Comparative Assessment of the Whole-cell Pertussis Vaccine Potency Using Serological and Intracerebral Mouse Protection Methods

Document Type: Original Articles

Authors

1 Blood Transfusion Research Center, High Institute for Research and Education in Transfusion Medicine, Tehran, Iran

2 Department of Human Viral Vaccine Production, Razi Vaccine and Serum Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran

Abstract

One of the most important QC tests of whole-cell pertussis vaccine (WCPV) is potency test. In this regard, mouse protection test (MPT) is the current potency method, which is associated with severe animal distress and large variability in results. The purpose of this study was to assess Pertussis Serological Potency Test (PSPT) as a serological alternative method to intracerebral challenge in MPT assay. In the current study, the potency of three experimental batches of WCPV (1, 2, and 3) and standard vaccine were compared using MPT and PSPT methods. In the MPT method, mice were immunized with tests and standard vaccines. After 2 weeks, they were intracerebrally challenged with Bordetella pertussis strain (18323). The potency was calculated via parallel line analysis based on the numbers of survivors 2 weeks after the challenge. Similar to MPT method, mice were immunized in the PSPT method and bled after 4 weeks. In the next step, sera were titrated by 18323-WCP-ELISA assay and potency values were estimated via parallel line analysis. Pearson correlation test was used to measure the strength of association between MPT and PSPT assay results. The potency values of the experimental laboratory batches 1, 2, and 3 in MPT assays were 11.14, 5.02, and 4.24 Iu/ml, whereas the obtained results of PSPT assays were 10.32, 4.11, and 3.06 Iu/ml, respectively. The correlation of MPT and PSPT results was 0.807. The findings of the present study demonstrated a significant correlation between MPT and PSPT results. The implementation of PSPT was more advantageous, compared to MPT due to its ethical approaches and less variability in results. The PSPT is a promising alternative method for intracerebral challenge. However, additional validation is needed to support the establishment of this method.

Keywords

Main Subjects


Article Title [French]

Évaluation Comparative de l’Activité du Vaccin contre la Coqueluche à l'Aide de Méthodes de Protection Sérologiques et Intracérébrales chez la Souris

Abstract [French]

: Le test d’activité est l’un des tests de contrôle de qualité les plus importants du vaccin anticoquelucheux à germes entiers (WCPV). À cet égard, le test de protection de la souris (MPT) est la méthode d’activité actuellement utilisée qui est cependantassociée à une détresse animale et une grande variabilité des résultats. Le but de cette étude était d’évaluer l’efficacité dutest d’activité sérologique de la coqueluche (PSPT) dans le dosage du MPT en tant qu’une potentiellealternative à la provocation intracérébrale. Dans cette étude, les activités de trois lots expérimentaux de WCPV (1, 2 et 3) et de vaccins standard ont été comparées à l’aide des méthodes MPT et PSPT. Dans la méthode MPT, les souris ont été immunisées à l’aide de tests et vaccins standards. Au bout de 2 semaines, les souris ont été soumises à une provocation intracérébrale avec la souche Bordetella pertussis (18323). L'activité a été calculée via une analyse de lignes parallèles basée sur le nombre de





souris survivantes deux semaines après la provocation. De même, les souris ont été immunisées selon la méthode PSPT et saignées au bout de 4 semaines. Ensuite, les sérums ont été évalués par dosage 18323-WCP-ELISA et les valeurs d'activité ont été estimées par analyse de lignes parallèles. Le test de corrélation de Pearson a été utilisé pour mesurer le niveau d'association entre les résultats des tests MPT et PSPT. Les valeurs d'activité obtenues par analyses MPT des lots expérimentaux de laboratoire 1, 2 et 3 étaient respectivement de 11,14, 5,02 et 4,24 UI / ml, alors que les résultats obtenus des analyses PSPT étaient respectivement de 10,32, 4,11 et 3,06 UI / ml,. La corrélation des résultats MPT et PSPT était de 0,807. Ces résultats ont démontré une corrélation significative entre les résultats des tests MPT et PSPT. La mise en œuvre du PSPT était plus avantageuse que le MPT en raison de son approche plus éthique et de la moins grande variabilité de cesrésultats. Le PSPT représente donc une méthode alternative prometteuse à l’essai intracérébral. Cependant, une validation supplémentaire est nécessaire pour appuyer la mise en place de cette méthode.

Keywords [French]

  • MPT
  • PSPT
  • Activité i.c. Challenge
Black, RE., Cousens, S,, Johnson, HL., Lawn, JE., Rudan, I., Bassani, DG., 2010. Global, regional, and national causes of child mortality in 2008: a systematic analysis. The lancet. 375 (9730), 1969-87.

Chovel, ML., Mandiarote, A., Ontivero, I., Mahy, T., Herrera, L., Núñez, JF., 2012. Development of 3Rs alternatives for determining potency and toxicity of vaccines in Cuba: current challenges and research projects in progress. ALTEX 29, 71-6.

Corbel, MJ., Xing, DK., 2004. Toxicity and potency evaluation of pertussis vaccines. Expert review of vaccines. 3(1), 89-101.

Hoonakker, M., Verhagen, L., van der Maas, L., Metz, B., Uittenbogaard, J., van de Waterbeemd, B., 2016. Adaptive immune response to whole cell pertussis vaccine reflects vaccine quality: A possible complementation to the Pertussis Serological Potency test. Vaccine. 34 (37), 4429-36.

Kendrick, PL., Eldering, G., Dixon, MK., Misner, J., 1947. Mouse protection tests in the study of pertussis vaccine: a comparative series using the intracerebral route for challenge. American Journal of Public Health and the Nations Health. 37 (7), 803-10.

Matos, DCS., Marcovistz, R., Silva, AMVd., Quintilio, W., Georgini, RA., 2012. Comparative analysis of the intracerebral mouse protection test and serological methodfor potency assays of pertussis component in DTP vaccine. Brazilian Journal of Microbiology. 43 (2), 429-31.

Van der Ark, A., van Straaten-van de Kappelle, I., Akkermans, A., Hendriksen, C., van de    Donk, H., 1994. Development of Pertussis Serological Potency Test: Serological assessment of antibody response induced by whole cell vaccine as an alternative to mouse protection in an intracerebral challenge model. Biologicals. 22 (3); 233-42.

Van der Ark, A., Van Straaten-van de Kappelle, I., Hendriksen, C., Van de Donk, H., 1995. Pertussis serological potency test as an alternatively to the intracerebral mouse protection test. Developments in biological standardization. 86, 271-81.

Van der Ark, A., van Straaten-van de Kappelle, I., Hendriksen, C., 1998.Pertussis serological potency test as an alternative to the intracerebral mouse protection test: development, evaluation and validation. ALTEX. 15 (5), 33-6.

Van der Ark, A., van Straaten-van de Kappelle, I., Ölander, R-M., Enssle, K., Jadhav, S., Van de Donk, H., 2000. The pertussis serological potency test collaborative study to evaluate replacement of the mouse protection test. Biologicals. 28 (2), 105-18.

Van Straaten, I., Levels, L., van der Ark, A., Thalen, M., Hendriksen, C., 2001. Toxicity and 

     Immunogenicity of pertussis whole cell vaccine in one animal model. Developments in 

     biologicals. 111, 47-55.

Von Hunolstein, C., Gomez Miguel, M., Pezzella, C., Scopetti, F., Behr-Gross, M., Halder, M., 2008. Evaluation of two serological methods for potency testing of whole cell pertussis vaccines. Pharmeuropa Bio 1, 7-18.

World Health Organization, WHO, 1990. Control of whole-cell pertussis vaccine, WHO Technical Report Series. No. 800, A.3.4. 133-138

World Health Organization, WHO, 2013. Manual for quality Control of Diphtheria, Tetanus and Pertussis vaccines. WHO/IVB/11.11. 175-190.