Rekombinowana szczepionka podjednostkowa
Rekombinowane szczepionki podjednostkowe to preparaty biologiczne składające się z podjednostek drobnoustrojów wytwarzanych przy użyciu technologii rekombinacji DNA . Działają na rzecz zapewnienia czynnej odporności nabytej na choroby zakaźne . Pierwszą rekombinowaną szczepionkę podjednostkową wyprodukowano w połowie lat 80. XX wieku w celu ochrony ludzi przed wirusowym zapaleniem wątroby typu B. Godne uwagi licencjonowane rekombinowane szczepionki podjednostkowe obejmują ENGERIX-B ( wirusowe zapalenie wątroby typu B ), GARDASIL-9 ( wirus brodawczaka ludzkiego ), FLUBLOK ( grypa ), SHINGRIX ( półpasiec ) i NUVAXOVID ( choroba koronawirusowa 2019 ).
Po wstrzyknięciu antygeny wyzwalają produkcję swoistych dla antygenu przeciwciał , które odpowiadają za rozpoznawanie i neutralizację obcych substancji. Podstawowe składniki rekombinowanych szczepionek podjednostkowych obejmują rekombinowane podjednostki, adiuwanty i nośniki. Dodatkowo rekombinowane szczepionki podjednostkowe są popularnymi kandydatami do opracowania szczepionek przeciwko chorobom zakaźnym (np. gruźlicy , dendze )
Rekombinowane szczepionki podjednostkowe uważa się za bezpieczne do wstrzykiwania. Prawdopodobieństwo wystąpienia działań niepożądanych różni się w zależności od konkretnego rodzaju podawanej szczepionki . Drobne działania niepożądane obejmują ból w miejscu wstrzyknięcia, gorączkę i zmęczenie , a poważne działania niepożądane obejmują anafilaksję i potencjalnie śmiertelną reakcję alergiczną . Przeciwwskazania dla szczepionki; na ogół nie są zalecane dla osób, u których w przeszłości wystąpiła anafilaksja na którykolwiek składnik szczepionek. Przed przyjęciem jakiegokolwiek szczepienia należy zasięgnąć porady lekarza.
Historia
Choć praktykę szczepień można prześledzić już w XII wieku , kiedy to starożytni Chińczycy stosowali wówczas technikę wariolacji w celu nadania odporności na zakażenie ospą , [ potrzebne źródło ] współczesna era szczepień ma krótką historię, liczącą około 200 lat . Zaczęło się od wynalezienia szczepionki przez Edwarda Jennera w 1798 r., mającej na celu wyeliminowanie ospy poprzez wstrzyknięcie stosunkowo słabszej ospy krowiej wirusa do organizmu człowieka.
Połowa XX wieku to złoty wiek nauki o szczepionkach. [ potrzebne źródło ] Szybki postęp technologiczny, jaki nastąpił w tym okresie, umożliwił naukowcom hodowanie hodowli komórkowych w kontrolowanych warunkach w laboratoriach, co umożliwiło później produkcję szczepionek przeciwko poliomyelitis , odrze i różnym chorobom zakaźnym . [ potrzebne źródło ] Opracowano także szczepionki koniugowane, wykorzystując markery immunologiczne , w tym otoczkowe polisacharydy i białka . Stworzenie produktów ukierunkowanych na powszechne choroby skutecznie obniżyło śmiertelność związaną z infekcjami i zmniejszyło obciążenie publicznej opieki zdrowotnej .
Pojawienie się technik inżynierii genetycznej zrewolucjonizowało tworzenie szczepionek. Pod koniec XX wieku naukowcom udało się stworzyć szczepionki rekombinowane , inne niż tradycyjne szczepionki pełnokomórkowe , na przykład szczepionkę przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B , która wykorzystuje antygeny wirusowe do inicjowania odpowiedzi immunologicznej .
W miarę ciągłego rozwoju metod produkcji w przyszłości nieuchronnie powstaną szczepionki o bardziej złożonym składzie, aby rozszerzyć ich zastosowanie terapeutyczne zarówno na choroby zakaźne, jak i niezakaźne , [ potrzebne źródło ] w celu ochrony zdrowia większej liczby ludzi.
Cechy
W porównaniu z konwencjonalnymi szczepionkami atenuowanymi i szczepionkami inaktywowanymi , rekombinowane szczepionki podjednostkowe mają następujące szczególne właściwości:
- Zawierają jasno określony skład, co znacznie ogranicza możliwość obecności niepożądanych substancji w szczepionce .
- szczepionce znajdują się jedynie fragmenty patogenu, które nie mogą wnikać i namnażać się w organizmie człowieka.
- Mają lepszy profil bezpieczeństwa i nadają się do podawania pacjentom z obniżoną odpornością .
- Nadają się do masowej produkcji dzięki zastosowaniu technologii rekombinacyjnych.
- Mają wysoką stabilność, dzięki czemu są w stanie wytrzymać zmiany środowiskowe i są wygodniejsze w użyciu w środowiskach społecznych.
Jednakże rekombinowane szczepionki podjednostkowe mają również pewne wady:
- Aby zwiększyć skuteczność tych szczepionek, podczas wytwarzania konieczne jest dodanie adiuwantów
- Aby utrzymać długoterminową odporność , pacjenci będą musieli otrzymać dawki przypominające
- Wybór odpowiednich linii komórkowych do hodowli podjednostek jest czasochłonny, ponieważ białka drobnoustrojów mogą być niekompatybilne z niektórymi systemami ekspresyjnymi
Farmakologia
Szczepienia są skuteczną metodą ochrony przed chorobami zakaźnymi .
Odporność czynną można uzyskać sztucznie poprzez szczepienie , w wyniku uruchomienia własnego mechanizmu obronnego organizmu w wyniku narażenia na niewielką, kontrolowaną ilość substancji chorobotwórczych w celu wytworzenia własnych przeciwciał i komórek pamięci bez zakażenia prawdziwym patogenem.
Procesy zaangażowane w pierwotną odpowiedź immunologiczną są następujące:
- Wstępna ekspozycja na antygeny obecne w szczepionkach wywołuje reakcję pierwotną. Po wstrzyknięciu antygeny zostaną połknięte przez komórki prezentujące antygen (APC) , takie jak komórki dendrytyczne i makrofagi , w drodze fagocytozy .
- Komórki APC przedostaną się do węzłów chłonnych , gdzie obecne są niedojrzałe limfocyty B i T.
- W wyniku procesów antygenowych prowadzonych przez APC antygeny będą wiązać się z receptorami MHC klasy I lub MHC klasy II na powierzchni komórek w oparciu o ich cechy składu i struktury, tworząc kompleksy.
- prezentacja antygenu , podczas której receptory limfocytów T przyłączają się do kompleksów antygen-MHC, inicjując ekspansję klonalną i różnicowanie , a co za tym idzie konwersję naiwnych limfocytów T do cytotoksycznych limfocytów T (CD8+) lub limfocytów T pomocniczych (CD4+) .
- Cytotoksyczne komórki CD8+ mogą bezpośrednio niszczyć zakażone komórki zawierające antygeny zaprezentowane im przez APC poprzez uwalnianie cząsteczek litycznych, podczas gdy pomocnicze komórki CD4+ są odpowiedzialne za wydzielanie cytokin , które aktywują komórki B i cytotoksyczne komórki T.
- Komórki B mogą ulegać aktywacji pod nieobecność komórek T poprzez szlak sygnalizacyjny receptora komórek B.
- Po tym, jak komórki dendrytyczne wychwycą immunogen obecny w szczepionce , mogą zaprezentować te substancje naiwnym komórkom B , powodując proliferację komórek plazmatycznych do produkcji przeciwciał . Przełączanie izotypów może mieć miejsce podczas rozwoju limfocytów B w celu wytworzenia różnych przeciwciał, w tym IgG , IgE i IgA .
- Komórki B i komórki T pamięci powstają po zakażeniu. Antygeny są zapamiętywane przez te komórki, tak że późniejsza ekspozycja na antygeny tego samego rodzaju będzie stymulować odpowiedź wtórną , w której przeciwciała specyficzne dla antygenów będą odtwarzane w większym stężeniu szybko i skutecznie w krótkim czasie, co umożliwi eliminację patogenu .
początkowo podaje się małe dawki szczepionek , a następnie podaje się dawki dodatkowe zwane dawkami przypominającymi . Boostery potrafią skutecznie utrzymać poziom komórek pamięci w organizmie człowieka, zwiększając w ten sposób odporność człowieka .
Produkcja
Proces wytwarzania rekombinowanych szczepionek podjednostkowych jest następujący:
- Identyfikacja podjednostki immunogennej
- Ekspresja i synteza podjednostek
- Ekstrakcja i oczyszczanie
- Dodanie adiuwantów lub włączenie do wektorów
- Formułowanie i dostawa.
Identyfikacja podjednostki immunogennej
Podjednostki kandydujące zostaną wybrane przede wszystkim na podstawie ich immunogenności . Aby były immunogenne , powinny mieć obcy charakter i wystarczającą złożoność, aby mogła nastąpić reakcja pomiędzy różnymi składnikami układu odpornościowego a kandydatami. Kandydaci są również wybierani na podstawie rozmiaru, charakteru funkcji (np. sygnalizacji ) i lokalizacji komórkowej (np. przezbłonowa ).
Ekspresja i synteza podjednostek
Po zidentyfikowaniu docelowej podjednostki i jej genu kodującego , gen zostanie wyizolowany, przeniesiony do drugiego, niepatogennego organizmu i hodowany w celu masowej produkcji . Proces ten jest również znany jako ekspresja heterologiczna .
Odpowiedni system ekspresyjny wybiera się w oparciu o wymagania dotyczące modyfikacji potranslacyjnych , koszty, łatwość ekstrakcji produktu i wydajność produkcji. Powszechnie stosowane systemy zarówno w przypadku licencjonowanych, jak i opracowywanych rekombinowanych szczepionek podjednostkowych obejmują bakterie , drożdże , komórki ssacze i komórki owadzie .
Komórki bakteryjne
Komórki bakteryjne są szeroko stosowane w procesach klonowania , modyfikacji genetycznych i produkcji na małą skalę. Escherichia coli (E. Coli) jest szeroko stosowana ze względu na wysoce zbadaną genetykę , powszechnie dostępne narzędzia genetyczne do ekspresji genów , dokładne profilowanie i zdolność do wzrostu na niedrogich podłożach przy dużym zagęszczeniu komórek.
E. Coli jest odpowiednia głównie do białek o prostej strukturze ze względu na brak możliwości przeprowadzenia modyfikacji potranslacyjnych , brak układu wydzielniczego białka i możliwość wytwarzania ciał inkluzyjnych wymagających dodatkowej solubilizacji. Jeśli chodzi o zastosowanie, system ekspresyjny obecnie opracowywanej szczepionki przeciwko dendze wykorzystuje się E.Coli .
Drożdże
Drożdże dorównują opłacalności, wydajności i wykonalności technicznej komórkom bakteryjnym . Ponadto drożdże wydzielają rozpuszczalne białka i mają zdolność do dokonywania modyfikacji potranslacyjnych podobnie jak komórki ssaków .
Warto zauważyć, że drożdże włączają więcej cząsteczek mannozy podczas N-glikozylacji w porównaniu z innymi eukariontami , co może wyzwalać komórkowe reakcje stresu konformacyjnego . Takie odpowiedzi mogą skutkować niepowodzeniem w osiągnięciu konformacji natywnego białka, co oznacza potencjalne zmniejszenie okresu półtrwania w surowicy i immunogenności . Jeśli chodzi o zastosowanie, zarówno antygen powierzchniowy wirusa zapalenia wątroby typu B ( HBsAg ), jak i cząstki wirusopodobne ( VLP) ) głównego białka kapsydu L1 wirusa brodawczaka ludzkiego typu 6, 11, 16, 18 są wytwarzane przez Saccharomyces cerevisiae . Obecnie wszystkie skomercjalizowane białka terapeutyczne są obecnie nieglikozylowane.
Komórki ssaków
ssaków są dobrze znane ze swojej zdolności do przeprowadzania terapeutycznie istotnych modyfikacji potranslacyjnych i ekspresji prawidłowo sfałdowanych, glikozylowanych i funkcjonalnie aktywnych białek. Jednakże skuteczność komórek ssaków może być ograniczona przez wyciszanie genów epigenetycznych i tworzenie agresomów (agregacja białek rekombinowanych). W przypadku komórek ssaków zsyntetyzowane białka są wydzielane do chemicznie zdefiniowanych pożywek, co potencjalnie upraszcza ekstrakcję i oczyszczanie białek.
Najbardziej znanym przykładem w tej klasie są komórki jajnika chomika chińskiego (CHO) wykorzystywane do syntezy rekombinowanego antygenu powierzchniowego glikoproteiny (gE) wirusa ospy wietrznej półpaśca dla SHINGRIX . Komórki CHO charakteryzują się szybkim wzrostem i możliwością zapewnienia wszechstronności procesu. Można je również hodować w hodowli przystosowanej do zawiesiny w pożywce bezbiałkowej, zmniejszając w ten sposób ryzyko prionami .
Komórki bakulowirusa (owada).
Układ ekspresyjny bakulowirusa w komórkach owadzich ma zdolność do ekspresji różnych rekombinowanych białek na wysokim poziomie i zapewnia znaczące możliwości przetwarzania białek eukariotycznych, w tym fosforylację , glikozylację , mirystoilację i palmitoilację . Podobnie jak w ssaków , wyrażane białka są w większości rozpuszczalne , dokładnie sfałdowane i biologicznie aktywne. Ma jednak wolniejsze tempo wzrostu i wymaga wyższych kosztów podłożem wzrostowym niż bakterie i drożdże i stwarza ryzyko toksykologiczne . Godną uwagi cechą jest istnienie elementów kontroli, które pozwalają na ekspresję białek wydzielanych i błoną w komórkach owadów bakulowirusa.
Do licencjonowanych rekombinowanych szczepionek podjednostkowych wykorzystujących bakulowirusy - komórki owadzie należą Cervarix (C-końcowe skrócone główne białko kapsydu wirusa brodawczaka L1 typu 16 i 18) i Flublok Quadrivalent ( białka hemaglutyniny ( HA ) z czterech szczepów wirusów grypy ).
Ekstrakcja i oczyszczanie
Na przestrzeni dziejów metody ekstrakcji i oczyszczania ewoluowały od standardowych metod chromatograficznych do wykorzystania znaczników powinowactwa . Jednakże ostateczny proces ekstrakcji i oczyszczania w dużym stopniu zależy od wybranego systemu ekspresyjnego . Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z wyrażeniem i syntezą podjednostek.
Dodatek adiuwantów
Adiuwanty to materiały dodawane w celu poprawy immunogenności rekombinowanych szczepionek podjednostkowych .
Adiuwanty zwiększają siłę odpowiedzi adaptacyjnej na szczepionkę i kierują aktywacją najskuteczniejszych form odporności na każdy konkretny patogen (np. zwiększenie wytwarzania pamięci limfocytów T). Dodatek adiuwantów może przynieść korzyści, w tym zmniejszenie dawki i stabilizację ostatecznej formuły szczepionki.
Odpowiednie adiuwanty wybiera się w oparciu o bezpieczeństwo, tolerancję, zgodność antygenu i względy produkcyjne . Powszechnie stosowanymi adiuwantami w rekombinowanych szczepionkach podjednostkowych są adiuwanty ałunu (np. wodorotlenek glinu ), emulsje (np. MF59 ) i liposomy połączone z cząsteczkami immunostymulującymi (np. AS01B ) .
Formułowanie i dostawa
Systemy dostarczania dzielą się głównie na systemy dostarczania na bazie polimerów ( mikrosfery i liposomy ) oraz systemy dostarczania na żywo ( bakterie Gram-dodatnie , bakterie Gram-ujemne i wirusy )
Systemy dostarczania na bazie polimerów
Antygeny szczepionkowe są często kapsułkowane w mikrosferach lub liposomach . Typowe mikrosfery wykonane z kwasu polimlekowego (PLA) i kwasu polimlekowo-koglikolowego (PLGA) umożliwiają kontrolowane uwalnianie antygenu poprzez degradację in vivo, podczas gdy liposomy , w tym pęcherzyki wielowarstwowe lub jednolamelarne, pozwalają na przedłużone uwalnianie.
Systemy dostarczania na bazie polimerów zapewniają korzyści, takie jak zwiększona odporność na degradację w przewodzie pokarmowym , kontrolowane uwalnianie antygenu , zwiększony wychwyt cząstek przez komórki odpornościowe i zwiększona zdolność do indukowania odpowiedzi cytotoksycznych komórek T. Przykładem licencjonowanej szczepionki rekombinowanej wykorzystującej dostarczanie liposomalne jest Shringrix .
Systemy dostarczania na żywo
Żywe systemy dostarczania , znane również jako wektory , to komórki modyfikowane ligandami lub antygenami w celu poprawy immunogenności rekombinowanych podjednostek poprzez zmianę prezentacji antygenu , biodystrybucji i handlu. Podjednostki można albo wstawić do nośnika, albo zmodyfikować genetycznie tak, aby ulegały ekspresji na powierzchni wektorów w celu skutecznej prezentacji układowi odpornościowemu błony śluzowej .
Działania niepożądane i przeciwwskazania
Rekombinowane szczepionki podjednostkowe są bezpieczne w podawaniu. Jednakże po szczepieniu mogą wystąpić łagodne reakcje miejscowe, w tym stwardnienie i obrzęk w miejscu wstrzyknięcia, wraz z gorączką , zmęczeniem i bólem głowy . Występowanie ciężkich reakcji nadwrażliwości i anafilaksji jest rzadkie, ale może prowadzić do śmierci poszczególnych osób. Działania niepożądane mogą się różnić w zależności od populacji, w zależności od jej stanu zdrowia fizycznego stan zdrowia, wiek, płeć i predyspozycje genetyczne .
Rekombinowane szczepionki podjednostkowe są przeciwwskazane u osób, u których w przeszłości wystąpiły reakcje alergiczne i anafilaksja na antygeny lub inne składniki szczepionek . Ponadto należy zachować środki ostrożności podczas podawania szczepionek osobom w stanie chorobowym oraz kobietom w ciąży , w przypadku których wstrzyknięcie należy odłożyć do czasu ustabilizowania się stanu zdrowia lub po porodzie.
Licencjonowane szczepionki
Zapalenie wątroby typu B
ENGERIX-B (wyprodukowany przez GSK) i RECOMBIVAX HB (wyprodukowany przez Merck) to dwie rekombinowane szczepionki podjednostkowe dopuszczone do stosowania w ochronie przed wirusowym zapaleniem wątroby typu B. Obydwa zawierają HBsAg zebrany i oczyszczony z Saccharomyces cerevisiae i mają postać zawiesiny antygenu z adiuwantem ałunem .
przeciwciał ≥10mIU/ml przeciwko HBsAg uznaje się za zapewniające ochronę przed zakażeniem wirusem zapalenia wątroby typu B.
Wykazano, że podstawowe 3-dawkowe szczepienie zdrowych osób wiąże się z odsetkiem seroprotekcji wynoszącym ≥90% dla ENGERIX-B , pomimo zmniejszania się wraz z wiekiem. Niższe wskaźniki seroprotekcji są również związane z obecnością chorób przewlekłych i niedoborem odporności . Jednakże GSK HepB nadal ma klinicznie akceptowalny profil bezpieczeństwa we wszystkich badanych populacjach.
Wirus brodawczaka ludzkiego (HPV)
Cervarix , GARDASIL i GARDASIL9 to trzy rekombinowane szczepionki podjednostkowe zarejestrowane w celu ochrony przed zakażeniem HPV . Różnią się szczepami , przed którymi chronią pacjentów, ponieważ Cervarix zapewnia ochronę przed typami 16 i 18, GARDASIL zapewnia ochronę przed typami 6, 11, 16 i 18, a GARDASIL9 zapewnia ochronę przed typami 6, 11, 16, 18, 31, Odpowiednio 33, 45, 52, 58. Szczepionki zawierają oczyszczone VLP głównego białka kapsydu L1 wytwarzanego przez rekombinowane Saccharomyces cerevisiae .
W systematycznym przeglądzie ilościowym z 2014 r. wykazano, że dwuwalentna szczepionka przeciwko HPV ( Cervarix ) wiąże się z występowaniem bólu (OR 3,29; 95% CI: 3,00–3,60), obrzękiem (OR 3,14; 95% CI: 2,79–3,53) i zaczerwienieniem . (OR 2,41; 95% CI: 2,17–2,68) to najczęściej zgłaszane działanie niepożądane. W przypadku preparatu GARDASIL najczęściej zgłaszanymi zdarzeniami były ból (OR 2,88; 95% CI: 2,42–3,43) i obrzęk (OR 2,65; 95% CI: 2,0–3,44).
Preparat GARDASIL wycofano w USA 8 maja 2017 r., po wprowadzeniu na rynek preparatu GARDASIL9 i szczepionki Cervarix również dobrowolnie wycofano w USA 8 sierpnia 2016 r.
Grypa
Flublok Quadrivalent to licencjonowana, rekombinowana szczepionka podjednostkowa do czynnego uodporniania przeciwko grypie . Zawiera HA czterech szczepów wirusa grypy oczyszczone i ekstrahowane przy użyciu układu ekspresyjnego bakulowirus - owad . Cztery szczepy wirusa są corocznie standaryzowane zgodnie z amerykańskiej służby zdrowia publicznego (USPHS) .
Flublok Quadrivalent ma profil bezpieczeństwa porównywalny z tradycyjnymi odpowiednikami szczepionek trójwalentnych i czterowalentnych. Flublok wiąże się także z mniejszą liczbą reakcji miejscowych (RR = 0,94, 95% CI 0,90–0,98, trzy RCT, FEM, I2 = 0%, dane o niskiej pewności) i większym ryzykiem dreszczy (RR = 1,33, 95% CI 1,03– 1,72, trzy RCT, FEM, I2 = 14%, dowody o niskiej pewności).
Półpasiec
SHINGRIX to licencjonowana, rekombinowana szczepionka podjednostkowa przeznaczona do ochrony przed półpaścem , którego ryzyko rozwoju wzrasta wraz ze spadkiem odporności swoistej przeciwko wirusowi ospy wietrznej i półpaśca (VZV) . Szczepionka zawiera VZV wyekstrahowany z komórek CHO , który należy rozpuścić w zawiesinie adiuwanta AS01B .
Przeprowadzono systematyczne przeglądy i metaanalizy dotyczące skuteczności, skuteczności i bezpieczeństwa preparatu SHINGRIX u pacjentów w wieku 18–49 lat z obniżoną odpornością i zdrowych dorosłych w wieku 50 lat i starszych . W badaniach tych wykazano, że wskaźnik odporności humoralnej i komórkowej mieścił się w przedziale od 65,4–96,2% do 50,0–93,0%, podczas gdy skuteczność u pacjentów (18–49 lat) z nowotworami układu krwiotwórczego oszacowano na 87,2% (95% CI, 44,3–98,6%) do 13 miesięcy po szczepieniu przy akceptowalnym profilu bezpieczeństwa .
COVID 19
NUVAXOVID to rekombinowana szczepionka podjednostkowa dopuszczona do zapobiegania zakażeniu SARS-CoV-2 . Dopuszczenie do obrotu zostało wydane w dniu 20 grudnia 2021 r. Szczepionka zawiera kolczaste SARS-CoV-2 wytwarzane przy użyciu bakulowirusowego układu ekspresyjnego , które ostatecznie jest adiuwantowane adiuwantem Matrix M.
Badania
Obecnie w badaniach wykorzystuje się rekombinowane szczepionki podjednostkowe przeciwko gruźlicy , dendze , robakom przenoszonym przez glebę , białaczce kotów i Covid-19 .
COVID 19
Przeprowadzono badania w celu zbadania możliwości opracowania heterologicznego rekombinowanego białka z domeną wiążącą receptor SARS-CoV (RBD) jako ludzkiej szczepionki przeciwko COVID-19 . Teorię potwierdzają dowody na to, że surowica rekonwalescencji pacjentów z SARS-CoV ma zdolność neutralizowania SARS-CoV-2 (wirusa odpowiadającego COVID-19 ) oraz że podobieństwo aminokwasów między SARS-CoV i SARS-CoV-2 spike i RBD białko jest wysokie (82%). Kategoria:Szczepionki podjednostkowe