IgG protection status for humoral immune response to MMR vaccine among the Norwegian population of children and method assessment of MMR-Multi-Plex Immunoassay

Abstract

Background and aim: In order to prevent sudden outbreaks of serious disease, immune response to vaccines should be monitored to investigate the overall status of protection in a given population as well as identifying susceptible groups or individuals with a reduced or a negative response. The measles -mumps -rubella (MMR) vaccine is a live-attenuated combined vaccine used for the prevention of measles, mumps, and rubella. The main purpose of this study was to investigate the status of protection against measles, mumps, and rubella among the Norwegian population of children using IgG antibody concentrations as an indicator for humoral immune response to the MMR vaccine. An additional goal was to perform method assessment of MMR Multi-Plex Immunoassay by investigating intra-assay precision and interoperator reproducibility of IgG measurements. The study population and method: The study population were a part of The Norwegian Mother, Father and Child Cohort study (MoBa) including 306 children between the ages of 7 and 14. The collection of experimental material was performed by the Norwegian Environmental Biobank (NEB) during 2016-2017. The plasma IgG against measles, mumps, and rubella pathogen antigens were analysed using MMR Multi-Plex Immunoassay. Following IgG “protective levels” were set for each antigen: measles; >200 mIU/ml, mumps; >500 AU/ml, and rubella; >10 IU/ml, where concentrations below these thresholds were considered as “unprotected”. The intra-assay precision assessment was performed by the investigation of CV% values, and inter-operator reproducibility assessment was accomplished with the help of scatter plots, Lin’s Concordance Correlation Coefficient analysis, Bland-Altman plots, and reanalysis of plasma samples. Results: The majority of IgG antibody concentrations were above ‘protective level’ for all three antigens (measles: 97.1%, mumps: 63.1%, rubella: 89.2%). Overall, 2.3% of the children had IgG antibody concentrations below ‘protective level’ for all the three antigens. Notably, the proportion of ‘unprotected’ children varied for the three pathogens with lowest protection rates for mumps (36.9% below protection limit) while only 2.9% and 10.8% were ‘unprotected’ for measles and rubella respectively. The intra-assay precision results showed high precision with low mean CV% values of duplicates for all the three antigens (measles: 3.9%, mumps: 3.0% and rubella: 3.5%). The assessment of inter-operator reproducibility showed an overall high agreement between operators for IgG levels measured against all three pathogens. Conclusion: According to obtained results, the MMR Multi-Plex Immunoassay revealed a good intra-assay precision for the measurement of IgG levels against measles, mumps, and rubella. The results indicate an overall high degree of IgG antibody protection against measles, mumps, and rubella within the study population, which further indicates a substantial MMR vaccine effectiveness and heard immunity. However, a larger proportion of children were unprotected against mumps in comparison to measles and rubella indicating a possible need for booster vaccines or advances in vaccine technology against mumps.

Bakgrunn og målsetting: For å hindre uventede utbrudd av alvorlig sykdom, burde immunrespons på vaksiner overvåkes for å undersøke den generelle beskyttelsesstatusen i en gitt populasjon, samt identifisere mottakelige grupper eller individer med redusert eller negativ respons. Vaksine mot meslinger - kusma - røde hunder (MMR) er en levende svekket, kombinert vaksine som brukes til forebygging av meslinger, kusma og røde hunder. Hovedformålet med denne studien var å undersøke status for antistoff beskyttelse mot meslinger, kusma og røde hunder blant norske barn ved å bruke IgG-antistoffkonsentrasjoner som en indikator på den humorale immunresponsen til MMR-vaksinen. Et tilleggsmål var å utføre kvalitetsvurdering av MMR Multi-Plex Immunoassay ved å undersøke intra-assaypresisjon og inter-operator reproduserbarhet av IgG-målingene. Studiepopulasjonen og metode: Studiepopulasjonen var en del av den norske mor, far og barn -undersøkelsen (MoBa), og hadde en størrelse på 306 barn mellom 7 og 14 år. Innsamlingen av eksperimentelt materiale ble utført av Miljøbiobanken i perioden 2016-2017. IgG målinger i plasma mot meslinger, kusma og røde hunder ble analysert ved å bruke MMR Multi-Plex Immunoassay. Følgende grenser ble satt for IgG-beskyttelsesnivåer for hvert antigen: meslinger; >200 mIU/ml, kusma; >500 AU/ml, og røde hunder; >10 IE/ml, der konsentrasjoner under disse terskelverdiene ble ansett som «ubeskyttet». Presisjonsvurderingen innen analysen ble utført ved undersøkelse av CV%-verdier, og inter-operator reproduserbarhetsvurdering ble utført ved hjelp av spredningsplott, Lins konkordanskorrelasjonskoeffisientanalyse og Bland-Altman-plott. Resultater: Flertallet av populasjonen hadde IgG-antistoffkonsentrasjoner over "beskyttende nivå" for alle tre antigener (meslinger: 97,1 %, kusma: 63,1 %, røde hunder: 89,2 %). Totalt sett hadde 2,3 % av barna IgG-antistoffkonsentrasjoner under terskelverdi for "beskyttende nivå" for meslinger, kusma og rubella. Det ble observert en stor variasjon blant andelen "ubeskyttede" barn blant de tre antigene, der laveste beskyttelsesgrad ble oppdaget for kusma (36,9 % under beskyttelsesgrensen), mens bare 2,9 % og 10,8 % var "ubeskyttet" for henholdsvis meslinger og røde hunder. Presisjonsresultatene for intraanalysen viste høy presisjon med lave gjennomsnittlige CV%-verdier av duplikater for alle tre antigener (meslinger: 3,9 %, kusma: 3,0 % og røde hunder: 3,5 %). Vurderingen av interoperatorreproduserbarhet viste et generelt høy samsvar mellom operatører for IgG-konsentrasjonene for alle tre antigener. Konklusjon: I henhold til de oppnådde resultatene, viste MMR Multi-Plex Immunoassay en god intra-assay presisjon for de målte IgG-nivåene mot meslinger, kusma og røde hunder. Resultatene indikerte også en høy grad av antistoffbeskyttelse mot meslinger, kusma og røde hunder i studiepopulasjonen, noe som indikerer en betydelig MMR-vaksineeffektivitet og flokkimmunitet. Derimot, var en større andel av barna ubeskyttet mot kusma sammenlignet med meslinger og røde hunder, som indikerer et mulig behov for boostervaksiner eller fremskritt innen vaksineteknologi mot kusma.