Разработка новых вакцин: виды, этапы, применение

Благодаря достижению в технологиях рекомбинантных ДНК, быстрого автоматизированного синтеза пептидов, а также в других областях биоинженерии (например, в области моноклональных антител) появилась возможность совершенствования доступных вакцин и разработки новых подходов к их созданию.

Вакцины, разработанные с помощью рекомбинантных ДНК

Технология рекомбинантных ДНК дает возможность экспрессировать в больших количествах белковые антигены, которые используют в вакцинах. Примером успешного применения технологии рекомбинантных ДНК в производстве вакцин является опыт с вакциной против гепатита В. Это заболевание является основной причиной инфекции печени и в дальнейшем повышения риска возникновения гепатоцеллюлярного рака. В 1970-х гг. путем очищения вирусного антигена от крови донора — постоянного носителя вируса была разработана эффективная вакцина против гепатита В. В конце 1980-х гг. из-за эпидемии ВИЧ подтвердились данные о передаче патогенов с кровью и ее продуктами и появились опасения, что данная вакцина может переносить заболевание. Хотя некоторые исследования и показали безопасность вакцины, произведенной из плазмы, была создана альтернативная вакцина путем экспрессирования антигена гепатита В в дрожжах с использованием технологии рекомбинантных ДНК. Эта рекомбинантная вакцина упрощает выработку антигена, устраняя зависимость от плазмы крови человека, а также любую потенциальную опасность, связанную с непреднамеренным загрязнением антигена вакцины патогенами, находящимися в крови. Технология рекомбинантных ДНК также использовалась для создания первой эффективной вакцины против болезни Лайма. Другие вакцины, созданные с помощью технологии рекомбинантных ДНК, проходят различные фазы клинического тестирования. Некоторые из этих молекулярных методов могут обеспечить нас удобными, безопасными и более эффективными средствами иммунизации, чем в настоящее время.

Конъюгированные полисахариды

Конъюгатные полисахаридные вакцины произвели революцию в вакцинации против инкапсулированных бактериальных патогенов. Гуморальный иммунитет играет основную роль в защите от инкапсулированных патогенов, но большинство микробных полисахаридов являются Т-независимыми антигенами, которые обычно слабоиммуногенны. Другой проблемой полисахаридных вакцин является то, что организм маленьких детей обычно не дает гуморальный ответ на полисахаридные антигены. В то же время у детей повышен риск инфекций, вызываемых инкапсулированными бактериями, такими как Streptococcus pneumoniae и Haemophilus influenzae. Конъюгация полисахарида с белком (например, столбнячного или дифтерийного анатоксина) приводит к созданию молекулы, ведущей себя как Т-зависимый антиген, и вызывает выраженный ответ со стороны антител на полисахаридную часть. Вакцины, эффективные для этой возрастной группы, создают путем конъюгации таких (бактериальных) полисахаридов или олигосахаридов (например, Н. influenzae) с белками, например дифтерийным анатоксином. В настоящее время доступны конъюгатные полисахаридные вакцины против Н. influenzae типа b и определенных серотипов S.pneumoniae. Разрабатываются конъюгатные полисахаридные вакцины против других возбудителей, таких как:

• менингококки;

• стрептококки группы В;

• Salmonella typhi;

• штаммы Shigella.

Конъюгатные полисахаридные вакцины оказывают защитное действие, вызывая сильный гуморальный ответ на полисахаридную часть конъюгата.

Вакцины из синтезированных пептидов

Предпосылкой создания вакцин из синтетических пептидов является идея использования иммуногенных пептидов для вызывания иммунного ответа. Вакцины из синтетических пептидов создают на основе информации о последовательности аминокислот в белковом антигене, вызывающем защитный иммунный ответ. Теоретически вакцины из синтетических пептидов обладают преимуществом, поскольку пептиды высокой степени очистки можно производить в больших количествах, а их более простой антигенный состав обеспечивает защиту с гораздо меньшими побочными эффектами. Общий подход заключается в идентификации потенциальных эпитопов в защитном белковом антигене с использованием различных алгоритмов, синтезе ряда пептидов с соответствующей последовательностью аминокислот и проверке их на иммунологическую активность. Одной из проблем, связанных с вакцинами из пептидов, является их слабая иммуногенность ввиду малой величины, что требует их конъюгации с белками-носителями. В настоящее время несколько вакцин из синтетических пептидов проходят клиническое исследование. Пептидная вакцина продемонстрировала свою перспективность в отношении вируса-возбудителя пузырчатки полости рта и конечностей, а также малярии.

Антиидиотипические вакцины

Антитела (идиотипы), индуцированные к специфическому эпитопу антигена, обладают антигенсвязывающим центром (антидетерминантой), соответствующим по структуре эпитопу. Если это антитело в свою очередь используется в качестве иммуногена для индуцирования антитела (антиидиотип), реагирующего с антигенсвязывающим центром идиотипа, антиидиотип может по структуре напоминать эпитоп. Эта структурная схожесть называется внутренним образом. Так как внутренний образ (антиидиотипическое антитело) напоминает антиидиотип и естественный антигенный эпитоп, его можно использовать в качестве иммуногена для индуцирования антител против естественного эпитопа. В настоящее время несколько антиидиотипических вакцин исследуются на предмет эффективности при лечении некоторых видов рака человека.

Одним из примеров является иммуноген, состоящий из полученных у мышей антител, против моноклональных мышиных антител к поверхностному антигену вируса гепатита В. Иммунизация этими антиидиотипическими антителами, содержащими внутренний образ эпитопа на поверхностном антигене вируса гепатита В, индуцирует антитела к этому эпитопу. Антиидиотипические антитела можно использовать в тех случаях. Когда токсическое действие определенных биологических токсинов препятствует их применению в качестве антигенов.

Вакцины на основе вируса-носителя

С помощью вектора можно ввести в живой вирус (такой как вирус вакцинии, аденовирус или вирус полиомиелита) ген другого организма, кодирующего нужный антиген. Конструкция с вирусом вакцинии размножается в организме, экспрессирует чужеродный антиген и таким образом служит вакциной к данному определенному антигену. Такой подход очень удобен, потому что этот вирус безопасен для организма (например, у индивидуума с нарушенным иммунитетом). Дополнительным преимуществом подобных вакцин является то, что они потенциально способны индуцировать к содержащемуся в них антигену как клеточно-опосредованный иммунитет, так и иммунитет, опосредованный антителами.

Вакцины на основе бактерии-носителя

Аттенуированные бактерии, например штаммы Salmonella typhi premium, Escherichia coli и бациллы Кальметта-Герена, могут также служить в качестве переносчиков гена патогена в попытке получить патогенспецифический ответ. Эти бактерии изменяют с помощью рекомбинантных технологий с включением чужеродных генов, которые могут экспрессировать антигены патогенных микроорганизмов и индуцировать иммунные ответы. В будущем Salmonella typhi premium может быть использована, как кишечный патоген для иммунизации слизистых оболочек по отношению к чужеродным антигенам.

ДНК-вакцины

Вакцинация с помощью плазмиды, кодирующей последовательность ДНК для защитного антигена, связанного с сильным промотером млекопитающих, может вызвать иммунный ответ на белок.

Считается, что ДНК-вакцины позволяют микробному антигену экспрессироваться внутри клеток организма, которые захватывают плазмиду. Эти вакцины действуют путем производства необходимого антигена внутри клеток. Это является преимуществом, поскольку способствует презентации МНС. Другие преимущества ДНК-вакцин выражаются в отсутствии риска инфекции, большей по сравнению с белковыми вакцинами стабильности, и возможности доставки антигена в клетки, которые обычно не инфицируются патогеном, для лучшей модуляции иммунного ответа. ДНК-вакцины могут быть полезны для иммунизации младенцев, еще имеющих материнские антитела. Возможность иммунизации против некоторых вирусных, бактериальных и протозойных инфекций с помощью ДНК-вакцин была продемонстрирована на лабораторных животных. В настоящее время некоторые ДНК-вакцины проходят тестирование на предмет пригодности для предотвращения и лечения малярии и инфекций, вызванных вирусом гепатита В и ВИЧ.

Однако никакие ДНК-вакцины в клинической практике не применяются. Опасение вызывает возможная способность ДНК-вакцин становиться мутагенными, интегрируя в ДНК организма. Однако первые результаты испытаний на человеке указывают на безопасность ДНК-вакцин. На сегодняшний день ДНК-вакцины продолжают быть объектом интенсивных экспериментальных исследований.

Анатоксины

Можно инактивировать токсины и получить непатогенные анатоксины, пригодные для вакцинации. Анатоксины представляют собой одни из первых и наиболее успешно применяемых вакцин. Использование анатоксинов, приготовленных из инактивированных столбнячных, ботулинических и дифтерийных токсинов, вызывает ответ со стороны антител, предотвращающих развитие болезни.

Анатоксины эффективны, несмотря на тот факт, что естественные инфекции не всегда приводят к длительному иммунитету, вероятно, потому что количества вырабатываемого при инфекции токсина может быть недостаточно для получения сильного иммунного ответа. Таким образом, переболевший столбняком или дифтерией не обладает иммунитетом к повторному заболеванию, но вакцинация анатоксином обеспечивает ему полную защиту.