Evaluation of Immunogenicity of PLGA - Proteus  mirabilis Detoxified Lipopolysaccharide Conjugate Against Urinary Tract Infection in Mice

Subject Areas :

Reza Shapouri ¹ (Microbiology department of basic sinces faculty, Islamic Azad university, zanjan branch)

Received: 2020-07-13 Accepted : 2020-09-20 Published : 2020-09-22

Keywords: Lipopolysaccharide conjugation, Proteus mirabilis, Co-glycolic poly lactic acid, Nano-vaccine,

Abstract :

Proteus is a gram negative and  facultative anaerobic opportunistic pathogen. This bacterium is responsible for 10% of urinary tract infections. A cause of 90% of proteus-induced infection is the mirabilis. Increasing the multi-drug resistance and the side effects of antibiotics have led to a special concern for this purpose, finding preventive strategies like making a vaccine seems essential. In the present study, LPS from Proteus mirabilis, was extracted, detoxified and conjugated to PLGA nanoparticle. This conjugation was confirmed with ZetaSizer, FTIR and AFM. Vaccination was done intramuscularly, 3 times in two weeks intervals. Then, mices were anesthetized and operated with ethical rights and 6×107 CFU concentrations of P.mirabilis was injected into their bladder. After one week of injection, bladders were removed and suspended in a salt buffer.The results of the challenge test confirmed the success of the PLGA-LPS conjugate in comparison with other groups. In other words, the control and PLGA groups had the highest growth rates, and the average number of colonies was significantly higher than all of the groups. And the number of colonies grown in groups were LPS-PLGA(6.2 *10 cfu/ml) , LPS(3.6 ×103 cfu/ml), PLGA (91.3×102 cfu/ml) and NS(98 × 102 cfu/ml). According to one-way ANOVA, which was done by SPSS software, there was a significant difference between all groups (P <0.05).the PLGA immunogenicity was significantly different with the control group. Therefore, it can be concluded that the PLGA-LPS conjugate has an appropriate immunity and can be a candidate of nano-vaccine for urinary tract infection of P.migrailitis.

References:

-استفاده از نانو ذرات پلیمری برای دارورسانی هدفمند. روزنامه صمت، شماره 516. ص 6. http://www.smtnews.ir/industry/20896

2-جابری، غ.، شاپوری،ر.، کریمی، ن. 2013. ایمنی زایی کونژوگه آلژینات سودوموناس آئروژینوزا و توکسوئید دیفتری در موش. فصلنامه علمی پژوهشی دنیای میکروب ها، 6: 138-147.‎

3-جانفرا، س.، رضوی، ح.1394. فناوری نانو ذرات پلیمری برای دارورسانی خوراکی. سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو www.nano.ir

4-رضویان،پ.، شاپوری،ر. 1393. بررسی ایمنی زایی کونژوگه OPS، یرسینیا انتروکولیتیکا8: O با توکسوئید دیفتری به عنوان نامزد واکسن در موش. مجله دانشگاه علوم پزشکی اردبیل، 15(2): 189-197.‎

5-رنجبر، ا.، ارزنلو، ا.، مظفری، ن.، شکری، ه.، امانی، خ. 1393. مطالعه اثر ضد میکروبی آلیسین در مقابل ایزوله های پروتئوس میرابیلیس جدا شده از بیماران مبتلا به عفونت های ادراری.‎ مجله دانشگاه علوم پزشکی اردبیل، 15(1): 106-117.‎

6-سلطان دلال، م. 1394. بررسی الگوی مقاومت دارویی سویه های پروتئوس جدا شده از بیماران مبتلا به عفونت ادراری.‎ مجله دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران، 61(3): 40-48.‎

7- عاملی، ف.، ملک زاد،ه ف. 1384. بررسی اثر Sub-minimal concentration آمپی سیلین، جنتامایسین و نالیدیگزیک اسید بر رشد، تولید آمونیاک و فعالیت آنزیم اوره آز پروتئوس میرابیلیس. مجله دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران، 61(1): 31-40.‎

8- فومنی، ق.، اسدپور، ل.، سراجی ع.، آقاصادقی، م. 1391. انواع ادجوانت و مکانیسم عمل آن­ها. مجله دانشگاه علوم پزشکی اردبیل، 12(3): 276-291.‎

9-مسننی، م.، صلوتی، م.، شاپوری، ر.1396. بررسی ایمنی زایی ترکیب کونژوگه نانو ذره PLGA به همراه آلژینات سودوموناس آیروژینوزا به عنوان کاندیدای نانو واکسن در مدل خرگوشی،سومین کنفرانس ملی تازه های سلولی مولکولی و اولین سمپوزیوم بین المللی ژنو میکس و پروتئومیکس،اردبیل،

10-میرزا خانلویی، ساسان.1390. ساخت و تعیین ویژگی های نانوالیاف بر پایه کوپلیمر پلی لاکتیک گلایکولیک اسید (PLGA) با استفاده از روش الکتروریسی به منظور به کارگیری در کشت سلول های بنیادی. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشکده علوم و فناوری های نوین. دانشگاه اصفهان.

11-واثق، روح ا... 1395. ارزیابی پاسخ‌های ایمنی(سلولی و همورال) بر علیه کونژوگه نانوذره پلی لاکتیک گلایکولیک اسید(PLGA) و توکسویید تتانی، توکسویید دیفتری و انتروتوکسین B استافیلوکک در مدل موشی. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشکده علوم پزشکی. دانشگاه تربیت مدرس.

12-یاوری، ح.، سیادت، سیدداور.، شاپوری، ر.،  شفیعی اردستانی، م. 1394. تهیه واکسن کونژوگه پلی ریبوزیل ریبیتول فسفات هموفیلوس آنفلوانزای تیپ b با پروتئین Keyhole Limpet Hemocyanin و نانوذره Poly lactic-co-glycolic acid و ارزیابی ایمنی آن در مدل حیوانی.‎ https://civilica.com/doc/783299.

13.Bahrani, F. K., Johnson, D. E., Robbins, D. A. V. I. D., Mobley, H. L. (1991). Proteus mirabilis flagella and MR/P fimbriae: isolation, purification, N-terminal analysis, and serum antibody response following experimental urinary tract infection. Infection and Immunity, 59(10); 3574-3580.

14.Bale, M. J., Mclaws, S. M., Matsen, J. M. (1985). The spot indole test for identification of swarming Proteus. American Journal of Clinical Pathology, 83(1); 87-90.

15.Bandyopadhyay, A., Fine, R. L., Demento, S., Bockenstedt, L. K., Fahmy, T. M. (2011). The impact of nanoparticle ligand density on dendritic-cell targeted vaccines. Biomaterials, 32(11); 3094-3105.

16.Belas, R. O. B. E. R. T., Erskine, D., Flaherty, D. (1991). Proteus mirabilis mutants defective in swarmer cell differentiation and multicellular behavior. Journal of Bacteriology, 173(19); 6279-6288.

17.Beynon, L. M., Dumanski, A. J., McLean, R. J., MacLean, L. L., Richards, J. C., Perry, M. B. (1992). Capsule structure of Proteus mirabilis (ATCC 49565). Journal of Bacteriology, 174(7); 2172-2177.

18.Brandhonneeur, N., Cheanne, F. (2009). Specific and non-specific phagocytosis of igand – grafted PLGA microspheres by macrophages . European Journal of Pharmaceutical Sciences, 36; 474-48.

19.Cryz, SJ., Jr,Fürer, E.,Germanier, R.(1984). Protectionagainstfatal Pseudomonas aeruginosa burnwound sepsis by immunization with lipopolysaccharide andhigh-molecular-weightpolysaccharide. InfectImmun, 43(3); 795-9.

20.Danhier, F., Ansorena, E., Silva, J. M., Coco, R., Le Breton, A., Préat, V. (2012). PLGA-based nanoparticles: an overview of biomedical applications. Journal of Controlled Release, 161(2); 505-522.

21.Drago-Serrano, M. E., de la Garza-Amaya, M., Luna, J. S., Campos-Rodríguez, R. (2012). Lactoferrin-lipopolysaccharide (LPS) binding as key to antibacterial and antiendotoxic effects. International Immunopharmacology, 12(1); 1-9.

22.Ebrahimi, F., Rabiee, A. (2013). Study of adjuvant capability of the gold nanoparticles on immunity of botulinum neurotoxin serotype E in mouse. ADST Journal, 4(2); 87-92.

23.Fisher, S., Foerg, Ch. (2006). All on-step preparation of polyelectrolyte- coated PLGA microparticles and their functionalization with model ligands . Journal of Controlled Release , 111; 135-144.

24.Forbes, B., Sahm D.F., Weiss Feld, A.S. (2112). Bailey and Scott’s Diagnostic Microbiology, 07 th ed, Mosby; p0196-0161.

25.Gadad, A. P., Vannuruswamy, G., Sharath Chandra, P., Dandagi, P. M., Mastiholimath, V. S. (2012). Study of different properties and applications of poly lactic-co-glycolic acid(PLGA) nanotechnology: an overview. Indian drugs, 49(12); 5-22.

26.Gerald, B. (2003). Constraction & Characterization of a Pseudomonas Gerald B.Pier, et al . Constraction & Characterization of a Pseudomonas Vaccine . American Society for Microbiology , 71; 3875-3884.

27.Greatorix, J. S., Thorne, G. M. (1994). Humoral immune responses to shiga-like toxins and escherichia coli 0157 lipopolysaccharide n

 

hemolytic-uremic syndrome patients and healthy  subjects, Journal of Clinical Microbiology, 32; 1172-117.

28.Guggenheim, M., Zbinden, R., Handschin, A. E., Gohritz, A., Altintas, M. A., Giovanoli, P. (2009). Changes in bacterial isolates from burn wounds and their antibiograms: a 20-year study (1986–2005). Burns, 35(4); 553-560.

29. Handschin, A. E. (1994). Immunization-induced human polyclonal antibodies to  lipopolysaccharide subtypes of Pseudomonas aeruginosa Serogroup 06. Infecrion and Immunity, 62; 1137-1143.

30.In, Z. (2004). Pseudomonas aeruginosa .Pathogenicity & Antibiotic Resistance, 2nd ed,56:1. 31.Kadurugamuwa, J., Lam, J. S., Beveridge, T. J. (2003).  Interaction of gentamicin wit the a band and b band. Clinical Microbiology,79(3);65-78.

32.Kearns, D. B., Losick, R. (2003). Swarming motility in undomesticated Bacillus subtilis. Molecular Microbiology, 49(3); 581-590.

33.Khurana, S., Utreja, P., Tiwary, A. K., Jain, N. K., Jain, S. (2009). Nanostructured lipid carriers and their application in drug delivery. International Journal of Biomedical Engineering and Technology, 2(2); 152-171.

34.Knirel, Y., Kaca, W., Rozalski, A., Sidorczyk, Z. (1999). Structure of the O-antigenic polysaccharides of Proteus bacteria. Polish Journal of Chemistry, 73(6); 895-907.

35.Konadu, E. Y., Parke, J. C., Tran, .T. I(1998). Nvestigational vaccine for Escherichia coli  O157, Phase 1 study of o157 specific polysaccharide–Pseudomonas aeruginosa recombinantexoprotein a conjugates in adults. The Journal of Infectious Diseases, 177; 383.

36.Krieg, N. R., Holt, J. G. (1984). Bergey’s manual of systemetic bacteriology.-vol. 1. William and Wilkins, Baltimore, London.

37.Li, X., Lockatell, C. V., Johnson, D. E., Lane, M. C., Warren, J. W., Mobley, H. L. (2004). Development of an intranasal vaccine to prevent urinary tract infection by Proteus mirabilis. Infection and Immunity, 72(1); 66-75.

38.Li, X., Zhao, H., Lockatell, C. V., Drachenberg, C. B., Johnson, D. E., Mobley, H. L. (2002). Visualization of Proteus mirabilis within the matrix of urease-induced bladder stones during experimental urinary tract infection. Infection and Immunity, 70(1); 389-394.

39.O'fallon, E., Gautam, S., D'agata, E. M. (2009). Colonization with multidrug-resistant gram-negative bacteria: prolonged duration and frequent cocolonization. Clinical Infectious Diseases, 48(10); 1375-1381.

40.Penner, JL. (1992). The genera proteus, providencia and morganella. In The Prokaryotes, p 2849–2853. Springer, Berlin.

41.Perry, M. B., MacLean, L. L. (1994). The structure of the polysaccharide produced by Proteus vulgaris (ATCC 49990). Carbohydrate Research, 253; 257-263.

42.Pier, G.B., Koles, N. L., Meluleni, G. (2000).Specificity and function of murine monoclonal antibodies. Carbohydrate Research, 280; 257-263

43.Ramsay, J. W. A., Garnham, A. J., Mulhall, A. B., Crow, R. A., Bryan, J. M., Eardley, H. N. (1989). Biofilms, bacteria and bladder catheters A clinical study. BJU International, 64(4);395-398.

44.Rasko, D. A., Moreira, C. G., Li, D. R., Reading, N. C., Ritchie, J. M., Waldor, M. K. T. (2008). Targeting QseC signaling and virulence for antibiotic development. Science, 321(5892);1078-1080.

45.Ray, S., Suar, M. (2014). Vaccine nanocarriers: The future ahead. handbook of research on diverse applications of nanotechnology in Biomedicine, Chemistry, and Engineering, 221.

46.Różalski, A., Sidorczyk, Z., Kotełko , K. (1997). Potential virulence factors of Proteus bacilli. Microbiol Mol Biol Rev, 61;65–89.

47.Sharp, P. M., Saenz, C. A., Martin, R. R. (1974). Amikacin (BB-K8) treatment of multiple-drug-resistant Proteus infections. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 5(5); 435-438.

48.Stickler, D., Ganderton, L., King, J., Nettleton, J., Winters, C. (1993). Proteus mirabilis biofilms and the encrustation of urethral catheters. Urological Research, 21(6);407-411.

49.Torzewska, A., Budzyńska, A., Białczak-Kokot, M., Różalski, A. (2014). In vitro studies of epithelium-associated crystallization caused by uropathogens during urinary calculi development. Microb Pathog, 71– 72; 25–31.

50.Van Amersfoort, E. S., Kuiper, J. (2007). B18 receptors, mediators, and mechanisms involved in bacterial sepsis and septic shock. Endotoxins: Pyrogens, LAL Testing and Depyrogenation, 383.

51.Wasfi, R., El-Rahman, O. A., Mansour, L. E., Hanora, A. S., Hashem, A. M., Ashour, M. S. (2012). Antimicrobial activities against biofilm formed by Proteus mirabilis isolates from wound and urinary tract infections. Indian Journal of Medical Microbiology, 30(1); 76.

52.Wells, M.,Gaffin ,S.L. (1987). Anti- Pseudomonas activity of anti lipopolysaccharide hyperimmune equine plasma.Clin.exp.Immunol, 68;86-92.

53.Wolf , P., Elsasser-Beile, U. (2116). Pseudomonas exotoxin A: from virulence factor to anti-cancer agent. Int J Med Microbiol, 266(3); 090-7.