اسم الباحث : رنا عبد الحمزة عبد الزهرة عبد زيد الكرعاوي
اسم المشرف : أ.م.د. هيام عبد الرضا العواد
الكلمات المفتاحية :
الكلية : كلية التربية للعلوم الصرفة
الاختصاص : علوم الحياة/علم الحيوان
سنة نشر البحث : 2025
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
هدفت الدراسة الحالية إلى التحري عن الدور المناعي المُحفز للقاح أشباح بكتيريا Salmonella Typhimurium ghosts (STGs) للحد من تأثير سرطان القولون والمستقيم المستحدث بمادة الازوكسيميثان Azoxymethan (AOM) في ذكور الجرذان البيض Rattus rattus التي استخدمت كنموذج لتحقيق اختبارات الدراسة الحالية والتي أُجريت في مختبرات قسم علوم الحياة في كل من كلية التربية للعلوم الصرفة وكلية العلوم / جامعة كربلاء , وفي البيت الحيواني التابع لكلية الصيدلة / جامعة كربلاء , وفي المركز التدريبي للشركة العراقية للتقانات الاحيائية في محافظة القادسية للمدة من بداية شهر شباط 2023 إلى بداية شهر تشرين الثاني 2023 .
تضمنت الدراسة استخدام (41) ذكر من الجرذان البيض , وشملت محورين , المحور الاول تمثل بالتقييم الأولي لسلامة اللقاح المحضر محلياً ولقدرته التمنيعية Immunogenicity بوساطة دراسة الاستجابة المناعية للجرذان الملقحة ومقارنتها مع الجرذان غير الملقحة وكذلك إختبار البرنامج الكامل للتلقيح , أما المحور الثاني فشمل التحري عن النشاط المُعدّل للمناعة Immunomodulatory activity للقاح المحضر على الجرذان المستحدث فيها سرطان القولون والمستقيم قبل وخلال وبعد المعاملة بالبرنامج الكامل للتلقيح بالـ(STGs) عن طريق قياس مستوى التعبير لبعض المعايير المناعية المتمثلة بـToll like receptor – 4 (TLR-4) و Programmed cell death ligand -1(PDL-1) وTumor necrosis factor- alpha(TNF-α) فضلا عن دراسة بعض التغيرات في المعايير النسجية والدموية .
تم تحضير أشباح الـ S. Typhimurium من العزلة البكتيرية المنشطة المزودة من مركز الأمين للأبحاث والتقانات الأحيائية المتقدمة /النجف الاشرف , باستخدام بروتوكول المختزل شبيه الإسفنج Sponge Like Reduced Protocol(SLRP) كلقاح ولتقييم كفاءته في تحفيز أو تعديل الاستجابة المناعية للجرذان المختبرية (خُصص للتجربة 6 جرذان بمتوسط أوزان 150غرام), إذ تم إجراء اختبار القابلية التلازنية (Agglutination ability) لخلايا جرثومة S. Typhimurium والـ STGs باستخدام مصول مضادة قياسية , بينت النتائج أن التلازن ظهر جلياً بوساطة وجود التجمع الحبيبي على الشريحة الزجاجية عند استخدام الاضداد القياسية مع خلايا جرثومة S. Typhimurium والـ STGs المحضرة , بينما انعدمت القدرة التلازنية في مجموعة السيطرة السالبة . كما كشفت نتائج التصوير بالمجهر الالكتروني الماسح بأن هذه الخلايا الشبحية الحاوية على الثقوب الدقيقة تتميز بامتلاكها أغلفة خارجية سليمة وذات جودة عالية .
تم اختبار البرنامج الكامل للتلقيح (42 يوم) وتضمنت التجربة استخدام (15) جرذ بمتوسط أوزان 150غرام , تم تقسيمها إلى 3 مجاميع لكل مجموعة (5) جرذان شملت (مجموعة السيطرة و مجموعة التلقيح فموياً Orally و مجموعة الحقن تحت الجلد Subcutaneous ) وتم استخدام لقاح STGs مع مساعد فرويند (1:1) بجرعة 100 مايكروليتر/ جرذ , إذ جُمع المصل من كل حيوان قبل كل جرعة لقاح وبعد انتهاء برنامج التلقيح (14 و28 و (42 يوم , ثم قيست قدرة الأجسام المضادة الموجودة في المصل على التفاعل مع مستضد S. Typhimurium الحية باستخدام اختبار القدرة التلازنية , وظهرت نتيجة التلازن الموجبة على الشريحة الزجاجية بوساطة وجود التضبب الحبيبي الحليبي اللون الذي شمل مجموعة التلقيح تحت الجلد التي أعطت تكتلاً واضحاً(خلال دقيقة واحدة ) لتفاعل الجسم المضاد مع المستضد بعد المعاملة بلقاح STGs بالمقارنة مع اختبارات مجموعة التلقيح الفموي .
عند دراسة تأثير اللقاح STGs المحضر على بعض المعايير النسجية والدموية والمناعية للجرذان المستحدث فيها سرطان القولون والمستقيم, تضمنت التجربة استخدام (20) من ذكور الجرذ الأبيض ذات أوزان تتراوح بين (75-50) غرام وأعمارها (5-4 ) أسابيع , تم تقسيمها الى أربع مجاميع وبواقع (5) جرذان لكل مجموعة وعُدّت المجموعة الأولى مجموعة السيطرة السالبة , والمجموعة الثانية مجموعة السيطرة الموجبة التي تم حقنها بمادة (AOM) وبمعدل ((15 ملغم/كغم من وزن الحيوان مرة واحدة في الأسبوع وعلى مدى أسبوعين متتاليين , المجموعة الثالثة مجموعة الحيوانات التي تم حقنها بجرعة واحدة تحت الجلد Subcutaneous بأحجام متساوية (1:1) من STGs + مساعد فرويند Freund’s adjuvant بجرعة ((100 مايكروليتر/ جرذ بعد (20) أسبوع من تاريخ الحقنة الثانية من مادة (AOM) المسرطنة ثم استمر برنامج التلقيح الكامل(14 و28 و (42يوم , أما المجموعة الرابعة مثلت مجموعة الحيوانات المعاملة بالمادة (AOM) المسرطنة والتي تم اخضاعها للتداخل بالبكتيريا الحية عن طريق الحقن تحت الجلد بـ (1) مليلتر من العالق الجرثومي لبكتريا S. Typhimurium الحية وبتركيز (1×108 خلية /مليلتر) لمرة واحدة وذلك بعد انتهاء برنامج التلقيح الكامل , جُمعت عينات الدم خلال التجربة وجُمعت الأنسجة بعد التضحية بالحيوانات عند نهاية التجربة لتقييم المعايير المطلوبة .
لوحظت تغيرات عيانية في نسيج قولون مجموعة السيطرة الموجبة تمثلت بفقدانه لمظهره الطبيعي فضلاً عن ظهور كتلًا متعددة من السلائل Polyps ولوحظ في المقاطع النسجية ظهور ارتشاح شديد للخلايا الالتهابية بين الخبايا مع فرط تنسجي Hyperplasia ملحوظ في البؤر الغدية للطبقة المخاطية مقارنة مع مجموعة السيطرة السالبة , أما المجموعة الثالثة اظهرت تغيرات نسيجية لمخاطية القولون وفرط تنسج كبير في الأنسجة الليمفاوية مع ارتشاح الخلايا الإلتهابية و تضرر في خبايا الطبقة المخاطية Mucosa , وتبين من المقطع المستعرض لنسيج الكبد للمجموعة الرابعة وجود احتقان دموي جيبي بسيط وتحلل لبعض الخلايا الكبدية وعدم انتظام الجيبانيات المصحوب بارتشاح لبعض الخلايا الإلتهابية في المنطقة البوابية مقارنة مع مجموعة السيطرة الموجبة , كذلك أظهر المقطع المستعرض لنسيج طحال المجموعة الرابعة وجود تجمعات صغيرة للخلايا اللمفاوية للب الأبيض المتناثرة عبر اللب الاحمر يرافقه ارتشاح طفيف للخلايا الإلتهابية مقارنة مع مجموعة السيطرة الموجبة .
أظهرت مقاييس الإستجابة المناعية في الدم وجود ارتفاع معنوي P<0.05)) في العدد الكلي لخلايا الدم البيض بين مجموعات الدراسة الأربعة إذ بلغت أعلى قيمة لها في مجموعة السيطرة الموجبة بمعدل وخطأ قياسي 0.28±17.52)خلية/ملم3 دم) , أما خلايا الدم الحبيبية Granulocyte فقد أظهرت ارتفاعاً معنوياً P<0.05)) في المعدل والخطأ القياسي لها بلغ 1.92±7.9) خلية/ملم3 دم) في المجموعة الرابعة عند مقارنتها مع مجموعات التجربة فضلاً عن وجود ارتفاع معنوي P<0.05)) في قيمة المعدل والخطأ القياسي للخلايا احادية النواة Monocyte في ذات المجموعة عند مقارنتها مع مجموعات التجربة , في حين أظهرت كريات الدم الحمر ارتفاع غير معنوي P>0.05)) في كل مجموعات التجربة الأربعة وسجلت قيمة احتمالية بين المجموعات بلغت 0.28)).
عند تقدير قيم مستويات التعبير عن المعايير المناعية (TLR-4 و PDL-1 و TNF-α) , بينت النتائج عدم وجود دلالة احصائية عند مستوى معنوية (P>0.05) بين المجاميع الاربعة في معظم الاوقات فيما يخص دراسة تأثير اللقاح على مستويات التعبير للمعيار المناعي TLR-4 في مصل مجاميع الجرذان بإستثناء ان المتوسطات في المجاميع (المستحثة – الملقحة ) كانت تميل للارتفاع مع مرور الوقت مقارنة مع السيطرة السالبة لكنها لم تكن كافية لتحقيق دلالة احصائية , و بينت النتائج أن مستوى تعبير PDL-1 قد ارتفعت قيمهُ حسب التسلسل الزمني للتلقيح وكانت هنالك فروق معنوية بين المجاميع وفي جميع الاوقات عند مستوى معنوية P<0.05)) وأظهرت المجموعة الثالثة مستويات مرتفعة خلال البرنامج الكامل للتلقيح مقارنة بالمجموعات الأخرى مما يشير أيضًا إلى ارتفاع معنوي واضحP<0.05) ) مقارنة بمجموعة السيطرة السالبة التي اشارت إلى وجود فروقات غير معنوية(P>0.05) , في حين سجلت النتائج تباينًا واضحًا في مستويات TNF-α بين المجموعات المختلفة على مدى فترة التلقيح , فلم تُظهر مجموعة السيطرة السالبة وجود فرق معنوي في الاستجابة المناعية (P>0.05), أما مجموعة السيطرة الموجبة فقد أظهرت دلالة إحصائية واضحة عند مستوى معنوية (0.05 ) في الإستجابة الإلتهابية , الأكثر بروزًا هو المجموعتان الثالثة والرابعة اللاتي أظهرتا تأثير ذو دلالة إحصائية على الاستجابة المناعية .رنا عبد الحمزة عبد الزهرة عبد زيد الكرعاويرنا عبد الحمزة عبد الزهرة عبد زيد الكرعاوي
نستنتج مما تقدم أن التلقيح تحت الجلد باستخدام لقاح شبح S. Typhimurium (STGs) في الجرذان يمكن أن يولد استجابة مناعية خلوية قوية للحد من الاستعمار البكتيري في الجرذان المصابة , ويوفر أيضاً حماية كاملة ضد البكتيريا العترة الحية وبذلك يمكن الافادة من هذه الأشباح البكتيرية المستحثة كيميائياً لأن تكون كلقاح واعد , كذلك نستنتج أن استحداث سرطان القولون والمستقيم في ذكور الجرذان البيض عن طريق حقنها تحت الصفاق بمادة AOM)) يمكن أن يؤدي إلى حدوث تغيرات في بعض المعايير النسجية والدموية والمناعية عند حقنها تحت الجلد بلقاح شبح S. Typhimurium وكان له تأثير تحفيزي مناعي مع سرطان القولون والمستقيم .
The role of Salmonella Typhimurium ghost bacteria in the immunomodulation of induced colorectal cancer in male albino rats
Abstract
The current study aimed to investigate the immunostimulatory role of Salmonella Typhimurium ghosts (STGs) vaccine to reduce the effect of Azoxymethan (AOM)-induced colorectal cancer in male albino rats (Rattus rattus), which were used as a model to achieve the experiments of the current study, which were conducted in the laboratories of Biology Department belong to both the College of Education for Pure Sciences and the College of Science / University of Kerbala, and in the animal house of the College of Pharmacy / University of Kerbala, and in the training center of the Iraqi Biotechnology Company in Al-Qadisiyah Governorate for the period from the beginning of February 2023 to the beginning of November 2023.
The study included the use of (41) male albino rats, and included two axes. The first axis represented the initial evaluation to the locally prepared vaccine safety and its immunogenicity by studying the immune response of the vaccinated rats and comparing it with the unvaccinated rats, as well as testing the complete vaccination program. The second axis included investigating the immunomodulatory activity of the prepared vaccine on colorectal cancer induced rats before, during and after treatment with the complete vaccination program with (STGs) by measuring the expression level of some immune parameters represented by Toll like receptor- 4 (TLR-4), Programmed cell death ligand- 1 (PDL-1), and Tumor necrosis factor- alpha (TNF-α), in addition to studying some changes in histological and blood parameters.
S. Typhimurium ghosts were prepared from the activated bacterial isolate provided by the Al-Amin Center for Advanced Biotechnology and Research / Najaf, using the Sponge Like Reduced Protocol (SLRP) as a vaccine and to evaluate its efficiency in stimulating or modifying the immune response of laboratory rats (6 rats with an average weight of 150 grams were allocated for the experiment). The agglutination ability test was performed for S. Typhimurium cells and STGs using standard antisera. The results showed that agglutination appeared clearly by the presence of granular aggregation on the glass slide when using standard antibodies with the prepared S. Typhimurium cells and STGs, while the agglutination ability was absent in the negative control group. The scanning electron microscope imaging results also revealed that these ghost cells which containing micropores are characterized by having intact and high-quality outer shells.
The full vaccination program (42 days) was tested and the experiment included the use of (15) rats with an average weight of 150 grams, divided into 3 groups, each group (5) rats included (the control group, the oral vaccination group, and the subcutaneous injection group). The STGs vaccine was used with Freund’s adjuvant (1:1) at a dose of 100 μl/rat. The serum was collected from each animal before each vaccine dose and after the end of the vaccination program (14, 28, and 42 days). Then the ability of the antibodies present in the serum to interact with the live S. Typhimurium antigen was measured using the agglutination ability test. The positive agglutination result appeared on the glass slide by the presence of milky-colored granular fog that included the subcutaneous vaccination group, which gave a clear clump (within one minute) for the antibody reaction with the antigen after treatment with the STGs vaccine compared to the tests of the oral vaccination group.
When studying the effect of the prepared STGs vaccine on some histological, blood and immunological parameters for colorectal induced rats , the experiment included the use of (20) male white rats with weights ranging between (75-50) grams and ages of (5-4) weeks, they were divided into four groups with (5) rats for each group, the first group was considered the negative control group, and the second group was the positive control group that was injected with (AOM) at a rate of (15 mg/kg of animal weight) once a week for two consecutive weeks, the third group was the group of animals that were injected with a single dose subcutaneously with equal volumes (1:1) of STGs + Freund’s adjuvant at a dose of (100 μl /rat) after (20) weeks from the date of the second injection of the carcinogenic (AOM) substance, then the full vaccination program continued (14, 28 and 42 days) ,while the fourth group represented the group of animals treated with carcinogenic (AOM) substance, which they were subjected to interference with live bacteria by subcutaneous injection with (1) ml of the bacterial suspension of live S. Typhimurium bacteria at a concentration of (1×108 cells/ml) once after the completion of the complete vaccination program. Blood samples were collected during the experiment and tissues were collected after sacrificing the animals at the end of the experiment to evaluate the required standards.
Gross changes were observed in the colon tissue of the positive control group, represented by the loss of its normal appearance, in addition to the appearance of multiple masses of polyps. In the histopathological sections, severe infiltration of inflammatory cells between the crypts was observed, with marked hyperplasia in the glandular foci of the mucosal layer compared to the negative control group. As for the third group, histopathological changes in the colon mucosa and significant hyperplasia in the lymphoid tissue with infiltration of inflammatory cells and damage to the crypts of the mucosa layer were observed. The cross-section of the liver tissue of the fourth group showed simple sinusoidal congestion, degeneration of some hepatocytes, and irregularity of the sinuses accompanied by infiltration of some inflammatory cells in the portal area compared to the positive control group. The cross-section of the spleen tissue of the fourth group also showed small clusters of white pulp lymphocytes scattered across the red pulp, accompanied by slight infiltration of inflammatory cells compared to the positive control group.
The immune response measurements in the blood showed a significant increase (P<0.05) in the total number of white blood cells among the four study groups, as it reached its highest value in the positive control group with a mean and standard error of (17.52 ± 0.28 cells/mm3 blood), while the granulocytes showed a significant increase (P<0.05) in the rate and standard error of (7.9 ± 1.92cells/mm3 blood) in the fourth group when compared with the experimental groups, in addition to a significant increase (P<0.05) in the rate and standard error of monocyte cells in the same group when compared with the experimental groups, while the red blood cells showed a non-significant increase (P>0.05) in all four experimental groups and recorded a probability value between the groups of (0.28).
When estimating the expression levels of the immune parameters (TLR-4, PDL-1 and TNF-α), the results showed that there was no statistical significance at a significance level (P>0.05) between the four groups at most times regarding the study to the effect of the vaccine on the expression levels of the immune parameter TLR-4 in the serum of the rat groups, except that the averages in the groups (induced – vaccinated) tended to rise over time compared to the negative control, but it was not sufficient to achieve statistical significance. The results showed that the expression level of PDL-1 increased according to the vaccination serial time, and there were significant differences between the groups at all times at a significance level of P<0.05, the third group showed high levels during the entire vaccination program compared to the other groups, which also indicates a clear significant increase (P<0.05) compared to the negative control group, which indicated the presence of non-significant differences (P>0.05), while the results recorded a clear variation in the levels of TNF-α between the different groups over the vaccination period, the negative control group did not show a significant difference in the immune response (P>0.05), while the positive control group showed a clear statistical significance at the significance level (0.05) in the inflammatory response, the most prominent being the third and fourth groups that showed a statistically significant effect on the immune response.
We conclude from the above that subcutaneous vaccination using S. Typhimurium ghost vaccine (STGs) in rats can generate a strong cellular immune response to reduce bacterial colonization in infected rats, and also provides complete protection against live strain bacteria, thus these chemically induced bacterial ghosts can be used as a promising vaccine. We also conclude that the induction of colorectal cancer in male white rats by sub-peritoneally injecting them with AOM can lead to changes in some histopathological, blood and immune parameters when injected subcutaneously with S. Typhimurium ghost vaccine, and it had an immunostimulatory effect with colorectal cancer.