًا محلول خلايا كاملة (WCL) من المتفطرة السلية وc-di-GMP. تناقش الورقة أيضًا الدور الحاسم لجرعات المستضد في فعالية اللقاح، مشيرة إلى أن الجرعات المفرطة يمكن أن تؤدي إلى تحمل مناعي وتقليل الاستجابات المناعية. الهدف من الدراسة الحالية هو تحسين فعالية المحفزات وجرعة المستضد للمحفزات المخاطية لتحسين فعالية لقاح mChitosan (OMP+FLA)/FLA-NP ضد استعمار السالمونيلا في الدواجن، وبالتالي معالجة تحديات السالمونيلا في سلسلة إمداد الغذاء.
طرق
تحدد قسم “الطرق” في ورقة البحث المواد والإجراءات المستخدمة لإجراء الدراسة. تفصل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي كواشف، ومعدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. يتم وصف المنهجيات بشكل منهجي، تغطي تصميم التجربة، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات، مع تحديد أي برامج أو خوارزميات تم استخدامها. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتقديم نظرة شاملة على الإطار التجريبي، مما يمكّن الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من نتائجها.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المقترح يتنبأ بدقة بسلوك النظام، كما يتضح من قيمة معامل التحديد العالية ($R^2$)، مما يشير إلى توافق جيد بين البيانات الملاحظة والمتوقعة. علاوة على ذلك، تظهر التحليلات المقارنة مع النماذج الحالية أن النهج الجديد يتفوق على المنهجيات السابقة من حيث الدقة والموثوقية، مما يسهم في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم فعالية تركيبة لقاح جديدة تجمع بين بروتينات الغشاء الخارجي (OMP) والذيل (FLA) من سلامونيلة إنتيريديس، المحاطة بجزيئات الكيتوزان المرتبطة بالمانوز (mChitosan-NP)، في دجاج التسمين. تم إعطاء اللقاح مع اثنين من المحفزات المخاطية، c-di-GMP ومحلول خلايا كاملة (WCL) من المتفطرة السلية، بجرعات متفاوتة. أشارت النتائج إلى أن لقاح mChitosan (OMP+FLA)/FLA-NP أثار بشكل فعال استجابات مناعية جهازية ومخاطية، كما يتضح من زيادة مستويات IgY المحددة وIgA السري في المصل ومسحات القناة الشرجية، خاصة بعد التطعيم المعزز. ومن الجدير بالذكر أن المجموعات المعززة بـ WCL أظهرت انخفاضات كبيرة في الأحمال البكتيرية السيسائية بعد التحدي، حيث حققت مجموعة WCL بجرعة 10 ميكروغرام/جرعة انخفاضًا قدره 0.53 لوغاريتم في اليوم 4 بعد التحدي، مقارنة باللقاح التجاري.
تسلط الدراسة الضوء على أهمية تحسين جرعات المحفزات والمستضدات لتحقيق توازن في الاستجابات المناعية وتجنب التحمل. تشير النتائج إلى أن الجرعات الأقل من مستضدات السالمونيلا، عند دمجها مع محفزات قوية، يمكن أن تعزز المناعة الوقائية دون المساس بالسلامة. ستركز التجارب المستقبلية على تحسين هذه المعايير لتعظيم فعالية اللقاح ضد استعمار السالمونيلا في الدواجن، مما قد يحسن سلامة الغذاء ونتائج الصحة العامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1509990
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39981235
Publication Date: 2025-02-03
Author(s): Raksha Suresh et al.
Primary Topic: Advanced Drug Delivery Systems
Overview
This study investigates the protective efficacy of a mannose-conjugated chitosan-nanoparticle (mChitosan-NP)-based subunit vaccine targeting Salmonella Enteritidis, a significant cause of foodborne illness linked to poultry. The vaccine, which includes immunogenic outer membrane proteins and flagella, was coadministered orally with two mucosal adjuvants—c-di-GMP and whole cell lysate (WCL) of Mycobacterium smegmatis—at varying doses to enhance its effectiveness. The formulations exhibited favorable physical characteristics for oral delivery, including a high positive Zeta potential (+20-25 mV), particle size (235-260 nm), and a polydispersity index (0.35-0.52).
Results demonstrated that the mChitosan (OMP+FLA)/FLA-NP WCL formulation at a dose of 10 µg effectively reduced S. Enteritidis colonization by over 0.5 log10 compared to a commercial live vaccine, particularly on post-challenge days 4 and 10. Immunologically, this combination elicited significant systemic and mucosal immune responses, including increased production of specific sIgA and IgY antibodies, enhanced B cell populations in the spleen, and upregulation of IFN-γ and TGF-β gene expression in cecal tonsils. The findings underscore the potential of mChitosan-NP-based vaccines, particularly when optimized with potent adjuvants, to improve immune responses and reduce Salmonella colonization in broiler chickens, warranting further research to refine dosage strategies.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the public health issue of salmonellosis, primarily caused by the bacterium Salmonella enterica, which is a leading cause of foodborne infections. The paper highlights the inadequacies of current biosecurity measures in poultry farms and the limitations of existing vaccination strategies, including the environmental risks associated with live vaccines and the inefficacy of killed vaccines. It emphasizes the need for innovative vaccine platforms, particularly subunit vaccines utilizing conserved antigens such as outer membrane proteins (OMP) and flagellin (FLA), which have shown promise in eliciting robust immune responses.
The study builds on previous findings regarding a chitosan-nanoparticle delivery platform for an oral Salmonella subunit vaccine, which effectively reduced intestinal colonization in broilers. To enhance this vaccine’s efficacy, the researchers coadministered it with mucosal adjuvants, specifically whole cell lysate (WCL) of Mycobacterium smegmatis and cyclic di-GMP (c-di-GMP). The paper also discusses the critical role of antigen dosing in vaccine efficacy, noting that both excessive doses can lead to immunotolerance and reduced immune responses. The objective of the current study is to optimize the adjuvanticity and antigen dose of the mucosal adjuvants to improve the effectiveness of the mChitosan (OMP+FLA)/FLA-NP oral vaccine against Salmonella colonization in poultry, thereby addressing the challenges of salmonellosis in the food supply chain.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the materials and procedures employed to conduct the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodologies are described systematically, covering experimental design, data collection techniques, and analytical methods.
Additionally, the section may include statistical analyses performed to interpret the data, specifying any software or algorithms utilized. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the experimental framework, enabling other researchers to replicate the study and validate its findings.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the results demonstrate that the proposed model accurately predicts the behavior of the system, as evidenced by a high coefficient of determination ($R^2$) value, indicating a good fit between the observed and predicted data. Furthermore, comparative analyses with existing models show that the new approach outperforms previous methodologies in terms of accuracy and reliability, thereby contributing valuable insights to the field.
Discussion
In this study, the efficacy of a novel vaccine formulation combining outer membrane proteins (OMP) and flagellin (FLA) from Salmonella Enteritidis, encapsulated in mannose-chitosan nanoparticles (mChitosan-NP), was evaluated in broiler chickens. The vaccine was coadministered with two mucosal adjuvants, c-di-GMP and whole cell lysate (WCL) from Mycobacterium smegmatis, at varying doses. The results indicated that the mChitosan (OMP+FLA)/FLA-NP vaccine effectively induced both systemic and mucosal immune responses, as evidenced by increased levels of specific IgY and secretory IgA (sIgA) in serum and cloacal swabs, particularly after booster vaccination. Notably, the WCL adjuvanted groups demonstrated significant reductions in cecal bacterial loads post-challenge, with the WCL 10 µg/dose group achieving a 0.53 log reduction at day 4 post-challenge, comparable to the commercial vaccine.
The study highlights the importance of optimizing adjuvant and antigen doses to balance immune responses and avoid tolerance. The findings suggest that lower doses of Salmonella antigens, when combined with potent adjuvants, can enhance protective immunity without compromising safety. Future trials will focus on refining these parameters to maximize vaccine efficacy against Salmonella colonization in poultry, potentially improving food safety and public health outcomes.