DE3587681T2 - Vakzine und Serum für Endotoxin assoziierte Krankheit und Verfahren zur Herstellung derselben sowie Verfahren zur Immunisierung und Behandlung solcher Krankheiten, enttoxifierte Endotoxine und bakterielle Mutante. - Google Patents

Vakzine und Serum für Endotoxin assoziierte Krankheit und Verfahren zur Herstellung derselben sowie Verfahren zur Immunisierung und Behandlung solcher Krankheiten, enttoxifierte Endotoxine und bakterielle Mutante.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakzine und ein Serum zur Immunisierung gegen und zur Behandlung von Erkrankungen mit gramnegativen Bakterien. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Bakterienmutante von Salmonella enteritidis und ihre Verwendung in einem Kombinationsimpfstoff zur Immunisierung von Säugetieren und Vögeln gegen Krankheiten, die durch Endotoxin produzierende gramnegative Bakterien der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae verursacht werden. Die Erfindung betrifft auch einen Immunmodulator mit entgiftetem Endotoxin, der bei der Behandlung von Tieren und Menschen in Kombination mit anderen Antigenen von Nutzen ist, und zwei Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieses Modulators.
  • Auf dem Gebiet der Tierhaltung werfen endotoxinbedingte Krankheiten ernste Probleme bezüglich der Gesundheit der Tiere auf und sind folglich in beachtlichem Ausmaß von wirtschaftlicher Bedeutung.
  • Bei Pferden sind endotoxinbedingte Krankheiten beispielsweise Lahmheit (d. h. Laminitis), Kolik (d. h. Bauchbeschwerden in Verbindung mit Überfütterung und anderen belastenden Phänomenen wie Darmverschluß, Darmischämie, Enteritis/Diarrhoe aufgrund gramnegativer Bakterien, mangelhafte Absorption durch den Darm, Transportstörungen, Kreißen, etc.), septische Arthritis und gramnegative intrauterine Infektionen. Endotoxinbedingte Krankheiten bei Rindern umfassen Laminitis sowohl bei Milchkühen als auch bei Mastvieh, das Syndrom des plötzlichen Todes bei Mastvieh, Mastitis bei Milchkühen, sowie Dysenterie, Rinderruhr oder Kolibazilleninfektion und Salmonellen-Diarrhoe bei Jungkälbern.
  • Endotoxinbedingte Krankheiten bei Schweinen umfassen Kreißen, Dysagalactia (d. h. Versagen der Milchdrüsen aufgrund einer gramnegativen Endometritis), Darmödem und Salmonellen-Diarrhoe bei Jungschweinen. Salmonellen-Diarrhoe, hämorrhagische Septikämie, Infektion der Alveolarsäckchen und Nebenhöhlen. Geflügel-Cholera und andere Pasteurellosen sind Beispiele für endotoxinbedingte Krankheiten von Vögeln.
  • Die Behandlung endotoxinbedingter bzw. verursachter Krankheiten erfolgte bisher rückwirkend (d. h. nach Entstehung der klinischen Erkrankung) und war auf chemotherapeutische Maßnahmen beschränkt. Vorbeugende Maßnahmen wurden mit einer solchen Behandlung nicht erreicht. Ein vorheriger begrenzter, definitiver Impfschutz gegen gramnegative Septikämie und/oder Endotoxämie wurde nur erreicht mit Hilfe von (a) individualisierten Vakzinen aus autogenen Bakterienisolaten, die verschiedene antigene Epitope darstellen (K-Antigene oder Kohlenhydratseitenketten bzw. O-Antigene) oder (b) Lebendimpfstoffen aus abgeschwächten oder deletionsmodifizierten, lebenden Bakterienisolaten.
  • Der Hauptnachteil der derzeitigen Verfahren zur Behandlung von endotoxinbedingten bzw. -verursachten Krankheiten liegt darin, daß mit solchen Behandlungen erst nach Ausbruch der klinischen Erkrankung begonnen wird, was häufig dann ist, wenn die Krankheit bereits ein irreversibles Stadium erreicht hat. Der frühere Impfschutz gegen gramnegative Septikämie und/oder Endotoxämie, der für einzelne, aus autogenen Bakterienisolaten bestehende Vakzine genannt wurde, ist hinsichtlich des zeitaufwands, der Kosten und der Herstellung nicht effizient, weil solche Vakzine rückwirkend, d. h. nach Entstehung der Krankheit hergestellt werden.
  • Die Hauptnachteile der polyvalenten Vakzine, die aus multiplen Bakterienisolaten bestehen, die verschiedene antigene Epitope (K-Antigene oder Kohlenhydratseitenketten bzw. O- Antigene) darstellen, liegen darin, daß die Bakterienisolate, die zu einem bestimmten Zeitpunkt die Krankheit verursachen, epidemiologischen Verschiebungen und/oder Verlagerungen der antigenen Epitope unterliegen, was zu einer Änderung der antigenen Spezifität und somit zu einem Verlust der Schutzwirkung führt. Die K-Antigene oder Kohlenhydratseitenketten bzw. O-Antigene sind auch wirksame Stimulatoren des immunglobulins IgE, das verantwortlich ist für unerwünschte anaphylaktoide Reaktionen bei vielen Tierarten, besonders bei Pferden.
  • Die Hauptnachteile von Lebendimpfstoffen, die aus abgeschwächten oder deletionsmodifizierten Bakterienisolaten bestehen, bestehen darin, daß sie das Potential haben, zum Elternstamm vom Wildtyp zurückzukehren und somit für geimpfte Tiere wieder pathogen zu werden.
  • Demzufolge besteht seit langem das Bedürfnis nach einer Vakzine und einem Serum zur Immunisierung gegen und Behandlung von Krankhaften, die durch gramnegative Bakterien verursacht werden, und zur Beseitigung der im Stand der Technik noch bestehenden Mängel. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, diesem Bedürfnis nachzukommen.
  • Die Erfindung gibt eine Vakzine an, umfassend einen Impfstoff zur Immunisierung gegen gramnegative bakterielle Erkrankungen, umfassend: eine abgetötete Suspension einer Bakterienmutante der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae, die keine Kohlenhydratseitenketten (O-Antigen) besitzt, einen Proteine oder Lipide bindenden Träger mit einer hohen lipophilen und einer hohen proteinophilen Affinität zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Suspension der Bestandteile und einer anhaltenden Antigenfreisetzung, sowie einen Immunmodulator mit Neigung zur Verbreitung von B- Lymphozyten und vorzugsweise mit einem hohen Anteil an neutralisierenden und opsonisierenden Antikörpern hoher Antigenaffinität und -avidität.
  • In einem weiteren Aspekt gibt die Erfindung ein Verfahren an zur Herstellung einer Vakzine zur Immunisierung gegen Erkrankungen durch gramnegative Bakterien, umfassend die folgenden Schritte: (1) Kombinieren einer abgetöteten Suspension einer Bakterienmutante der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae, die keine Kohlenhydratseitenketten (O-Antigene) besitzt, mit einem Immunmodulator mit Neigung zur Verbreitung von B-Lymphozyten und einem hohen Anteil an neutralisierenden und opsonisierenden Antikörpern hoher Antigenaffinität und -avidität; und (2) Suspendieren der Kombination aus Bakterienmutante und Immunmodulator in einem Proteine und Lipide bindenden Träger mit einer hohen lipophilen und proteinophilen Affinität zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Suspension der Bestandteile und einer anhaltenden Antigenfreisetzung.
  • Andere Aspekte der Erfindung umfassen die Herstellung eines Hyperimmunserums, daß aus dem Kombinationsimpfstoff gewonnen wird, und ein erfahren zur Behandlung von Tieren, die an einer Erkrankung durch gramnegative Bakterien erkrankt sind. Die Erfindung sieht auch die Kombination von Mutante und Träger allein vor.
  • Wie bereits angegeben, umfaßt die vorliegende Erfindung mehrere verschiedene Konzepte, nämlich (1) eine Vakzine bestehend aus einer Bakterienmutante und einem Proteine und Lipide bindenden Träger mit einer hohen lipophilen und proteinophilen Affinität, die eine gleichmäßige Suspension der Bestandteile bei anhaltender Antikörperfreisetzung sicherstellt, und vorzugsweise auch einen Immunmodulator umfaßt, der ein entgiftetes Endotoxin ist; (2) eine Bakterienmutante, die ein breites Schutzpotential besitzt, insbesondere eine Bakterienmutante aus der Familie der Enterobacteriaceae, die keine Kohlenhydratseitenketten (O- Antigen) besitzt; (3) den obengenannten Immunmodulator mit einer speziellen Neigung zur Verbreitung von B-Lymphozyten, und folglich das frühere Auftreten größerer Mengen von neutralisierenden und opsonisierenden Antikörpern mit hoher Antigenaffinität und -avidität, sowie das Verfahren zur Herstellung des Immunmodulators; (4) ein Hyperimmunserum zur Behandlung von Erkrankungen durch gramnegative Bakterien sowie ein Verfahren zur Verwendung des Serums.
  • Zur Immunisierung wird die Vakzine intramuskulär oder subkutan in Konzentrationen verabreicht, die mindestens 1 · 10&sup7; Bakterien und 100 Mikrogramm Immunmodulator enthalten. Zur Behandlung eines Tieres mit einer durch gramnegative Bakterien verursachten Krankheit wird das Serum aus einem geimpften Spender hergestellt und so verabreicht, daß eine schützende Menge an Antikörpern vorhanden ist.
  • Der Vorteil des Kombinationsimpfstoffes besteht darin, daß er prophylaktischer Natur ist, im Gegensatz zu den derzeitigen Behandlungsarten, die rückwirkend oder erst nach Ausbruch der Krankheit begonnen werden. Ein weiterer Vorteil des Kombinationsimpfstoffes besteht darin, daß immunisierte Tiere früher und in höherem Maße gegen viele der endotoxinbedingten Krankheiten geschützt sind, ohne daß sie den den bestehenden Impfstoffen innewohnenden Risiken ausgesetzt sind, wie zum Beispiel (a) der Auslösung einer möglicherweise tödlichen Anaphylaxie; (b) der Entstehung möglicherweise tödlicher Infektionen durch Umwandlung lebender, nicht-pathogener Bakterien in pathogene Formen; oder (c) dem Verlust der Fähigkeit, den Schutz herbeizuführen, weil sich die Krankheit verursachende Bakterienstämme verändert haben. Die entgiftete Endotoxinkomponente des Kombinationsimpfstoffes bewirkt als starker Immunmodulator mit Neigung zur Verbreitung von B-Lymphozyten nicht nur eine raschere Ausbreitung dieser Antikörper-Stammzellen, sondern auch ihr früheres Auftreten im aktivierten funktionellen Zustand, was daher viel früher nach der Impfung als bei herkömmlichen Bakterin-Impfstoffen zur Produktion schützender Mengen von Antikörpern im Kreislauf des Wirts führt. Die Bakterin- Komponente des Kombinationsimpfstoffes, die aus einer Mutante besteht, die ein Antigen mit nacktem Kern (2-Keto-3- desoxyoctonsäure-Lipid A) besitzt und keine der Kohlenhydratseitenketten (O-Antigene) bzw. K-Antigene besitzt, die in herkömmlichen Bakterin-Impfstoffen vorhanden sind, verhindert die Entstehung von O-Antigen-spezifischem Immunglobulin E (IgE, Reagin) und damit die Auslösung einer IgE-bedingten Anaphylaxie nach der Impfung. Da das Antigen mit nacktem Kern im Gegensatz zu den Kohlenhydratseitenketten (O-Antigen bzw. K-Antigen-Serotypen) vielen gramnegativen Bakterien gemeinsam ist, erzeugt es Antikörper mit breitem Kreuzschutz, während es darüberhinaus den Verlust der Schutzwirkung aufgrund von epidemiologischen Verschiebungen und Verlagerungen bei den Kohlenhydratseitenketten (O-Antigene, K-Antigene, Serotypen) im Lauf der Zeit verhindert.
  • Vor der Entwicklung des Kombinationsimpfstoffes und des durch den Kombinationsimpfstoff hervorgebrachten Hyperimmunserums beinhaltete die medizinische Versorung in erster Linie die Chemotherapie erst nach Beginn der endotoxinbedingten Erkrankung. Der Vorteil des Hyperimmunserums besteht darin, daß es bei dem nichtgeimpften Tier mit einer klinisch sichtbaren Erkrankung den Krankheitsverlauf bessern kann, wodurch eine Verkrüppelung und/oder der Tod des Pferdes oder einer anderen Tierart verhindert wird.
  • Das Konzept des breitangelegten Schutzes mit Hilfe eines Kombinationsimpfstoffes per se und/oder eines durch den Kombinationsimpfstoff hervorgebrachten Immunserums gegen Bakteriämien und/oder Endotoxämien, die durch eine Vielzahl gramnegativer Bakterien verursacht werden und/oder damit zusammenhängen, stellt für die Tiermedizin auch in wirtschaftlicher Hinsicht einen Durchbruch dar, indem in der angewandten Immunologie neue Molekülbegriffe verwendet werden. Krankheiten, für die durch den Kombinationsimpfstoff ein Schutz erreicht wird, umfassen jene in Verbindung mit der durch Endotoxin hervorgerufenen intravaskulären Koagulation, und insbesondere die durch die gramnegativen Bakterien Salmonella enteritidis, Salmonella typhimurium, Salmonella typhosa, Salmonella minnesota, Salmonella abortus-equi und Escherichia coli verursachten Krankheiten.
  • Insbesondere werden die einzelnen Komponenten der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben:
  • MUTANTE
  • Die Mutante ist in der Amerikanischen Kultursammlung (= American Type Culture Collection) als ATCC Nr. 53000 hinterlegt.
  • Das zur Herstellung des genetisch modifizierten Mutantenstammes R-17 verwendete Elternisolat wurde aus einer aktiven Diarrhoe-Infektion eines Pferdes am Tiermedizinischen Institut der Universität von Missouri isoliert. Das ursprüngliche klinische Isolat wurde auf MacConkeys-Agar isoliert und zeigte bei einer 24-stündigen Inkubation bei 37ºC eine lactosenegative, glatte, schleimig glänzende Kolonie von 3,5-4 mm Durchmesser. Eine biochemische Analyse mit einem API-System (API Laboratory Products, 200 Express St., Plainview, New York 11803) in Verbindung mit dem Profilerkennungssystem (Profile Recognition System) von API und die Charakterisierung auf herkömmlichen Labornährböden ergab, daß das ursprüngliche klinische Isolat Salmonella enteritidis (Serotyp B - typhimurium) war. Dieser Organismus wird von Ewing und Martin beschrieben. (Ewing, W.H. und W.J. Martin: Enterobacteriaceae. In: Manual of Clinical Microbiology, 2. Auflage, Washington, American Society for Microbiology, 1974).
  • Eine spezielle Ausführungsform des Organismus der vorliegenden Erfindung betrifft einen durch ionisierende Strahlung hergestellten Deletionsmutantenstamm des Elternisolats von Salmonella enteritidis (Serotyp B - typhimurium). Ionisierende Strahlung bewirkt durch energiereiche Penetranz die Bildung von freien Radikalen, was die Zytoplasmamoleküle labil macht und zu einzelsträngigen Aufspaltungen in den Desoxyribonukleinsäuremolekülen führt, was somit eine hohe Frequenz von Deletionsmutationen bewirkt. Überlebende Mutanten zeigen im Phänotyp häufig verschiedene Grade der Unfähigkeit, ein intaktes Lipopolysaccharid zu synthetisieren. Solche Mutanten sind leicht zu erkennen, da sie flache, rauhe (R) Kolonien mit kleinem Durchmesser zeigen, im Gegensatz zu den großen, punktförmigen oder konvexen, glatten (G) Kolonien, die von dem Elternbakterium gebildet werden.
  • Röntgenmutagenese wurde auf herkömmlichen Gießplatten erreicht, die mit lebensfähigen Elternbakterien geimpft waren. Die Platten wurden in Abständen von 5 Sekunden bis zu höchstens 35 Sekunden mit einer Röntgenröhre mit Berylliumfenster vom Typ Machelett OEG 60 bestrahlt, die mit maximal 50 kV und 25 mA betrieben wurde, so daß sich eine Dosisrate von 250 rad/sec ergab. Die bestrahlten Platten wurden 2-4 Stunden auf 4ºC gehalten und dann bei 37ºC im Dunkeln inkubiert, um eine photoreaktivierung auszuschließen. Nach 24 Stunden wurden die inkubierten Platten auf eine Änderung der Morphologie der Kolonien hin untersucht. Kolonien mit einem Durchmesser von 2 mm oder weniger, die eine rauhe (R) Morphologie zeigten, wurden ausgewählt, mindestens 10 mal auffeste Nährböden aufgebracht, und mindestens 3 mal durch intraperitoneale Inokulation von Labormäusen untersucht, um einen konstant rauhen (R) Phänotyp sicherzustellen. Der Mutantenstamm R-17 wurde im Vergleich zu dem Stammisolat durch eine herkömmliche Untersuchung der Wirksamkeit bei Mäusen mit Hilfe einer in den Magen verabreichten Inokulation auf seine Avirulenz untersucht. Gereinigtes Lipopolysaccharid aus dem Mutantenstamm R-17 und das Elternisolat wurden chemisch analysiert durch Elektrophorese in einem Gel aus 2% Natriumdodecylsulfat und 10% Polyacrylamid (Palva, E.T. & P. Helena Makela, 1980, Lipopolysaccharide Heterogeneity in Salmonella typhimurium, Analyzed by Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis, European Journal of Biochemistry 107 : 137-143) und biologisch analysiert durch den farberzeugenden Limulus-Lysat-Test (Webster, C.J. 1980, Principles of a Quantitative Assay for Bacterial Endotoxins in Blood That Uses Limulus Lysate and a Chromatogenic Substrate, Journal of Clinical Microbiology (12(5):644-650), und durch Seroagglutination (Lindberg, A. A. & L. Le Minor. 1984, Serology of Salmonella. Bd. 15, S. 1-141; in Methods in Microbiology, T. Bergan, Hrsg., Academic Press, New York, 1984), und es konnte kein O-Antigen nachgewiesen werden. Der Mutantenstamm R-17 wurde daher als Chemotyp I oder II, als Mutante mit nacktem Kern und als neue Ausführungsform der Erfindung angesehen.
  • EXTRAKTION VON LIPOPOLYSACCHARID MIT TRICHLORESSIGSÄURE (BOIVIN-VERFAHREN)
  • Lipopolysaccharid (LPS) wird aus mit Aceton getrockneten Bakterien oder aus nassen Bakterien extrahiert, die in 5 Volumina destilliertem Wasser mit 0,25 N wäßriger Trichloressigsäure suspendiert sind. Das löslich gemachte LPS (der Überstand) wird von den restlichen Bakterien (Kügelchen) durch Zentrifugieren (5000xg, 30 Min., 40ºC) getrennt. Der pH-Wert des Überstands wird mit ION NaOH auf einen pH-Wert von 6,8 eingestellt, und LPS wird dann durch Zugabe von 2 Volumina kaltem absolutem Ethylalkohol aus dem Überstand ausgefällt. Das ausgefällte LPS wird gesammelt und mit kaltem absolutem Ethanol durch Zentrifugieren (10.000xg, 1 Std., 4ºC) gewaschen (3·), lyophilisiert und bis zum Gebrauch bei 4ºC gelagert.
  • HERSTELLUNG DES IMMUNMODULATORS
  • Mit Trichloressigsäure extrahiertes Lipopolysaccharid (LPS) wird in 100 Volumina frisch hergestelltem Pyridin und 90% Ameisensäure (2 : 1 v/v) gelöst, indem die Temperatur langsam auf den Siedepunkt angehoben und ungefähr 15 Minuten dort gehalten wird, oder bis eine sichtbare Klärung eintritt. Die Entgiftung erfolgt dann durch Zugabe eines gleichen Volumens destillierten Wassers zu der LPS-Pyridin-Ameisensäure-Lösung und durch 60-minütiges Rückflußerhitzen. Das entgiftete LPS wird über Nacht (4ºC) ausgefällt durch Zugabe von 4 Volumina kaltem absolutem Ethanol, durch Zentrifugieren (10.000xg, 1 Std., 4ºC) mit kaltem absolutem Ethanol gewaschen (3·) und dann lyophilisiert. Der entgiftete LPS-Immunmodulator wurde bei 4ºC gelagert oder in 0,1%igem wäßrigem Triethylamin zur ursprünglichen Konzentration gelöst, um sofort zur Immunpotenzierung verwendet werden zu können.
  • POTENZIERUNG DER IMMUNANTWORT UND HYBRIDOMVERSCHMELZUNG MIT DEM IMMUNMODULATOR
  • Gereinigtes Lipopolysaccharid bewirkt bekanntlich in vitro, d. h. in gezüchteten Gewebezellen, eine Lymphozytenblastogenese. Beim Menschen und bei anderen Säugetieren erzeugen Lymphozyten die Interleukine (IL-1, IL-2), die die Immunantwort hervorrufen und dadurch über die Metaboliten der Eicosatetraensäure (d. h. Prostanoide oder Prostaglandine) die Bildung von Antikörpern bewirken. Es ist auch bekannt, daß gereinigtes Lipopolysaccharid die Synthese von IL-1 und Prostacyclin in vivo potenziert. Gereinigtes Lipopolysaccharid oder in situ vorhandenes Lipopolysaccharid (in Verbindung mit gramnegativen Bakterien per se) besitzen jedoch intakte Kohlenhydratseitenketten (O-Antigene), die toxisch sind, wenn sie in vivo (d. h. in Säugetiere) eingeführt werden, was zu unerwünschten fiebrigen Reaktionen, Koagulopathien und gelegentlich tödlicher, disseminierter intravaskulärer Koagulation über anaphylaktoide Reaktionen in dem sensibilisierten Wirt führt. Gereinigtes Lipopolysaccharid ist in Konzentrationen im Bereich von Pikogramm und wenigen Nanogramm auch schädlich für Säugetiergewebe oder in vitro gezüchtete Zellkulturen.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung umfassen: 1) ein neues Verfahren zur Herstellung eines Immunmodulators, der für Säugetiere und Gewebezellkulturen ungiftig ist; 2) ein neues Verfahren, bei dem der Immunmodulator zur Immunisierung von Säugetieren gegen disperse oder lösliche Antigene verwendet wird, bei dem raschere und deutlich verstärkte Antikörperantworten erreicht werden, und bei dem auch die Erkennung eines breiteren Spektrums antigener Determinanten (Epitope) und die anschließende Produktion eines breiteren Bereiches an immunologischen Spezifitäten ermöglicht wird, und 3) ein neues Verfahren zur Verbesserung der Frequenz der Hybridisierung zwischen Antikörper synthetisierenden Plasmacytomzellen und B-Lymphozyten in einer Zellkultur aus 15-30% bis mehr als 85% durch primäre Immunisierung der Spendertiere mit dispersen oder löslichen Antigenen in Gegenwart des Immunmodulators.
  • Bei gleichzeitiger Verabreichung mit dem Antigen verbessert der Immunmodulator die primäre Immunantwort von Mäusen der Klassifizierung C57BL/6J. Die Verbesserung tritt sowohl bei dispersen Antigenen wie Pseudomonas aeruginosa als auch bei löslichen Antigenen wie Haemocyanin ein. Tiere, denen Antigen und Immunmodulator gleichzeitig injiziert wurden, zeigten 7, 14 und 35 Tage nach der Injektion einen höheren Antikörpertiter als Tiere, die das Antigen allein erhalten hatten. Der Immunmodulator verbessert nicht nur den Antikörpertiter bei der Immunantwort zu einem frühen Zeitpunkt, sondern, was noch wichtiger ist, scheint einen hohen Antikörpergehalt des Serums über längere Zeit zu erhalten. Die Verbesserung der speziellen Antikörperantwort durch den Immunmodulator wird durch den Injektionsweg nicht wesentlich beeinflußt, da die Verbesserung festgestellt wird, wenn Antigen und Immunmodulator intravenös, intraperitoneal oder subkutan in unvollständigem Freund-Adjuvans injiziert werden.
  • Diese Ergebnisse sind in Tabelle A zusammengefaßt. Bei diesen Experimenten waren in jeder Gruppe 5 weibliche Tiere. Die Versuchstiere erhielten Antigen und Immunmodulator (75 ug/Dosis), und die Kontrolltiere erhielten eine gleiche Menge Antigen und sterile Kochsalzlösung. Die Serumantikörpertiter wurden durch einen indirekten ELISA-Test festgestellt.
  • Der Immunmodulator zeigt keine Toxizität, wie aus der Untersuchung seiner Wirkung auf das Wachstum von Zellkulturen hervorgeht. Wenn SP2/O-Mausmyelomzellen mit Immunmodulator in Konzentrationen von 100, 10, 1, 0,1 ng pro ml Nährflüssigkeit kultiviert wurden, erreichten die Kulturen mit Immunmodulator Zelldichten, die gleich oder etwas größer waren als die der entsprechenden Kontrollkulturen. Myelomzellen wurden in Nährmedium RPMI 1640 kultiviert, das mit 10% fötalem Rinderserum, 2% L-Glutamin, 1% Natriumpyruvat und Antibiotika versetzt war. Der Immunmodulator wurde in geeigneten Konzentrationen als sterile, wäßrige Lösung dem Nährmedium zugesetzt. Die Zelldichten wurden 24, 48, 72 und 96 Stunden nach Zugabe des Immunmodulators und/oder eines äquivalenten Volumens von sterilem destilliertem Wasser ermittelt. TABELLE A Immunisierung von Mäusen der Klassifizierung C57BL/6J mit dispersen oder löslichen Antigenen mit und ohne Immunmodulator auf verschiedenen Impfwegen. Antikörpertiter nach der Immunisierung Tiergruppe Antigen Impfweg 7 Tage 14 Tage 35 Tage Immunmodulator Kontrollgruppe in unvollständigem Freund-Adjuvans Hämocyanin intravenös subkutan intraperitoneal * Verdünnung des Serums
  • Die Vakzine
  • Die Vakzine umfaßt eine Bakterienmutante (Bakterin), einen Immunmodulator (Endotoxid) und einen Proteine und Lipide bindenden Träger (Adjuvans). Die Vakzine wird intramuskulär oder subkutan verabreicht in Konzentrationen von 1 · 10&sup7; Bakterien (vorzugsweise 1 · 10¹&sup0; Bakterien) oder mehr, 100 Mikrogramm oder mehr (vorzugsweise 100 bis 4000 Mikrogramm) entgiftetem Endotoxin in einem Träger mit lipophiler und proteinophiler Affinität.
  • Das Bakterin besteht vorzugsweise aus einer abgetöteten Suspension einer Mutante von Salmonella enteritidis, die keine Kohlenhydratseitenketten besitzt. Die Bakterien können hergestellt werden durch Inokulation einer sterilen, angereicherten Nährlösung mit einer Subkultur der Mutante von Salmonella enteritidis und durch aerobe Inkubation bei 37ºC, um eine größtmögliche Bakterienmasse zu erhalten. Die Bakterien werden abgetötet durch Zugabe eines bakteriziden Mittels wie Merthiolat. Es wird geprüft, ob die Bakterien noch lebensfähig sind, dann werden sie mit steriler, nichtpyrogener physiologischer Kochsalzlösung gewaschen (4·) und wieder auf die gewünschte Stammkonzentration gebracht, um sie den anderen Komponenten der Vakzine beizumischen.
  • Das entgiftete Endotoxin wird hergestellt durch Beimischen von gramnegativem bakteriellem Endotoxin zu einer Pyridin- Ameisensäure-Lösung (Verhältnis 2 : 1). Das Gemisch aus Endotoxin, Pyridin und Ameisensäure wird in einem sterilen Rückflußkühler gründlich vermischt, die Temperatur wird bis zum Siedepunkt erhöht, und das Gemisch wird unter Rückfluß erhitzt, um die optimale Methylierung von Endotoxin zu erreichen. Das methylierte, entgiftete Endotoxin wird dann aus dem wäßrigen Rückflußgemisch durch Zugabe von Alkohol ausgefällt, durch Zentrifugieren gesammelt, durch erneute Suspension in Alkohol und erneutes Zentrifugieren gewaschen, und schließlich in nichtpyrogenem destilliertem Wasser bis zur gewünschten Stammkonzentration gelöst, um den anderen Komponenten der Vakzine beigemischt zu werden.
  • Das Adjuvans besteht aus einem Träger mit einer hohen lipophilen und proteinophilen Affinität, die ausreicht, um den Proteinanteil des Bakterins und den Lipidanteil des entgifteten Endotoxins zu absorbieren. Das Adjuvans ist vorzugsweise ein Adjuvans auf Fettsäurebasis, auf Ölbasis oder auf Aluminiumbasis (beispielsweise Dialuminiumtrioxid). Die Trägereigenschaften von Dialuminiumtrioxid wirken durch Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Suspension und erlauben eine anhaltende Freisetzung des Bakterins und des entgifteten Endotoxins, so daß eine größtmögliche Produktion von Antikörpern sichergestellt ist. Wenn Dialuminiumtrioxid als Adjuvans mit einer hohen proteinophilen und lipophilen Affinität verwendet wird, sind ungefähr 1,5 Vol.-% optimal.
  • Wenn normale Pferde mit dem Kombinationsimpfstoffimmunisiert waren, erzeugten sie in ihrer Blutbahn Antikörper in einer Menge, die ausreichend Schutz bot, wenn sie im Labor mit Kohlenhydraten überfüttert wurden (d. h. eine Überfütterung, die nachahmt, was auch in der Natur vorkommt), oder wenn ihnen bakterielle Endotoxine (d. h. eine künstlich ausgelöste Krankheit, die auch in der Natur vorkommt) intravenos injiziert wurden. Wenn normale Rinder mit der Vakzine immunisiert waren, entwickelten sie ebenfalls Antikörper; und zeigten keinen Anstieg der Körpertemperatur oder einen anormalen Anstieg von Zahl oder Art der weißen Blutkörperchen. Die Vorteile des Kombinationsimpfstoffes sind (a) das Mutantenbakterium, das keine Komponenten besitzt, die normalerweise in seiner Zellwand vorhanden sind und zu unerwünschten anaphylaktoiden Reaktionen führen; (b) ein Adjuvans oder einen Träger, der eine anhaltende Freisetzung von Bakterin und/oder entgiftetem Endotoxin und folglich eine größtmögliche Produktion neutralisierender Antikörper sicherstellt, und (c) das entgiftete Endotoxin, das selbst die Bildung der wünschenswerten neutralisierenden Antikörper gegen intaktes Endotoxin und Bakterien zu einem früheren Zeitpunkt und in größeren Mengen begünstigt. Der Kombinationsimpfstoff hat auch die Eigenschaft, einen breiten Schutz gegen viele durch gramnegative Bakterien ausgelöste Krankheiten zu bieten, da die Grundstruktur des Antigens den meisten gramnegativen Bakterien gemeinsam ist; dennoch fehlen ihm jene in bestehenden Impfstoffen vorhandene Komponenten, die zu einer unerwünschten Anaphylaxie führen.
  • Beobachtungen im Labor deuten darauf hin, daß eine Übersättigung mit Kohlenhydraten zu erhöhten Säurekonzentrationen im Darm (d. h. Dickdarm) führt, was wiederum die normalerweise undurchlässige Darmwand beschädigt und gleichzeitig die Anzahl der normalerweise im Darminhalt und in der Darmwand vorhandenen gramnegativen Bakterien reduziert, indem deren Migration in die Blutbahn (Septikämie) und die Zerstörung der Säure im Darm per se begünstigt wird. Das Abtöten dieser Bakterien führt zur Freisetzung von Endotoxin aus ihren Zellwänden, das wiederum durch die durch die Säure beschädigte Darmwand in die Blutbahn gelangt. Das Endotoxin im Blut bewirkt dann die unerwünschten Blutpfropfen in den kleinen Blutgefäßen (intravaskuläre Koagulation). Bei Pferden und anderen Huftieren bilden sich diese unerwünschten Blutpfropfen in den kleinen Blutgefäßen, was letztendlich zum Absterben des Hufgewebes, zu einer dauernden Verkrüppelung und/oder zum Tod des Tieres führt.
  • Die speziellen Vorteile des Kombinationsimpfstoffes bei Pferden bestehen darin, das Verkrüppeln und die tödliche Wirkung von Laminitis oder Kolik zu verhindern, indem Endotoxin und/oder gramnegative Bakterien neutralisiert werden, die in die Blutbahn von Pferden gelangen, die zufälligerweise überfüttert werden, lahmen oder an sonstigem Stress leiden. Die speziellen Vorteile des Kombinationsimpfstoffes bei Rindern bestehen ebenfalls darin, die endotoxinbedingten Krankheiten zu verhindern oder zu reduzieren, indem Endotoxin und/oder gramnegative Bakterien, die in die Blutbahn oder in andere Gewebe gelangen, neutralisiert werden. Das Syndrom des plötzlichen Todes bei Mastvieh, hervorgerufen durch Endotoxin von gramnegativen Bakterien aus dem Darm, ist ein klassisches Beispiel für eine solche Krankheit mit im Augenblick immensen wirtschaftlichen Auswirkungen im Bereich der Viehwirtschaft.
  • Wirksamkeit und Sicherheit von Komponenten der Vakzine
  • Es wurden ausführliche Tests durchgeführt, um die Wirksamkeit und Sicherheit der Komponenten der Vakzine nachzuweisen.
  • Es wurde festgestellt, daß die Aufnahme des Immunregulators Endotoxoid zusammen mit Bakterin im allgemeinen eine frühere und verbesserte Immunantwort bei geimpften Tieren herbeiführte. Gruppen von gesunden erwachsenen Pferden und Ponys wurden intramuskulär mit Bakterin + Endotoxoid oder mit dem Bakterin allein geimpft. Von den Tieren waren eine Woche vor Beginn des Versuchs Blutproben genommen worden, und die Immunprofile zeigten, daß alle normal waren (d. h. kein Befund einer chronischen Laminitis). Serumproben wurden in Abständen von 24 Stunden nach der Immunisierung gezogen, und mit Hilfe des antigenspezifischen Festphasen-Radioimmuntests wurden die Antikörpertiter ermittelt. Die in Fig. 1 dargestellten Werte zeigen, daß die mit Bakterin + Endotoxoid geimpften Tiere bereits 3 Tage nach der Impfung nachweisbare Antikörpertiter entwickelten und nicht erst nach 7 Tagen, wie die Tiere, die das Bakterin allein erhalten hatten. Die Untersuchung der Immunantwortkurven in Fig. 1 in der Zeit zwischen dem 3. und dem 14. Tag ergab für die Gruppen, die Bakterin + Endotoxoid erhalten hatten, eine steilere Kurve als für die Gruppen, die nur Bakterin erhalten hatten. Dies deutete darauf hin, daß sich bei den zuerst genannten Gruppen verstärkt Antikörper bildeten. Infolgedessen wurde postuliert, daß die Gruppen, die Bakterin + Endotoxoid erhalten hatten, früher geschützt waren. Außerdem ergab sich ein insgesamt höherer Schutz aufgrund der höheren Konzentrationen von neutralisierenden und/oder opsonisierenden Antikörpern in ihrer Blutbahn, im Gegensatz zu den Tieren, die nur das Bakterin erhalten hatten.
  • Endotoxoid (d. h. entgiftetes Endotoxin) wurde Mäusen, Pferden und Ponys sowie Rindern verabreicht, um die maximale Endotoxoidmenge zu ermitteln, die ohne Risiko dem Bakterin als Immunregulator in der Vakzine beigegeben werden konnte. Eine LD&sub5;&sub0; für Mäuse der Klassifizierung CF-1 wird normal erweise innerhalb von 72-96 Stunden durch intravenöse Injektion von 0,3-0,6 mg nativem Endotoxin erreicht.
  • Gruppen von männlichen CF-1-Mäusen (L 5-20 Gramm) wurden in die seitliche Schwanzvene mit 0,1 ml physiologischer Kochsalzlösung, 300 ug Endotoxin in 0,1 ml physiologischer Kochsalzlösung und mit Konzentrationen von jeweils 600 ug, 6000 ug und 12.000 ug Endotoxoid in 0,1 ml physiologischer Kochsalzlösung geimpft. Die Mäuse wurden in Abständen von 24 Stunden auf eventuelle Schädigungen und Todesfälle kontrolliert. Todesfälle wurden in der Endotoxingruppe (positive Kontrollgruppe) nach 48 Stunden festgestellt, wobei eine maximale Sterblichkeit (56%) nach 72 Stunden festgestellt wurde (Tabelle 1). Im Vergleich dazu wurde bei der Gruppe, die die doppelte Menge Endotoxoid (600 ug) erhielt, keine Sterblichkeit festgestellt; bei der Gruppe, die das 20fache (6000 ug) erhielt, kam es zu einer Sterblichkeit von nur 17%, während die 40fache Menge Endotoxoid (12.000 ug) eine LD&sub5;&sub3; ergab. Daraus wurde geschlossen, daß das Endotoxoid mindestens 40 mal weniger giftig ist als sein natives Endotoxin.
  • Tabelle 1. Vergleich von Endotoxoid und Endotoxin bei CF-1- Mäusen. Gruppen von Mäusen, die folgendes erhielten: Konzentration von Überlebensrate Endotoxin Plazebo Konz. Phys. Kochsalzlösung
  • Erwachsenen Pferden und Ponys wurden intramuskulär bis zu 5 mg Endotoxoid geimpft. Die Tiere wurden 4 Tage lang zweimal täglich auf die Entstehung von Fieber, den Verlust der peripheren Perfusion, einen erhöhten Puls, den Blutdruck, das Entstehen von Lethargie und Diarrhoe beobachtet. Keines der Tiere, die die 2,5 mg Dosis erhalten hatten, zeigte irgendwelche ungünstigen Symptome. Ein paar von den Tieren, denen die 5 mg Dosis geimpft worden war, hatten einen vorübergehenden Temperaturanstieg auf 103-105ºF, einen leicht erhöhten Puls und einen geringen Verlust der peripheren Perfusion. Diese Symptome klangen innerhalb von 8-12 Stunden wieder ab. Bei keinem der Tiere kam es zu Diarrhoe, einer Dyskrasie des Blutes oder zu anderen irreversiblen Auswirkungen. Man schloß daraus, daß bis zu 2,5 mg (2500 ug) oder das 25fache der 100 ug Endotoxoid, die zur Aufnahme als Immunregulator in die Vakzine vorgeschlagen worden waren, ohne Risiko bei Pferden und Ponys verwendet werden konnten.
  • Rindern wurden intramuskulär bis zu 1000 ug Endotoxoid geimpft, und sie wurden 16 Tage lang in Abständen von 2 Tagen auf die Entstehung von Fieber, Leukopenie und/oder Leukozytose, Anomalien der mononuklearen Zellen (unterschiedliche Zellzahlen), Erythrozytenanomalien, Lethargie und Diarrhoe beobachtet. Bei den Rindern wurden keine unerwünschten Wirkungen festgestellt. Daraus schloß man, daß bis zu 1000 ug Endotoxoid ohne Risiko als Immunregulator in die Vakzine für Rinder aufgenommen werden konnten.
  • Sicherheit der Vakzine
  • Die Sicherheit bei der Verwendung der Vakzine wurde anhand der folgenden Kriterien beurteilt: 1) Große Dosen (bis zum 5fachen) bei Labormäusen, Pferden und Rindern gegenüber der empfohlenen Dosis für herkömmliche Impfpläne; 2) Impfung von Pferden und Rindern mit einer Mehrfachdosis innerhalb eines kurzen Zeitraums; 3) Impfweg (d. h. intramuskulär, subkutan oder interperitoneal); 4) bei Labormäusen als Mittel einer späteren Qualitätskontrolle; 5) bei Laborpferden und -ponys, wo mehrere Kriterien untersucht werden konnten; und 6) bei Feldtests, wo Pferde und Ponys und Rinder in großen Zahlen und fit einem ubiquitären Gen-Pool auf eine begrenzte Anzahl von Parametern hin untersucht werden konnten.
  • Gruppen von erwachsenen, männlichen und weiblichen Mäusen (20-25 g) wurden 1 ml aliquote Teile der Vakzine oder Komponenten der Vakzine geimpft. Die Mäuse wurden in bezug auf Sterblichkeit, Felltextur, Krümmung der Wirbelsäule und Zusammenkauern, was auf periphere vaskuläre Hypothermie hindeutet, auf Dehydration, Lethargie, Diarrhoe und Abszeßbildung für die Dauer von bis zu 96 Stunden beobachtet.
  • Tabelle 2. Impfung von Mäusen mit der Vakzine
  • Gruppe Überlebensrate nach 96 Stunden (%)
  • Vakzine/subkutan 100
  • Vakzine/intramuskulär *100
  • Vakzine/intraperitoneal ** 70
  • Bakterin/subkutan 100
  • Endotoxoid/subkutan 100
  • Träger/subkutan 100
  • Träger/intraperitoneal *** 50
  • Physiologische Kochsalzlösung 100
  • * Mäuse wurden aufgrund ihrer geringen Größe intramuskulär mit 10-0,1 ml aliquoten Teilen geimpft.
  • ** Mäuse starben an schwerer Dehydration aufgrund der Adsorption von Serumproteinen durch den stark lipo- und proteinophilen Träger.
  • *** Anschließende intraperitoneale Impfung mit 1 ml aliquoten Teilen (entspricht der Menge des Trägers in 2 ml Vakzine).
  • Die Werte in Tabelle 2 geben an, daß subkutan oder intramuskulär verabreichte 1 ml Dosen der Vakzine für Labormäuse kein Risiko darstellten. Bei der intraperitonealen Impfung kam es jedoch zu einer Sterblichkeit von 30% aufgrund des hohen Verhältnisses von lipo- und proteinophilem Träger zu Körpermasse (1 : 20) und der anschließenden Proteindehydration. Man schloß daraus, daß der bei der intraperitonealen Impfung von Labormäusen festgestellte nachteilige Effekt irrelevant ist, da die Zielgattung für die Vakzine von Natur aus ein größeres Körpergewicht im Verhältnis zum Träger besitzt, und der empfohlene Impfweg intramuskulär oder subkutan und nicht so sehr intraperitoneal sein würde.
  • Gesunde, erwachsene Pferde wurden intramuskulär mit 2 aufeinanderfolgenden Dosen der Vakzine in 5facher Konzentration (5 · 10¹&sup0; Bakterien, 500 ug Endotoxoid) im Abstand von 6 Tagen geimpft. Die Tiere wurden 20 Tage lang täglich auf Anorexie, Lethargie, Diarrhoe, Dehydration und Empfindlichkeit, Schwellung und/oder Abszeßbildung an der Injektionsstelle beobachtet. Der einzige nachteilige Effekt war eine vorübergehende Empfindlichkeit und Schwellung an der Injektionsstelle, was aber innerhalb von 48-72 Stunden wieder zurückging.
  • Rinder mit einem Gewicht von 500-650 lbs. wurden intramuskulär mit 2 aufeinanderfolgenden Dosen der Vakzine in 4,5facher Konzentration (entspricht 4,5 · 10¹&sup0; Bakterien und 437 ug Endotoxoid) im Abstand von 18 Tagen geimpft. Eine Kuh wurde mit einer 11,25fachen Dosis der Vakzine (entspricht 1,125 · 10¹&sup0; Bakterien und 1 mg Endotoxoid) geimpft. Alle Tiere wurden zweimal täglich auf Anorexie, Lethargie, Diarrhoe, Dehydration und Empfindlichkeit, Schwellung und/oder Abszeßbildung an der Injektionsstelle untersucht. Bei keinem der Rinder wurden nachteilige Reaktionen festgestellt.
  • Die obigen Daten zeigen an, daß der Dosisbereich und die Verabreichungsart, wie sie für Pferde und Rinder empfohlen waren, kein unerwünschtes Risiko für die Tiere darstellten.
  • Gesunden, erwachsenen Pferden wurden intramuskulär 2,5fache Dosen der Vakzine (entspricht 2,5 · 10¹&sup0; Bakterien und 200 ug Endotoxoid) 9 Tage lang im Abstand von 3 Tagen geimpft; dann ließ man sie 7 Tage ruhen, und dann wurde der Impfplan von 3 Dosen in Abständen von 3 Tagen weitere 5 mal wiederholt. Die Pferde wurden über einen Zeitraum von 64 Tagen insgesamt 18 mal geimpft. Die Impfungen wurden nacheinander abwechselnd vom Hals bis zum Hinterteil verabreicht. Die Tiere wurden täglich auf Anorexie, Lethargie, Diarrhoe, Dehydration sowie auf Empfindlichkeit, Schwellung und/oder Abszeßbildung an den Injektionsstellen untersucht. Die einzige nachteilige Reaktion war bei einem Tier nach zehn Impfungen eine örtliche Empfindlichkeit, eine herdförmige Schwellung und eine Abszeßbildung an zwei Injektionsstellen. Die Abszesse lösten sich nach Ableitung des Eiters rasch auf, und der Impfplan wurde fortgesetzt. Die Tiere zeigten sonst keine weiteren nachteiligen Reaktionen.
  • Kälber mit einem Gewicht zwischen 190 und 650 lbs. wurden subkutan mit einer 4fachen Dosis der Vakzine geimpft (entspricht 4 · 10¹&sup0; Bakterien und 400 ug Endotoxoid). Siebzehn Tage später wurde ein Teil der Kälber intramuskulär mit einer einfachen Dosis der Vakzine geimpft. Alle Tiere wurden 120 Tage lang täglich auf Anorexie, Lethargie, Diarrhoe und Dehydration hin beobachtet. Alle Tiere wurden 15 Tage lang in Abständen von 3 Tagen, dann 120 Tage lang in Abständen von 30 Tagen auf Gewichtsverlust, Körpertemperatur und Dyskrasie des Blutes untersucht. Fünf der Kälber hatten feste, umschriebene Knötchen im subkutanen Gewebe, die 8-12 Tage nach der ersten subkutanen Injektion (4fache Dosis) resorbiert waren. Ähnliche Knötchen waren nach der erneuten, intramuskulär verabreichten Impfung derselben Kälber mit der einfachen Dosis nicht sichtbar.
  • Eine Herde von Pferden und Ponys wurde intramuskulär mit 2 Dosen der Vakzine (entspricht 1 · 10¹&sup0; Bakterien und 100 ug Endotoxoid pro kg Körpergewicht) im Abstand von 14 Tagen geimpft. Die Tiere wurden 20 Tage lang täglich auf Anorexie, Lethargie, Diarrhoe, Dehydration und Empfindlichkeit, Schwellung und/oder Abszeßbildung an der Injektionsstelle untersucht. Bis auf eine leichte, vorübergehende Schwellung an der Injektionsstelle bei ein paar Tieren wurden keine unerwünschten Effekte festgestellt.
  • Eine Herde Mastvieh mit einem Gewicht zwischen 550 und 650 lbs. wurde mit 1 Dosis Vakzine (entspricht 1 · 10¹&sup0; Bakterien und 100 ug Endotoxoid pro kg Körpergewicht) geimpft. Ein Teil der Rinder wurde intramuskulär geimpft, und der Rest wurde subkutan geimpft. Die Rinder wurden 50 Tage lang täglich auf Anorexie, Lethargie, Diarrhoe und Dehydration sowie auf Empfindlichkeit, Schwellung und/oder Abszeßbildung an den Injektionsstellen untersucht. An den Injektionsstellen wurden keine nachteiligen Reaktionen festgestellt. In bezug auf die Impfung wurden keine offenbaren systemischen Anomalien festgestellt. Bei keinem der subkutan geimpften Tiere war eine subkutane Knötchenbildung festzustellen.
  • Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die intramuskuläre oder subkutane Impfung von Rindern und Pferden oder Ponys mit der Vakzine in vernünftigen und empfohlenen Dosierungen für die Tiere weg oder kein Risiko darstellt.
  • WIRKSAMKEIT DER VAKZINE
  • Gesunde, erwachsene Pferde und Ponies wurden durch intramuskuläre Impfung mit zwei einfachen Dosen der Vakzine (entspricht 1 · 10¹&sup0; Bakterien und 100 ug Endotoxoid) ungefähr im Abstand von zwei Wochen immunisiert. Den Tieren wurde ungefähr alle zwei Wochen Blut abgenommen, und die Antikörpertiter wurden durch den Radioimmuntest ermittelt. Die Immunantwortkurven erreichten normalerweise ungefähr 20-30 Tage nach der ersten Immunisierung oder 10-20 Tage nach der zweiten oder anamnestischen Immunisierung ein Maximum. Die Schutzwirkung wurde durch Kohlenhydratüberfütterung (peroral) oder durch Verabreichung subletaler Dosen von Endotoxin (intravenös) an geimpfte Tiere zu verschiedenen Zeiten nach der zweiten Immunisierung ermittelt. Siebzig bis achtzig Prozent der nichtgeimpften Pferde oder Ponys bekam 40 bis 50 Stunden nach der Kohlenhydratüberfütterung mit einem über einen Magenschlauch in einer Dosis von 17,6 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht verabreichten Maisstärke-Holzmehl-Schleim akute Laminitis der Obel-Stärke 3-4. Einhundert Prozent (100%) der nichtgeimpften Pferde oder Ponys bekam Tachypnoe, Dyspnoe und Ataxie innerhalb von 2-3 Minuten und setzte 45 Minuten nach der intravenösen Verabreichung von Endotoxin in einer Dosis von 10 ug pro Kilogramm Körpergewicht flüssigen, ungeformten Stuhl ab.
  • Tabelle 3. Belastung geimpfter Pferde durch Kohlenhydratüberfütterung und i.v. verabreichtes Endotoxin Belastung mit Kombinationsimpfstoff Plazebo (peroral) Endotoxin Gesamt
  • * Anzahl der Tiere, die nach der Exposition Laminitis der Obel-Stärke 3-4 oder endotoxinbedingte Symptome bekamen.
  • Aus Tabelle 3 geht hervor, daß ungefähr 90% der geimpften Tiere, verglichen mit 15 bis 25% der nichtgeimpften Kontrollgruppe (bestehend aus 100 Tieren über 12-14 Jahre), nach der Belastung durch Kohlenhydratüberfütterung keine Laminitis der Obel-Stärke 3-4 bekamen, was auf eine Schutzwirkung von mindestens 65-75% hindeutet. Ein ähnlicher Vergleich der geimpften und nichtgeimpften Pferde, denen eine subletale Menge Endotoxin verabreicht worden war, deutet auf eine Schutzwirkung von mehr als 60% hin. Infolgedessen wurde angenommen, daß die Impfung normaler, erwachsener Pferde oder Ponys mit zwei einfachen Dosen der Vakzine bis zu 90% der Tiere vor Kohlenhydratbedingter Laminitis schützte, und mehr als 60% vor endotoxinbedingter Endotoxämie.
  • Eine Gruppe Rinder beiderlei Geschlechts und verschiedenen Alters wurde subkutan mit einer oder zwei Dosen der Vakzine geimpft. Den Tieren wurde Blut abgenommen, und 15 Tage lang in Abständen von 3 Tagen und danach bis zu 120 Tage lang in Abständen von 30 Tagen wurden Seren gewonnen. Die Antikörpertiter wurden durch den Radioimmuntest ermittelt. Bei allen Tieren zeigte sich 20 Tage nach der Impfung eine 2- bis 4fache Erhöhung des Antikörpertiters. Nachweisbare Titer waren bei ungefähr 70% der Tiere 120 Tage nach der Impfung vorhanden. Ein Teil der Gruppe bekam 30 Tage nach der Impfung eine hohe Kolenhydratration, und nach 17 Wochen zeigten sich keine Anzeichen für Anorexie, Diarrhoe, Lahmheit oder das Syndrom des plötzlichen Todes.
  • Eine Herde Mastvieh mit einem Gewicht zwischen 550 und 680 lbs. wurde mit einer einfachen Dosis der Vakzine geimpft und täglich auf Diarrhoe, Lahmheit und plötzlichen Tod kontrolliert. Während des 11-wöchigen Beobachtungszeitraums kam es zu keiner Durchfallerkrankung, Lahmheit oder zu einem Todesfall.
  • Das Serum
  • Die Entwicklung und therapeutische Verwendung von Hyperimmunserum basierte auf der Annahme, daß nichtgeimpften Tieren mit klinisch feststellbaren endotoxinbedingten Krankheiten nach der Impfung mit dem Kombinationsimpfstoff nicht die erforderliche Zeit gelassen wird, bis ihr eigenes Immunsystem schützende Mengen von Antikörpern bildet. Passive Immunisierung mit bereits bestehenden, durch ein anderes Tier gebildeten, aufbewahrten Antikörpern (Hyperimmunserum) stellte ein Mittel zum kurzfristigen Schutz dar, das zu einer Besserung der endotoxinbedingten Krankheit beitragen konnte, bis das eigene Immunsystem des Tieres einen ausreichenden Schutz bot. Eine akute Laminitis-Erkrankung bei einem nichtgeimpften Pferd, das zufällig in den Futtertrog tritt und anschließend lahmt, ist ein klassisches Beispiel von aktueller Bedeutung für die Pferdewirtschaft.
  • Das Hyperimmunserum besteht aus Blutgerinnselserum oder Plasma oder aus Teilen desselben (Gammaglobulin, Immunglobulin oder Immunglobulin IgGT), die einen oder mehrere für den Kernbestandteil (2-Keto-3-desoxyoctonsäure-Lipid A) im Endotoxin von Bakterien der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae spezifische(n) Antikörper enthalten, der/die durch Hyperimmunisierung der Tiere mit dem Kombinationsimpfstoff gebildet wird/werden.
  • Hyperimmunserum wird hergestellt, indem gesunden erwachsenen Pferden 6 mal hintereinander je 2,5 ml des Kombinationsimpfstoffes in Abständen von 3 Tagen und danach 2 mal hintereinander je 2,5 ml in Abständen von 7 Tagen intramuskular injiziert werden. Vor der Impfung und in Abständen von 3 Tagen nach der Impfung werden den Pferden zur serologischen Analyse Serumproben entnommen. Die Konzentrationen der antigenspezifischen Immunglobuline (gG, GT, A und M) werden durch den Radioimmuntest unter Verwendung des 125I- Proteins A ermittelt. Wenn bei jedem Tier die Immunantwort sich auf einem hohen Titer eingependelt hat, werden durch Venenpunktion jeweils 12 Liter Vollblut entnommen. Das Hyperimmunserum erhält man durch Zentrifugieren nach der Koagulation (ungefähr 24 Std.), und es wird dann hitzeaktiviert (56ºC, 30 Min.) und bis zum Gebrauch oder zur anschließenden Reinigung von Gammaglobulin oder Immunglobulin bei 4ºC gelagert.
  • Gammaglobulin wird hergestellt durch Ausfällung aus aliquoten Teilen von Hyperimmunserum mit 50% gesättigtem Ammoniumsulfat (SAS). Das Präzipitat wird dann wieder in 0,01 M Phosphatpuffer (PB, NaH&sub2;PO&sub4;-Na&sub2;HPO&sub4;, pH 8) suspendiert und gründlich gegen denselben Puffer dialysiert, um SAS zu entfernen.
  • Das aus 50 ml aliquoten Teilen von Hyperimmunserum gewonnene Gammaglobulin wird auf eine Säule (5 · 50 cm) von Diethylaminoethyl(DEAE)-Cellulose absorbiert, die mit PB äquilibriert wurde-und einen pH-Wert von 8 besitzt. Die Säule wird anfänglich mit Äquilibrierungspuffer (PB, pH 8) aufgeschlossen, um IgG herauszuspülen, und anschließend wird dem PB ein NaCl-Gradient (0,03 M) zugesetzt, um IgG(T) zu dissoziieren. Das Eluat wird in aliquoten Teilen von 5 ml mit Hilfe eines gekühlten Fraktionssammlers gesammelt, und die Elutions-Peaks werden fortlaufend mit einem Spektralphotometer der Marke Beckman DB-GT bei zwei Wellenlängen von 360 und 380 nm überwacht. Die Proteinkonzentration wird mit der Warberg-Christian-Konstanten ermittelt und nach der Lowry-Methode bestätigt. Die aliquoten Teile von IgG(T) werden gesammelt, lyophilisiert und bei -40ºC gelagert, um später zur passiven Immunisierung verwendet zu werden. Pferde, die im Versuch durch Überfütterung mit Kohlenhydraten oder durch intravenöse Injektion von bakteriellen Endotoxinen zum Lahmen gebracht wurden, zeigten bei Verabreichung von Hyperimmunserum, das aus anderen, mit dem Kombinationsimpfstoff geimpften Pferden gewonnen wurde, eine rasche Besserung. In ähnlicher Weise wird der Tod aufgrund einer intravenösen Injektion von bakteriellen Endotoxinen bei Labormäusen durch Immunisierung mit Hyperimmunserum verhindert, das aus Pferden gewonnen wurde, die mit dem Kombinationsimpfstoff geimpft waren.
  • Gruppen von gesunden, männlichen erwachsenen (20 g) Mäusen (CF-1) wurden intraperitoneal (IP) mit 1 ml aliquoten Teilen aus 100%, 10% oder 0,1% vollem Hyperimmunserum von Pferden an vier (4) aufeinanderfolgenden Tagen geimpft. Die Tiere wurden vier Tage lang in Abständen von 12 Stunden auf Dyspnoe, Rigor, Perfusion an Nase und Schwanz, geschwollene Augen, Felltextur und Tod beobachtet. Im Zusammenhang mit den IP-Seruminjektionen wurden keine unerwünschten Effekte beobachtet.
  • Einem erwachsenen gesunden Pony wurden durch intravenöse Tropfinfusion über 90 Minuten 700 ml Hyperimmunserum geimpft, dem 1000 ml mit Lactat angereicherte Ringer-Lösung beigemischt war. Das Tier wurde 6 ½ Stunden (in Abständen von 10-15 Minuten) auf eine Änderung der Körpertemperatur, den Puls und die periphere Perfusion überwacht; außerdem auf Unwohlsein und/oder Schmerzen. Das Pony machte keine Anzeichen für Unwohlsein oder Schmerzen. Die Körpertemperatur und der Puls zeigten ungefähr 60-90 Minuten nach Beginn der intravenösen Tropfinfusion eine leichte (statistisch unbedeutende) Erhöhung (100,4º → 101,3ºF; 50 → 56 Herzschläge/Min.)
  • Bei einem klinischen Test wurde ein 900 lb. schweres Pferd mit Komplikationen, die auf einen septischen Schock zurückzuführen waren, über einen Zeitraum von 10 Stunden fortlaufend intravenös mit 1200 ml Hyperimmunserum in mit Lactat angereicherter Ringer-Lösung geimpft. Das Tier hatte keine unerwünschten Anzeichen für Toxizität, und es zeigte sogar eine deutliche Besserung.
  • Um die Sicherheit der intramuskulären Impfung zu beurteilen, wurden gesunde, erwachsene Ponys intramuskulär (IM) mit 0, 10, 20 und 40 ml Hyperimmunserum geimpft. Die Tiere wurden 30 Min., 1, 2, 4, 8, 16 und 24 Stunden nach der Impfung auf (1) Urinieren; (2) Diarrhoe; (3) Rigor; (4) periphere Perfusion; (5) Temperatur; (6) Atmung; (7) Puls; (8) Leukozytose (oder -penie); und (9) Erythrozytose (oder -penie) kontrolliert. Es wurden keine unerwünschten Effekte beobachtet. Ein diffuses Knötchen war im Hals eines Ponys zu sehen, dem die 40 ml Dosis intramuskulär verabreicht worden war. Das Knötchen war aber nach 4 Stunden zurückgegangen.
  • Gammaglobulin, das den schützenden Antikörper enthält, wurde aus dem Hyperimmunserum extrahiert, um die Schutzwirksamkeit auf der Basis von mg Protein zu ermitteln. Vorimmun- und Hyperimmunserum von einzelnen Pferden, die mit der Vakzine hyperimmunisiert waren, wurde miteinander verglichen, indem Untergruppen von CF-1-Mäusen mit verschiedenen Konzentrationen von Gammaglobulin in geteilten Dosen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen vor der intravenösen Belastung mit Endotoxin geimpft wurden. Die Daten in Fig. 2 und 3 vergleichen Vorimmun- und Hyperimmunglobulin aus zwei getrennten Pferden (Nr. 23 und Nr. 24) mit Hilfe des Modells der passiven Immunisierung von Mäusen. Hyperimmunglobulin wurde aus dem Pferd Nr. 23 zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten nach der Hyperimmunisierung (Nr. 23A, Nr. 23B) hergesteuert. Der Vergleich der Prozentsätze von Mäusen, die 96 Stunden nach der Endotoxinbelastung noch leben und zuvor mit 50 ug oder mehr von Vorimmun- oder Hyperimmunglobulin Nr. 23 (Nr. 23A und Nr. 23B) passiv immunisiert worden waren, ergibt eine mindestens 20%ige (für Nr. 23B) bis 50%ige (für Nr. 23A) Steigerung der Überlebensrate für jene Untergruppen, die Hyperimmunglobulin erhalten hatten (Fig. 2). Der Vergleich von Vorimmun Nr. 24 mit Hyperimmun Nr. 24 ergibt auch eine ähnliche Schutzwirkung, aber in geringerem Maße (Fig. 3). Daraus wurde geschlossen, daß das Hyperimmunserum Antikörper enthält, die Mäuse passiv vor einer letalen Endotoxinbelastung schützen können.
  • Die Wirksamkeit des Hyperimmun-Gammaglobulins wurde festgestellt durch Belastung (mit Endotoxin oder Kohlenhydratüberfütterung) von Untergruppen von Pferden und Ponys nach intravenöser Impfung mit 5, 15 oder 20 mg Antikörperprotein/kg Körpergewicht. Alle Tiere erhielten eine Mischung von Hyperimmun-Gammaglobulin Nr. 23A und Nr. 23B. Die Kombination der zwei Präparate war notwendig, um die für die Durchführung der Untersuchungen notwendigen Mengen des bekannten Antikörperproteins sicherzustellen. Der Schutz war definiert als deutliche Verzögerung und/oder Besserung der unmittelbaren Veränderung lebenswichtiger Merkmale und der Entstehung einer Krankheit von höchstens der Obel-Stärke 2 bei Tieren, die mit subletalen Mengen Endotoxin und/oder Kohlenhydratüberfütterung belastet waren.
  • Tabelle 4. Passive Immunisierung von Pferden mit Vorimmun- und Hyperimmunserum Passive Immunisierung mit Belastung mit Hyperimmunglobulin Vorimmunglobulin (perora)l Endotoxin
  • Die Prozentzahlen zeigen an, daß nach der Belastung eine Laminitis der Obel-Stärke 3-4 oder endotoxinbedingte Symptome entstehen.
  • Da viele mögliche Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, sollen natürlich alle hier aufgeführten oder in der beiliegenden Zeichnung gezeigten Einzelheiten als erläuternd und nicht als eingrenzend verstanden werden.

Claims (7)

1. Vakzine zur Immunisierung gegen gramnegative bakterielle Erkrankungen, umfassend: eine abgetötete Suspension einer Bakterienmutante der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae, die keine Kohlenhydratseitenketten (O-Antigen) besitzt, einen Proteine oder Lipide bindenden Träger mit einer hohen lipophilen und einer hohen proteinophilen Affinität zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Suspension der Bestandteile und einer anhaltenden Antigenfreisetzung, sowie einen Immunmodulator mit Neigung zur Verbreitung von B-Lymphozyten und vorzugsweise mit einem hohen Anteil an neutralisierenden und opsonisierenden Antikörpern hoher Antigenaffinität und -avidität.
2. Vakzine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakterienmutante Salmonella enteritidis umfaßt.
3. Vakzine nah Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakterienmutante ATCC 53000 umfaßt.
4. Vakzine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Immunmodulator lipophilisiertes enttoxifiziertes Lipopolysaccharid ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Vakzine zur Immunisierung gegen gramnegative bakterielle Erkrankungen, umfassend die folgenden Schritte: (1) Kombinieren einer abgetöteten Suspension einer Bakterienmutante der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae, die keine Kohlenhydratseitenketten (O-Antigen) besitzt, mit einem Immunmodulator mit Neigung zur Verbreitung von B-Lymphozyten und einem hohen Anteil an neutralisierenden und opsonisierenden Antikörpern hoher Antigenaffinität und -avidität; und (2) Suspendieren der Kombination aus Bakterienmutante und Immunmodulator in einem Proteine und Lipide bindenden Träger mit einer hohen lipophilen und proteinophilen Affinität zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Suspension der Bestandteile und einer anhaltenden Antigenfreisetzung.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Bakterienmutante folgende Schritte umfaßt: (1) Impfen einer sterilen, angereicherten Nährlösung mit einer Bakterienmutante aus einer Zweitkultur, die ausgewählt ist aus der taxonomischen Familie der Enterobacteriaceae wie zum Beispiel Salmonella enteritidis; (2) die Nährlösung unter aeroben Bedingungen bei ungefähr 37ºC inkubieren, bis eine größtmögliche Bakterienmenge erreicht ist; (3) Abtöten der Bakterien mit einem antibakteriellen Mittel wie zum Beispiel Merthiolate; (4) Waschen der Bakterien, vorzugsweise mit einer sterilen, nichtpyrogenen physiologischen Kochsalzlösung; und (5) die Bakterien wieder auf eine vorgewählte Konzentration bringen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Immunmodulators folgende Schritte umfaßt: (1) Beimischen von gramnegativem bakteriellem Endotoxin mit Pyridin-Ameisensäure-Lösung, wobei die Säure vorzugsweise in einer Konzentration von 2 : 1 vorliegt; (2) Methylieren der Beimischung durch Rückflußdestillation; (3) Ausfällen der methylierten Endotoxinbeimischung mit Alkohol; (4) Zentrifugieren von Alkohol und methylierter Endotoxinbeimischung; und (5) Mischen des Niederschlags mit destilliertem Wasser, bis eine vorgewählte Endotoxinkonzentration erreicht ist.
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