Delivery of a DNA vaccine encoding SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) by electroporation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Nucleic acid-based prevention tools provide a promising platform for developing vaccines, including those against COVID-19. Previously, we developed the pVAXrbd DNA vaccine encoding the receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2, which, when administered intramuscularly to animals, induced a relatively weak immune response. The next stage of the study is to increase the immune response, in particular, using electroporation as one of the methods for increasing the immunogenicity of DNA vaccines.

AIM: The aim of this article is to evaluate the immune response using electroporation in mice after immunization with pVAXrbd.

MATERIALS AND METHODS: BALB/c mice were immunized with pVAXrbd using direct and reverse polarity square wave direct current electroporation with three pulses of 12 V for 30 ms and an interval of 950 ml with a current limit of 45 mA.

RESULTS: BALB/c mice were immunized twice with an interval of three weeks with a dose of 100 μg of DNA. Using ELISA, the titers of RBD-specific antibodies in the group of animals immunized with pVAXrbd using electroporation were 1:109350, which is 16 times higher than in the group of animals that received the DNA vaccine only intramuscularly (titers 1:6750). IFNγ ELISpot analysis showed that the largest number of cells (2434 spots/splenocytes, million) producing IFNγ in response to stimulation with peptides from the RBD protein was registered in the group of animals immunized with pVAXrbd using electroporation. For comparison, in the control group, the number of cells is 6.5 times lower: 380 spots / splenocytes, mln.

CONCLUSIONS: Administration of the pVAXrbd DNA vaccine to laboratory animals by electroporation significantly enhances both the humoral and cellular specific immune response compared to intramuscular administration of the naked DNA vaccine.

About the authors

Denis N. Kisakov

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: def_2003@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4889-6865

Junior Research Associate

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Lyubov A. Orlova

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: orlova_la@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0001-7214-1855

Trainee Researcher

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Sergey V. Sharabrin

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Author for correspondence.
Email: sharabrin.sv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0664-3587
Scopus Author ID: 57221380569

Junior Research Associate

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Andrey P. Rudometov

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: rudometov_ap@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-2808-4309

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Associate

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Maria B. Borgoyakova

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: borgoyakova_mb@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-0768-1561
Scopus Author ID: 57221732585

Junior Research Associate

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Ekaterina V. Starostina

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: starostina_ev@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-1733-9524

Cand. Sci. (Biol.), Research Associate

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Larisa I. Karpenko

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: karpenko@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-4365-8809
Scopus Author ID: 7005000410

Dr. Sci. (Biol.), Associate Professor, Leading Research Associate

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

Alexander A. Ilyichev

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: ilyichev@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0001-5356-0843
Scopus Author ID: 7006402361
ResearcherId: B-1327-2012

Dr. Sci. (Biol.), Professor, Head of the Department of Bioengineering

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

References

  1. Chavda VP, Pandya R, Apostolopoulos V. DNA vaccines for SARS-CoV-2: toward third-generation vaccination era. Expert Rev Vaccines. 2021;20(12):1549–1560. doi: 10.1080/14760584.2021.1987223
  2. Momin T, Kansagra K, Patel H, et al. Safety and immunogenicity of a DNA SARS-CoV-2 vaccine (ZyCoV-D): Results of an open-label, non-randomized phase I part of phase I/II clinical study by intradermal route in healthy subjects in India. EClinicalMedicine. 2021;38:101020. doi: 10.1016/j.eclinm.2021.101020
  3. Li L, Petrovsky N. Molecular mechanisms for enhanced DNA vaccine immunogenicity. Expert Rev Vaccines. 2016;15(3):313–329. doi: 10.1586/14760584.2016.1124762
  4. Eusébio D, Neves AR, Costa D, et al. Methods to improve the immunogenicity of plasmid DNA vaccines. Drug Discov Today. 2021;26(11):2575–2592. doi: 10.1016/j.drudis.2021.06.008
  5. Broderick KE, Humeau LM. Electroporation-enhanced delivery of nucleic acid vaccines. Expert Rev Vaccines. 2015;14(2):195–204. doi: 10.1586/14760584.2015.990890
  6. Reed SD, Li S. Electroporation advances in large animals. Curr Gene Ther. 2009;9(4):316–326. doi: 10.2174/156652309788921062
  7. Draghia-Akli R, Khan AS. In vivo electroporation of gene sequences for therapeutic and vaccination applications. Recent Pat DNA Gene Seq. 2007;1(3):207–213. doi: 10.2174/187221507782360245
  8. Borgoyakova MB, Karpenko LI, Rudometov AP, et al. Immunogenic properties of the DNA construct encoding the receptor-binding domain of the SARS-CoV-2 spike protein. Mol Biol (Mosk). 2021;55(6):889–898. doi: 10.1134/S0026893321050046
  9. Merkuleva IA, Shcherbakov DN, Borgoyakova MB, et al. Comparative immunogenicity of the recombinant receptor-binding domain of protein S SARS-CoV-2 obtained in prokaryotic and mammalian expression system. Vaccines (Basel). 2022;10(1):96. DOI: 0.3390/vaccines10010096
  10. Modjarrad K, Roberts CC, Mills KT, et al. Safety and immunogenicity of an anti-Middle East respiratory syndrome coronavirus DNA vaccine: a phase 1, open-label, single-arm, dose-escalation trial. Lancet Infect Dis. 2019;19(9):1013–1022. doi: 10.1016/S1473-3099(19)30266-X

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Microscopy of mouse muscle tissue injected with phMGFP: a — intramuscular injection of phMGFP; b — introduction of phMGFP by electroporation

Download (122KB)
3. Fig. 2. RBD-specific humoral response in mice immunized with pVAXrbd. ELISA — linked immunosorbent assay; EP — electroporation. * p < 0.05

Download (77KB)
4. Fig. 3. Results of analysis of RBD-specific T-cell response in immunized BALB/c mice by ELISpot method. EP — electroporation. * p < 0.05

Download (78KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».