Urgența dezvoltării de noi vaccinuri
Vaccinurile utilizate astăzi pot fi împărțite în funcție de metodele de preparare a acestora pentru următoarele tipuri:
• vaccinuri atenuate vii;
• vaccinuri inactivate;
• Vaccinuri care conțin componente purificate ale microorganismelor (proteine sau polizaharide);
• vaccinuri recombinante care conțin componente ale microorganismelor obținute prin ingineria genetică.
Tehnologia ADN-ului recombinant este de asemenea utilizat pentru a crea noi tipuri de vaccinuri vii atenuate, realizând o atenuare prin mutația dirijată a genelor care codifică proteine ale agentului cauzal virulent. Aceeași tehnologie este utilizată și pentru a produce vaccinuri recombinante vii, care integrează gene care codifică proteinele imunogene în viruși vii nepatogeni sau bacterii (vectori) care sunt injectate în oameni.
Fig. 1. Arma genetică unică de Powderject
a - aspect; b - în secțiune
Pentru obținerea vaccinurilor ADN, o genă care codifică producerea unei proteine imunogene a unui microorganism este inserată într-o plasmidă bacteriană. Plasmida este o moleculă mică de ADN dublu catenar circular, care este capabilă de replicare (reproducere) într-o celulă bacteriană. De asemenea, o genă care codifică proteina vaccinează, inserată într-o plasmidă elementele genetice necesare pentru exprimarea ( „pe“) a genei în celulele eucariote, incluzând un om, pentru a furniza sinteza proteinelor. O astfel de plasmidă este introdusă în cultura de celule bacteriene pentru a obține un număr mare de copii. ADN-ul plasmidic este apoi izolat din bacterii, purificat din alte molecule de ADN și impurități. Molecule de ADN purificat și servește drept vaccin. Introducerea vaccinului ADN asigură sinteza proteinelor străine de celulele organismului vaccinat, ceea ce conduce la dezvoltarea ulterioară a imunității împotriva patogenului corespunzător. În acest caz, plasmidele care conțin gena corespunzătoare nu sunt inserate în ADN-ul cromozomilor umani.
Fig. 2. Gun multifuncțional al companiei «Powderject»
a - cartuș înlocuibil; b - dispozitivul este asamblat complet
Experimentele ulterioare au confirmat capacitatea vaccinurilor ADN de a forma imunitate împotriva unei varietăți de agenți patogeni.
Avantaje potențiale ale vaccinurilor ADN
Vaccinurile ADN au mai multe avantaje față de vaccinurile tradiționale.
I. Îmbunătățirea eficacității și siguranței imunizării
1. Promovarea producției de anticorpi față de molecula nativă de proteine virale.
Dacă proteinele imunogene sunt utilizate ca vaccin, în timpul procesului de producere și purificare a acestora, se pot produce schimbări în configurația tridimensională a acestor molecule. Prin urmare, imunizarea poate fi ineficientă datorită formării de anticorpi specifici pentru moleculele imunogene modificate, dar nu la proteinele virale native. Introducerea vaccinurilor ADN, ca regulă (a se vedea "posibilele limitări în utilizarea vaccinurilor ADN"), conduce la sinteza celulelor antigene virale în forma lor nativă.
2. Promovarea producerii de limfocite T citotoxice.
Vaccinurile inactivate sau subunități induc în general un răspuns imun humoral. Acest lucru se datorează faptului că natura mecanismelor de prezentare și recunoaștere a antigenilor de către celulele sistemului imunitar depinde de faptul dacă antigenul este sintetizat în celulă sau intră din celulă din exterior. Și aceasta, la rândul său, determină natura activării și interacțiunii celulelor care participă la răspunsul imun. Deoarece vaccinurile ADN furnizează sinteza proteinelor imunogene de către celulele organismului în sine, ele contribuie la formarea imunității umorale și celulare. Activarea celulelor T citotoxice fără introducerea unui agent patogen viu este cea mai importantă caracteristică distinctivă a vaccinurilor ADN.
3. Poate afecta selectiv diverse subpopulații ale limfocitelor T.
În principiu, este posibil să se dezvolte vaccinuri ADN care să activeze selectiv diferite tipuri de limfocite T helper. Datorită acestui fapt, vaccinurile cu gene pot fi create pentru a trata persoanele cu boli autoimune sau alergice, a căror patogeneză este asociată cu încălcarea diferitelor părți ale reglementării imune.
4. Contribuie la formarea imunității pe termen lung.
Asemenea vii atenuate, vaccinurile ADN sunt capabile să ofere imunitate pentru o lungă perioadă de timp. În acest caz, acestea diferă de vaccinurile inactivate, care asigură imunitate pe termen lung numai prin efectuarea de vaccinări repetate.
5. Eliminați riscul de infecție.
Prin acțiunea lor, vaccinurile ADN seamănă cu vaccinurile virale atenuate vii sau cu unele vaccinuri recombinante bazate pe vectori virale vii, deoarece proteinele imunogene sunt sintetizate în corpul uman. Dar, odată cu introducerea vaccinurilor cu gene, nu există nici un pericol de infectare a unei persoane.
II. Simplificați dezvoltarea
și producția de noi vaccinuri
1. Simplitatea obținerii unui număr mare de microorganisme ADN-patogene.
Multe microorganisme sunt greu de cultivat (virusurile hepatitei B și C, papilele umane etc.), ceea ce face dificilă crearea de vaccinuri. Datorita tehnologiei moderne (de exemplu, reacția în lanț a polimerazei), se poate obține o cantitate suficientă de ADN a practic orice microorganism patogen, de a identifica genele care codifică proteine imunogene, și pentru a crea un vaccin. Implementarea Proiectului genomului uman va conduce la faptul că în câțiva ani oamenii de știință vor avea genomurile descifrate ale celor mai cunoscute microorganisme patogene. Acest lucru va facilita foarte mult sarcina de screening-ul genelor pentru a identifica cele care codifică moleculele de proteine imunogene ale agentului cauzal al bolii. In cazurile in care aceste gene sunt dificil de detectat dezvoltatorii de vaccin pot face uz de „ADN-ul bibliotecii“ a agenților patogeni relevanți (colecții de secvențe complementare de ADN care conțin numai acele porțiuni ale ADN-ului unui microorganism care codifică produse proteice, adică toate genele exprimate). Aceste molecule de ADN sunt ușor de clonat și de utilizat în cercetarea creării de vaccinuri.
2. Posibilitatea de a crea vaccinuri combinate.
Deoarece vaccinurile combinate sunt acum utilizate pe scara larga numai vaccinurile inactivate, deoarece acestea pot salva imunogenitatea (așa-numitul fenomen de interferență virală) atunci când sunt administrate mai multe vaccinuri virale atenuate. Vaccinurile ADN pot fi combinate. Acest lucru este deosebit de important, deoarece, în prezent, copiii din prima săptămână a vieții și până la 16-18 ani beneficiază de cel puțin 18 vaccinări. vaccin ADN multivalent poate fi folosit pentru a dezvolta imunitate eficientă împotriva bolilor parazitare (deoarece caracteristicile antigenice parazit poate depinde de stadiul dezvoltării sale la om), precum și pentru a combate tulpini rezistente la medicamente de microorganisme.
3. Simplificați producția de vaccinuri.
Tehnologiile de producție ale majorității vaccinurilor utilizate astăzi sunt extrem de diverse și în mare măsură depind de caracteristicile agentului cauzal al bolii împotriva căreia a fost dezvoltat vaccinul. Dimpotrivă, tehnologia de obținere a diferitelor vaccinuri ADN nu este semnificativ diferită. Vaccinurile ADN diferă numai în cazul genelor care sunt incluse în plasmidă. Vaccinurile genetice pot fi atribuite vaccinurilor subunitare, deoarece acestea conduc la sinteza uneia sau mai multor proteine imunogene în corpul uman. Cu toate acestea, metodele de creare a vaccinurilor subunitare "clasice", precum și vaccinurile subunitare recombinante bazate pe utilizarea vectorilor virali, sunt mult mai complicate. Utilizarea unei singure tehnologii poate simplifica foarte mult standardizarea metodelor de producere a vaccinurilor ADN și controlul calității acestora. În plus, acest lucru va reduce costul producției lor.
III. Simplificarea cerințelor
la condițiile de depozitare
1. Stabilitate ridicată a vaccinului.
Vaccinurile ADN sunt foarte stabile. Ele sunt capabile să reziste la temperaturi scăzute și ridicate (ușor sub punctul de fierbere al apei) și la condiții diferite de umiditate. Prin urmare, vaccinurile cu gene nu necesită crearea așa-numitelor lanțuri reci (nevoia de a stoca vaccinurile în instalațiile de refrigerare până la locul de producție până la utilizatorul final). Această calitate le conferă avantaje semnificative față de alte vaccinuri, deoarece, în unele țări în curs de dezvoltare, întreținerea lanțurilor rece reprezintă aproximativ 80% din costul unei vaccinări. Astfel, costul transportului și depozitării vaccinurilor ADN va fi semnificativ mai mic.
Posibile limitări în utilizarea vaccinurilor ADN
Deoarece genele codifică sinteza moleculelor de proteine, vaccinurile ADN contribuie la formarea imunității numai în ceea ce privește componentele proteice ale agenților patogeni. Prin urmare, ele nu pot înlocui acțiunea vaccinului se bazează pe utilizarea altor molecule antigenice, cum ar fi antigene capsulare prezentate de polizaharide (polizaharidă pneumococ, meningococ, vaccin febra tifoidă etc.).
O altă restricție se datorează faptului că moleculele de proteine după sinteză suferă adesea alte modificări biochimice în celulă, de exemplu, supuse glicozilării. Aceste procese în celulele oamenilor, animalelor și microorganismelor se pot desfășura în moduri diferite. Prin urmare, există posibilitatea ca structura proteinei antigenice sintetizate în celulele umane să difere de structura proteinei virale imunogene naturale. Rezultatele experimentelor efectuate nu au confirmat încă aceste temeri.
În plus, caracteristicile administrării orale sau intranazale a vaccinurilor ADN nu sunt bine înțelese. Între timp, membranele mucoase sunt gateway-ul infecției pentru mulți agenți patogeni și se știe că pentru un număr de microorganisme patogene cea mai eficientă metodă de imunizare este inițierea unui răspuns imun la locul infecției.
Probleme de siguranță
Există temeri că molecula de plasmidă ADN poate fi încorporată în ADN-ul cromozomilor umani, ceea ce va duce la mutația genei în această regiune. Cu toate acestea, experimentele la șoareci indică faptul că integrarea plasmidului în ADN-ul șoarecilor este observată de aproximativ 1000 de ori mai puțin frecvent decât mutațiile genetice spontane.
Este, de asemenea, cunoscut faptul că toleranța imunologică (incapacitatea de răspuns imun la un antigen) poate fi cauzată de administrarea repetată de doze foarte mici de antigen. Când este imunizat cu ADN, o proteină imunogenă este, de asemenea, sintetizată în organism într-o cantitate mică pentru o lungă perioadă de timp. Această problemă necesită un studiu mai atent, dar, aparent, nu este un obstacol semnificativ în legătură cu posibilitatea de a regla cantitatea de ADN introdus și, în consecință, numărul de celule care sintetizează proteina antigenică.
Sa sugerat că introducerea vaccinurilor ADN poate conduce la dezvoltarea bolilor autoimune ca urmare a unui răspuns imun îndreptat împotriva celulelor organismului uman care exprimă o proteină antigenică sau datorită formării de anticorpi la ADN străin. Cu toate acestea, experimentele efectuate sugerează că introducerea vaccinurilor ADN nu crește riscul reacțiilor autoimune, cel puțin în comparație cu vaccinurile virale atenuate utilizate în prezent.
Participarea companiilor farmaceutice la dezvoltarea vaccinurilor ADN
Conștientizarea perspectivelor de utilizare a vaccinurilor genice a contribuit la o creștere semnificativă a finanțării cercetării în această direcție, nu numai de la agențiile guvernamentale, ci și de la companiile private.
În mod similar, se dezvoltă colaborarea dintre Glaxo Wellcome și Powderject în dezvoltarea unui număr de vaccinuri ADN preventive și terapeutice.
Vaccinurile ADN au un mare potențial și pot declanșa o revoluție în vaccinologie. Cu toate acestea, mulți specialiști încearcă să tragă concluzii definitive până când nu au primit suficiente date din studiile clinice care să demonstreze convingător eficacitatea și siguranța vaccinurilor ADN. În următorii câțiva ani, nu trebuie să se aștepte introducerea lor în practica medicală, deoarece majoritatea vaccinurilor care se dezvoltă sunt în stadiul preclinic sau se află în faza I-II a studiilor clinice.