구제역 백신과 피내주사 적용

 이번 주제는 피내주사의 원리와 구제역 백신을 피내로 접종한 실험 결과들을 소개하겠다. 

1. 피내 주사의 작용 원리

 피부는 선천성, 후천성 면역 반응을 유발하고 백신을 적용할 수 있는 최적의 부위이다. 해부학적인 관점에서 피부는 위쪽을 덮고 있는 표피(epidermis)와 아래부위인 진피(dermis)로 나눌 수 있다. 

 피부는 표피 수지상 세포(랑게르한스 세포), 진피 수지상 세포(T세포, B세포, NK세포, 비만세포, 대식세포)의 면역세포와 피부와 림프절 사이에 계속적인 상호작용을 하는 피부관련 림프조직(SALTs)을 가지고 있다. SALTs는 림프여포(lymphoid follicle), 혈관, 항원 제시 세포(APC) 그리고 림프구로 구성된다(그림 1). 

 항원은 표피 각질세포(keratinocyte)와 특화된 수지상 세포(Dendritic cell)와 같은 항원 제시세포에 의해 감지되서 높은 수준의 MHC Class Ⅱ 반응이 일어난다. 

2. 근육, 피하, 정맥, 피내 주사 적용부위

 인체의 피내주사 적용의 예로 신생아 BCG 백신이 있으며 근육, 피하, 정맥, 피내 주사 적용부위는 다음과 같다(그림 2). 

3. 구제역백신 피내주사 적용 실험 

* Type O/TAW3/97 구제역 백신 2ml 근육주사 vs 0.2ml 피내주사 중화항체 실험 

 이 실험의 목적은 일반적으로 적용하는 근육 접종을 대신해서 구제역 백신의 피내 접종의 가능 여부를 조사하는것이다. 유효 항원량을 가진 구제역 백신 2ml 근육주사 그룹과 동일한 백신 제품의 1/10 용량을 피내주사 그룹의 임상증상과 준임상적인 바이러스 배설량을 비교했다. 

 6주령 자돈을 대상으로 실험 1(n=12)은 3두씩 4그룹, 실험 2(n=25)는 5두씩 5그룹, 실험 3(n=48)은 8두씩 6그룹으로 나누고 접종부위(근육 vs 피내), 항원량(0.3㎍, 1.2㎍, 3㎍, 30㎍), 용량(0.2ml, 2ml, 4 x 0.2ml)을 다르게 적용했다(표 1).

 중화항체 실험결과는 다음과 같다(그림 3, 표 2).

 일반적으로 중화항체 titer는 피내주사보다 근육주사 그룹에서 더 높게 나타났다. 예외적으로 4 x 0.3㎍ 피내주사 그룹은 매우 좋은 중화항체 반응을 보였다.

 3㎍ 근육주사 그룹은 3㎍ 피내주사(p=0.03)와 0.3㎍ 근육주사(p=0.01) 그룹과 상당한 차이를 보였고 0.3㎍ 피내주사 그룹은 30㎍ 근육주사(p=0.0445)와 3㎍ 피내주사(p=0.0222) 그룹과 상당한 차이를 보였다. 

 결론적으로 피내주사는 구제역에 대해서 매우 효과적인 면역반응을 유도하기 때문에 근육주사를 대체할 수 있는 좋은 방법이다. 게다가 접종 용량이 근육주사보다 적기 때문에 백신비용을 절감할 수 있다. 

* Type O/SKR/Jincheon/02/2014 구제역 백신 1ml 근육주사 vs 0.2ml 피내주사 중화항체 실험 

 이 실험의 목적은 근육주사와 피내주사 백신그룹의 면역반응을 비교하는 것이다. 동일한 항원량의 구제역 바이러스를 적용했을때 피내와 근육 백신그룹은 동종 구제역 바이러스에 대해 완전한 방어 효과를 보였다.

 6주령 자돈 14두를 대상으로 5그룹으로 나누고 접종부위(근육 vs 피내), 항원량(2㎍, 10㎍), 용량(0.2ml, 1.0ml)을 다르게 적용했다(표 3).

 Type O SP ELISA 실험결과 모든 백신 그룹들(G1,G2,G3,G4)의 PI value는 급격히 증가했다. 다른 피내주사 그룹들과 비교했을때 G3 그룹만 PI value가 cut-off에 인접했고 G1,G2 그룹은 대조군보다 상당히 높은 PI value를 나타냈다(p<0.001)(그림 4).

 백신접종 후 28일 지난시점에 동종 바이러스(O/SKR/Jincheon/02/2014)와 이종 바이러스(SEA topotype)에 대한 중화황체 검사를 진행했다(그림 5).

 진천주에 대한 평균 중화항체 log₁₀ titer는 G1 1.61, G2 1.55, G3 1.91, G4 2.21를 기록하며 동종 바이러스에 대한 방어효과를 나타냈다. 이종 바이러스(SEA topotype)에 대한 평균 중화항체 log10 titer의 경우 G1, G3, G4 그룹은 대조군 보다 높게 나타났다.

 무침주사 기계(Pulse 50)를 이용해서 돼지 피부에 구제역 백신을 접종했을때 지방 조직을 통과하지 않고 표피(epidermis), 진피(dermis), 피하층(subcutaneous layer)을 포함한 피부층으로 백신약이 잘 전달됐다(그림 6). 백신주사 부위에 결절 또는 딱지가 형성됐지만 백신 78일 후 사라졌다. 

4. 모돈 무침 피내주사와 동물복지 

 이 실험은 일반 주사바늘과 비교했을때 무침 피내주사 적용이 모돈의 스트레스 완화와 행동적, 건강적 지표들 개선 효과를 평가했다. 

 6개의 돈방(15두/pen)의 임신돈 90두를 대상으로 PRRS 백신 무침 피내주사와 일반 근육주사를 비교하는 실험을 진행했다. 주사바늘 주입 당시 두려움 또는 통증을 표시하는 모돈의 빈도는 4가지 지표(괴성 소리, 후퇴시도, 돌기, 행동변화)를 평가했을때 무침 피내주사 그룹에서 상당히 낮았다. 

 4가지 지표에 대한 무침 피내주사 vs 일반 주사 결과는 괴성소리 15.4% vs 95.6%,(p<0.0001) 후퇴시도 2.6% vs 56.5%(p<0.0001), 돌기 5.1% vs 69.6%(p<0.0001), 행동변화 18% vs 95.6%(p<0.001)로 나타났다. 

 백신접종 48시간 후 무침 피내주사 그룹에서 더 낮은 C-reactive protein(염증반응 검사) 수치를 보였다(21.3 ㎍/ml vs 35.8 ㎍/ml, p=0.06). Haptoglobin 수치는 차이가 없었고 Chromogranin A는 증가율이 낮은 경향을 보였다. 

 결론적으로 무침 피내 백신주사는 임신모돈에게 통증과 공포를 감소시키는 역할을 한다. 

5. 참고 문헌

1. Bragazzi NL, Orsi A, Ansaldi F, Gasparini R, Icardi G. Fluzone® Intra-dermal (Intanza® / Istivac® Intra-dermal): an updated overview. Hum Vaccin Immunother. 2016 Oct; 12(10): 2616–2627.

2. https://www.technoflex.net/en/news/flexmag/flexmag-14/4-injection-methods-4-levels-of-action/

3. Eblé PL, Weerdmeester K, van Hemert-Kluitenberg F, Dekker A. Intradermal vaccination of pigs against FMD with 1/10 dose results in comparable vaccine efficacy as intramuscular vaccination with a full dose. Vaccine. 2009 Feb 18;27(8):1272-8.

4. Hwang JH, Lee KN, Kim SM, Lee GM, Moon YJ, Kim BH, Lee JS, Park JH. Needleless intradermal vaccination for foot-and-mouth disease induced granuloma-free effective protection in pigs. J Vet Sci. 2019 May; 20(3): e29.