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Interventions against the Respiratory Syncytial Virus Infection

 
: Odimegwu, D.C.

:
Fulltext ()

Bochum, 2016, 150 pp.
Bochum, Univ., Diss., 2014
URN: urn:nbn:de:hbz:294-47654
English
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IZI ()

Abstract
Respiratory syncytial virus (RSV) is the most important cause of viral lower respiratory tract illness (LRI) in infants and children worldwide. Unfortunately, development of vaccines against this virus has been fraught with difficult obstacles. Moreover, there are only limited options for treatment of the disease, hence the need to search for novel therapeutic and vaccine prophylactic options against the RSV. In this study, interventionary measures against RSV infection and diseases have been evaluated. Firstly, antiviral actions of extract and compounds from Ramalina farinaceae were evaluated as a way of identifying lead compounds with potencies against RSV. Secondly, a unique maternal vaccination approach as employing genetic vaccines encoding the RSV fusion F-protein were analyzed for possible interventions against RSV infection and disease. Mechanism of anti-RSV action of isolated compounds and extract was evaluated by time-of-addition studies and virus inhibitory and inactivation effects. To analyze trans-maternal immunity following maternal vaccination use was made of different genetic vaccines and analyzed the immunogenicity and efficacy of transferred humoral immunity from mother to offspring. To distinguish between placental and breast milk transfer naïve mice pups were bonded to vaccinated foster mothers immediately one week after birth. After RSV challenge bronchoalveolar lavages (BALs) and lung homogenates (LHs) were collected from both mothers and pups. Samples were analyzed for IgG1, IgG2a, IgA, viral neutralization, and viral load in BALs and LHs. Preliminary investigations of an extract and compounds from Ramalina farinaceae (RF) showed anti-RSV activities with IC50 = 5.639μg/ml and a cytotoxic effect against utilized cell lines at TC50 = 103.14μg/ml. Sekikaic acid a compound of RF showed most potent inhibition towards RSV A2 strain (IC50 7.73 μg/mL). The time of addition assay revealed that sekikaic acid interferes with viral replication at a viral post-entry step, which is more active than the control ribavirin at 4 hours postinfection addition. The outcome of immunization using genetic constructs encoding the fusion F-protein reveal high neutralization antibodies observed in sera taken from pups of immunized mothers in comparison to control pups from untreated or control treated mothers. Significant reduction of viral load of young offspring from immunized mothers was over 10-120 fold relative to the control offspring after viral challenge. Thus, sekikaic acid may provide lead candidate for the development of an optimized natural-based therapeutic agent against RSV infections.
Moreover, continued effort towards RSV vaccine development should be pursued especially the maternal vaccination as a proof-of-concept to protect the infant babies against this severe virus infection.

 

Das Respiratorische Syncytial Virus ist weltweit der häufigste virale Erreger, der zu schweren Atemwegserkrankungen der Lunge in Kleinkindesalter führt. Bisher sah sich die Vakzin-Entwicklung gegen RSV mit vielseitigen Problemen konfrontiert. Darüber hinaus sind therapeutische Ansätze zur Verhinderung dieser Atemwegserkrankung kaum vorhanden, so dass hier ein immenser Bedarf besteht, sowohl Therapeutika als auch prophylaktische Optionen gegen die Infektion durch RSV zu entwickeln und für den Markt verfügbar zu machen. In der vorliegenden Arbeit wurden daher beide Seiten der Intervention gegen die RSV Infektion untersucht. Zuerst wurde die antivirale Aktivität von Pflanzenextrakten einer afrikanischen Flechte Ramalina farinaceae auf die Fähigkeit hin untersucht, als Leitstruktur für einen Wirkstoff gegen RSV zu fungieren. Des Weiteren wurde ein maternaler Impfansatz evaluiert, bei dem genetische Vakzinen codierend für das Fusionsprotein von RSV, als Schutz vor Infektion und Erkrankung untersucht wurden. Mechanismen der antiviralen RSV Aktivität von isolierten Wirkstoffen und Extrakten aus Pflanzen wurden mit Hilfe von Zeitkinetik-Experimenten und der anti-viralen Aktivität belegt. Zur Untersuchung der maternal übertragenen Immunität nach Vakzinierung wurden unterschiedliche genetische Vakzinen eingesetzt und die übertragene Immunogenität und protektive Wirksamkeit von Mutter zum Kind analysiert. Zur Unterscheidung von placental und über Muttermilch übertragenen Effekten wurden naive Tiere zu vakzinierten Mutter direkt nach Geburt zugesetzt. Nach Belastungsinfektion mit RSV wurden bronchio-alveoläre Lavagen (BAL) und Lungenhomogenate (LH) von Muttertiere und Jungtiere gewonnen. Nachfolgend wurden IgG1, IgG2a, IgA, neutralisierende Antikörper und die virale Beladung in BAL und LH analysiert.
Vorangegangene Daten zeigten, dass Extrakte von Ramalina farinaceae (RF) eine Inhibition Konzentration von IC50=5.639μg/ml und eine zytotoxische Aktivität von TC50 =103.14μg/ml besitzen. Hier konnte nun Sekikaic Säure als Wirkstoffe aus (RF) als stärkster Inhibitor gegen den Stamm RSV-A2 bestimmt werden (IC50 7.73 μg/ml). Die Zeitkinetik-Experimente belegten, dass Sekikaic Säure mit der viralen Replikation interagiert und somit nach dem Eintritt des Virus in die Zelle. Gleichzeitig ist der Wirkstoff aktiver als das bekannte Ribavirin (Zugabe 4 Stunden nach Virus Infektion). Bei der maternalen Immunisierung konnten hohe Titer an neutralisierenden Antikörpern gegen RSV in Jungtier-Seren von immunisierten Müttern im Vergleich zu Jungtier-Seren von unbehandelten Müttern beobachtet werden. Interessanterweise zeigten sich signifikante, 10-120 fache Reduktionen von Virusbeladung nach Infektion in Jungtieren von immunisierten Müttern im Vergleich zu den Kontrolljungtieren. Zusammenfassend konnte Sekikaic Säure als natürliche Leitstruktur für die weitere Optimierung als Therapeutikum gegen RSV-Infektionen identifiziert werden.
Schließlich sollte die Anstrengung zur Entwicklung einer RSV Vakzine, vor allem das Konzept der maternalen Immunisierung zum Schutz von Kleinstkindern gegenüber dieser schweren Infektionskrankheit weitergeführt werden.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-389446.html