Получение иммуногенных препаратов и вакцин

11

Тема «Получение иммуногенных препаратов и вакцин»

План контрольной работы

Введение

1. Виды вакцин

2. Компоненты вакцин

3. Получение вакцин

3.1 Получение инактивированных вакцин

3.2 Получение живых вакцин

3.3 Получение вакцин различных типов, содержащих несколько компонентов

3.4 Получение биосинтетических вакцин

3.5 Получение вакцин методом генной инженерии

Используемая литература

Введение

Вакцины (Vaccines) -- препараты, предназначенные для создания активного иммунитета в организме привитых людей или животных.

Вакцинация -- один из основных способов борьбы с инфекционными заболеваниями. Путем поголовной вакцинации ликвидирована натуральная оспа, резко ограничено распространение бешенства, полиомиелита, желтой лихорадки.

Вакцинация (активная иммунопрофилактика) -- комплекс мероприятий, направленных на формирование противоинфекционного иммунитета с помощью введения в организм человека возбудителей инфекционных болезней. Вакцинация признана ВОЗ идеальной методикой профилактики заболеваний человека. Высокая эффективность, простота выполнения, возможность широкого охвата вакцинируемых лиц с целью массового предупреждения заболеваний вывели активную иммунопрофилактику в большинстве стран мира в разряд государственных приоритетов. Комплекс мероприятий по вакцинации включает отбор лиц, подлежащих вакцинации, выбор вакцинного препарата и определение схемы его использования, а также (при необходимости) контроль эффективности, купирование возможных патологических реакций и осложнений.

Вакцинные препараты и их использование

Препараты активной иммунопрофилактики:

Живые вакцины -- аттенуированные штаммы возбудителей (вирусов и бактерий)

Убитые вакцины -- антигенный материал, приготовленный из убитых возбудителей инфекционных заболеваний

Генноинженерные вакцины -- антигенный материал возбудителей, полученный с использованием методов генной инженерии; содержит только высоко иммуногенные компоненты, способствующие формированию защитного иммунитета

Химические вакцины -- вакцины, полученные при химической обработке полного антигенного комплекса возбудителей

Анатоксины -- лишённые токсических свойств антигенные материалы токсинов возбудителей инфекционных заболеваний.

Различные комбинации вакцин и анатоксинов в составе одного препарата (ассоциированные вакцины) используют для создания иммунитета одновременно против нескольких инфекций.

На повестке дня -- изготовление вакцин против гриппа, гепатитов, герпесов, свинки, кори, острых респираторных заболеваний. Большое экономическое значение имеет разработка вакцин против болезней сельскохозяйственных животных -- ящура, африканской болезни лошадей, овечьей болезни «синего языка», трипаносомозов и др.

Традиционные вакцинные препараты изготовляют на основе ослабленных, инактивированных или дезинтегрированных возбудителей болезней.

Современные биотехнологические разработки предусматривают создание рекомбинантных вакцин и вакцин-антигенов. Вакцины обоих типов основаны на генно-инженерном подходе.

Основным действующим началом каждой вакцины является иммуноген, т. е. корпускулярная или растворенная субстанция, несущая на себе химические структуры, аналогичные компонентам возбудителя заболевания, ответственным за выработку иммунитета.

Разработка и изготовление современных вакцин производится в соответствии с высокими требованиями к их качеству, в первую очередь, безвредности для привитых. Обычно такие требования основываются на рекомендациях Всемирной Организации Здравоохранения, которая привлекает для их составления самых авторитетных специалистов из разных стран мира. "Идеальной" вакцин мог бы считаться препарат, обладающий такими качествами, как:

1. полной безвредностью для привитых, а в случае живых вакцин -- и для лиц, к которым вакцинный микроорганизм попадает в результате контактов с привитыми;

2. способностью вызывать стойкий иммунитет после минимального количества введений (не более трех);

3. возможностью введения в организм способом, исключающим парентеральные манипуляции, например, нанесением на слизистые оболочки;

4. достаточной стабильностью, чтобы не допустить ухудшения свойств вакцины при транспортировке и хранении в условиях прививочного пункта;

5. умеренной ценой, которая не препятствовала бы массовому применению вакцины.

Критерии эффективных вакцин

Актуальной задачей является постоянное совершенствование вакцинных препаратов. Эксперты международных организаций по контролю за вакцинацией разработали ряд критериев эффективных вакцин, которые соблюдаются всеми странами-производителями вакцин.

Некоторые критерии эффективных вакцин:

- Безопасность.

- Вакцины не должны быть причиной заболевания или смерти.

- Протективность.

- Вакцины должны защищать против заболевания, вызываемого "диким" штаммом патогенна.

- Поддержание протективного иммунитета.

- Защитный эффект должен сохраняться в течение нескольких лет.

- Индукция нейтрализующих антител.

- Нейтрализующие антитела необходимы для предотвращения инфицирования таких клеток.

- Индукция протективных Т-клеток.

- Патогены, размножающиеся внутриклеточно, более эффективно контролируются с помощью Т-клеточно-опосредованного иммунитета. Практические соображения:

- относительно низкая цена вакцины;

- легкость применения;

- широкий эффект.

1. Виды вакцин

В зависимости от природы иммуногена вакцины подразделяются на:

- цельномикробные или цельновирионные, состоящие из микроорганизмов, соответственно бактерий или вирусов, сохраняющих в процессе изготовления свою целостность;

- химические вакцины из продуктов жизнедеятельности микроорганизма (классический пример -- анатоксины) или его интегральных компонентов, т.н. субмикробные или субвирионные вакцины;

- генно-инженерные вакцины, содержащие продукты экспрессии отдельных генов микроорганизма, наработанные в специальных клеточных системах;

- химерные, или векторные вакцины, в которых ген, контролирующий синтез протективного белка, встроен в безвредный микроорганизм в расчете на то, что синтез этого белка будет происходить в организме привитого и, наконец,

- синтетические вакцины, где в качестве иммуногена используется химический аналог протективного белка, полученный методом прямого химического синтеза.

В свою очередь среди цельномикробных (цельновирионных) вакцин выделяют инактивированные, или убитые, и живые аттенуированные. У первых возможность проявления патогенных свойств микроорганизма надежно устраняется за счет химической, термальной или иной обработки микробной (вирусной) взвеси, другими словами, умерщвления возбудителя болезни при сохранении его иммунизирующей активности; у вторых -- за счет глубоких и стабильных изменений в геноме микроорганизма, исключающих вероятность возвращения к вирулентному фенотипу, т. е. реверсии. Эффективность живых вакцин определяется, в конечном счете, способностью аттенуированного микроорганизма размножаться в организме привитого, воспроизводя иммунологически активные компоненты непосредственно в его тканях. При использовании убитых вакцин иммунизирующий эффект зависит от количества иммуногена, вводимого в составе препарата, поэтому с целью создания более полноценных иммуногенных стимулов приходится прибегать к концентрации и очистке микробных клеток или вирусных частиц. Иммунизирующую способность инактивированных и всех других нереплицирующихся вакцин удается повысить путем сорбции иммуногена на крупномолекулярных химически инертных полимерах, добавления адъювантов, т. е. веществ, стимулирующих иммунные реакции организма, а также заключения иммуногена в мельчайшие капсулы, которые медленно рассасываются, способствуя депонированию вакцины в месте введения и пролонгированию, тем самым, действия иммуногенных стимулов.

2. Компоненты вакцин

Как известно, основу каждой вакцины составляют протективные антигены, представляющие собой лишь небольшую часть бактериальной клетки или вируса и обеспечивающие развитие специфического иммунного ответа. Протективные антигены могут являться белками, гликопротеидами, липополисахаридобелковыми комплексами. Они могут быть связаны с микробными клетками (коклюшная палочка, стрептококки и др.), секретироваться ими (бактериальные токсины), а у вирусов располагаются преимущественно в поверхностных слоях суперкапсида вириона.

В состав вакцины, кроме основного действующего начала, могут входить и другие компоненты -- сорбент, консервант, наполнитель, стабилизатор и неспецифические примеси. К последним могут быть отнесены белки субстрата культивирования вирусных вакцин, следовое количество (количество вещества, неопределяемое современными методиками) антибиотика и белка сыворотки животных, используемых в ряде случаев при культивировании клеточных культур.. Консерванты входят в состав вакцин, производимых во всем мире. Их назначение состоит в обеспечении стерильности препаратов в тех случаях, когда возникают условия для бактериальной контаминации (появление микротрещин при транспортировке, хранение вскрытой первичной многодозной упаковки). Указание о необходимости наличия консервантов содержится в рекомендациях ВОЗ. Что касается веществ, используемых в качестве стабилизаторов и наполнителей, то в производстве вакцин используются те из них, которые допущены для введения в организм человека.

3. Получение иммуногенных препаратов и вакцин

3.1 Получение инактивированных вакцин

Инактивированные вакцины получают путем воздействия на микроорганизмы химическим путем или нагреванием. Такие вакцины являются достаточно стабильными и безопасными, так как не могут вызвать реверсию вирулентности. Они часто не требуют хранения на холоде, что удобно в практическом использовании.

Однако у этих вакцин имеется и ряд недостатков, в частности, они стимулируют более слабый иммунный ответ и требуют применения нескольких доз (бустерные иммунизации).

Они содержат либо убитый целый микроорганизм (например цельноклеточная вакцина против коклюша, инактивированная вакцина против бешенства, вакцина против вирусного гепатита А), либо компоненты клеточной стенки или других частей возбудителя, как например в ацеллюлярной вакцине против коклюша, коньюгированной вакцине против гемофилусной инфекции или в вакцине против менингококковой инфекции. Их убивают физическими (температура, радиация, ультрафиолетовый свет) или химическими (спирт, формальдегид) методами. Такие вакцины реактогенны, применяются мало (коклюшная, против гепатита А).

Инактивированные вакцины также являются корпускулярными. Анализируя свойства корпускулярных вакцин также следует выделить, как положительные так и их отрицательные качества. Положительные стороны: Корпускулярные убитые вакцины легче дозировать, лучше очищать, они длительно хранятся и менее чувствительны к температурным колебаниям. Отрицательные стороны: вакцина корпускулярная -- содержит 99 % балласта и поэтому реактогенная, кроме того, содержит агент, используемый для умерщвления микробных клеток (фенол). Еще одним недостатком инактивированной вакцины является то, что микробный штамм не приживляется, поэтому вакцина слабая и вакцинация проводится в 2 или 3 приема, требует частых ревакцинаций (АКДС), что труднее в плане организации по сравнению с живыми вакцинами. Инактивированные вакцины выпускают как в сухом (лиофилизированном), так и в жидком виде. Многие микроорганизмы, вызывающие заболевания у человека, опасны тем, что выделяют экзотоксины, которые являются основными патогенетическими факторами заболевания (например, дифтерия, столбник). Анатоксины, используемые в качестве вакцин, индуцируют специфический иммунный ответ. Для получения вакцин токсины чаще всего обезвреживают с помощью формалина.

3.2 Получение живых вакцин

Они содержат ослабленный живой микроорганизм. Примером могут служить вакцины против полиомиелита, кори, паротита, краснухи или туберкулеза. Могут быть получены путем селекции (БЦЖ, гриппозная). Они способны размножаться в организме и вызывать вакцинальный процесс, формируя невосприимчивость. Утрата вирулентности у таких штаммов закреплена генетически, однако у лиц с иммунодефицитами могут возникнуть серьезные проблемы. Как правило, живые вакцины являются корпускулярными.

Живые вакцины получают путем искусственного аттенуирования (ослабления штамма (BCG -- 200 - 300 пассажей на желчном бульоне, ЖВС -- пассаж на ткани почек зеленых мартышек) либо отбирая естественные авирулентные штаммы. В настоящее время возможен путь создания живых вакцин путем генной инженерии на уровне хромосом с использованием рестриктаз. Полученные штаммы будут обладать свойствами обеих возбудителей, хромосомы которых были взяты для синтеза. Анализируя свойства живых вакцин следует выделить, как положительные так и их отрицательные качества.

Положительные стороны: по механизму действия на организм напоминают "дикий" штамм, может приживляться в организме и длительно сохранять иммунитет (для коревой вакцины вакцинация в 12 мес. и ревакцинация в 6 лет), вытесняя "дикий" штамм. Используются небольшие дозы для вакцинации (обычно однократная) и поэтому вакцинацию легко проводить организационно. Последнее позволяет рекомендовать данный тип вакцин для дальнейшего использования.

Отрицательные стороны: живая вакцина корпускулярная -- содержит 99 % балласта и поэтому обычно достаточно реактогенная, кроме того, она способна вызывать мутации клеток организма (хромосомные аберрации), что особенно опасно в отношении половых клеток. Живые вакцины содержат вирусы-загрязнители (контаминанты), особенно это опасно в отношении обезьяннего СПИДа и онковирусов. К сожалению, живые вакцины трудно дозируются и поддаются биоконтролю, легко чувствительны к действию высоких температур и требуют неукоснительного соблюдения холодовой цепи.

Хотя живые вакцины требуют специальных условий хранения, они продуцируют достаточно эффективный клеточный и гуморальный иммунитет и обычно требуют лишь одно бустерное введение. Большинство живых вакцин вводится парентерально (за исключением полиомиелитной вакцины).

На фоне преимуществ живых вакцин имеется и одно предостережение, а именно: возможность реверсии вирулентных форм, что может стать причиной заболевания вакцинируемого. По этой причине живые вакцины должны быть тщательно протестированы. Пациенты с иммунодефицитами (получающие иммуносупрессивную терапию, при СПИДе и опухолях) не должны получать такие вакцины.

Примером живых вакцин могут служить вакцины для профилактики краснухи (Рудивакс), кори (Рувакс), полиомиелита (Полио Сэбин Веро), туберкулеза, паротита (Имовакс Орейон). Живые вакцины выпускаются в лиофилизированном виде (кроме полиомиелитной).

3.3 Получение вакцин различных типов, содержащие несколько компонентов

Вакцины различных типов, содержащие несколько компонентов (АКДС).

Корпускулярные вакцины.

Представляют собой бактерии или вирусы, инактивированные химическим (формалин, спирт, фенол) или физическим (тепло, ультрафиолетовое облучение) воздействием. Примерами корпускулярных вакцин являются: коклюшная (как компонент АКДС и Тетракок), антирабическая, лептоспирозная, гриппозные цельновирионные, вакцины против энцефалита, против гепатита А (Аваксим), инактивированная полиовакцина (Имовакс Полио, или как компонент вакцины Тетракок).

Химические вакцины

Содержат компоненты клеточной стенки или других частей возбудителя, как например в ацеллюлярной вакцине против коклюша, коньюгированной вакцине против гемофильной инфекции или в вакцине против менингококковой инфекции.

Химические вакцины -- создаются из антигенных компонентов, извлеченных из микробной клетки. Выделяют те антигены, которые определяют иммуногенные характеристики микроорганизма. К таким вакцинам относятся: полисахаридные вакцины (Менинго А + С, Акт - ХИБ, Пневмо 23, Тифим Ви), ацеллюлярные коклюшные вакцины.

3.4 Получение биосинтетических вакцин

В 1980-е годы зародилось новое направление, которое сегодня успешно развивается, -- это разработка биосинтетических вакцин -- вакцин будущего.

Биосинтетические вакцины -- это вакцины, полученные методами генной инженерии, и представляют собой искусственно созданные антигенные детерминанты микроорганизмов. Примером может служить рекомбинантная вакцина против вирусного гепатита B, вакцина против ротавирусной инфекции. Для их получения используют дрожжевые клетки в культуре, в которые встраивают вырезанный ген, кодирующий выработку необходимого для получения вакцины протеин, который затем выделяется в чистом виде.

На современном этапе развития иммунологии как фундаментальной медико- биологической науки стала очевидной необходимость создания принципиально новых подходов к конструированию вакцин на основе знаний об антигенной структуре патогена и об иммунном ответе организма на патоген и его компоненты.

Биосинтетические вакцины представляют собой синтезированные из аминокислот пептидные фрагменты, которые соответствуют аминокислотной последовательности тем структурам вирусного (бактериального) белка, которые распознаются иммунной системой и вызывают иммунный ответ. Важным преимуществом синтетических вакцин по сравнению с традиционными является то, что они не содержат бактерий и вирусов, продуктов их жизнедеятельности и вызывают иммунный ответ узкой специфичности. Кроме того, исключаются трудности выращивания вирусов, хранения и возможности репликации в организме вакцинируемого в случае использования живых вакцин. При создании данного типа вакцин можно присоединять к носителю несколько разных пептидов, выбирать наиболее иммуногенные из них для коплексирования с носителем. Вместе с тем, синтетические вакцины менее эффективны, по сравнению с традиционными, т. к. многие участки вирусов проявляют вариабельность в плане иммуногенности и дают меньшую иммуногенность, нежели нативный вирус. Однако, использование одного или двух иммуногенных белков вместо целого возбудителя обеспечивает формирование иммунитета при значительном снижении реактогенности вакцины и ее побочного действия.

3.5 Вакцины, полученные методами генной инженерии

Суть метода: гены вирулентного микроорганизма, отвечающий за синтез протективных антигенов, встраивают в геном какого-либо безвредного микроорганизма, который при культивировании продуцирует и накапливает соответствующий антиген. Примером может служить рекомбинантная вакцина против вирусного гепатита B, вакцина против ротавирусной инфекции. Наконец, имеются положительные результаты использования т.н. векторных вакцин, когда на носитель -- живой рекомбинантный вирус осповакцины (вектор) наносятся поверхностные белки двух вирусов: гликопротеин D вируса простого герпеса и гемагглютинин вируса гриппа А. Происходит неограниченная репликация вектора и развивается адекватный иммунный ответ против вирусной инфекции обоих типов.

Действие отдельных компонентов микробных, вирусных и паразитарных антигенов проявляется на разных уровнях и в разных звеньях иммунной системы. Их результирующая может быть лишь одна: клинические признаки заболевания -- выздоровление -- ремиссия -- рецидив -- обострение или другие состояния организма. Так, в частности, АДС -- через 3 недели после ее введения детям приводит к возрастанию уровня Т-клеток и увеличению содержания ЕКК в периферической крови, поливалентная бактериальная вакцина Lantigen B стимулирует антителообразование Ig A в крови и слюне, но самое главное, что при дальнейшем наблюдении у вакцинированных отмечено уменьшение числа случаев заболевания, а если они и возникали, то протекали легче. Клиническая картина болезни, т. о., является наиболее объективным показателем вакцинации.

Рекомбинантные вакцины -- для производства этих вакцин применяют рекомбинантную технологию, встраивая генетический материал микроорганизма в дрожжевые клетки, продуцирующие антиген. После культивирования дрожжей из них выделяют нужный антиген, очищают и готовят вакцину. Примером таких вакцин может служить вакцина против гепатита В (Эувакс В).

Рибосомальные вакцины

Для получения такого вида вакцин используют рибосомы, имеющиеся в каждой клетке. Рибосомы -- это органеллы, продуцирующие белок по матрице -- и-РНК. Выделенные рибосомы с матрицей в чистом виде и представляют вакцину. Примером может служить бронхиальная и дизентерийная вакцины (например, ИРС - 19, Бронхо-мунал, Рибомунил).

Другой вопрос, который следует иметь ввиду при реализации любых программ массовых иммунизаций -- это соотношение между безопасностью вакцин и их эффективностью. В программах иммунизации детей против инфекций имеется конфликт между интересом индивидуума (вакцина должна быть безопасна и эффективна) и интересом общества (вакцина должна вызывать достаточный протективный иммунитет). К сожалению, на сегодняшний день в большинстве случаев частота осложнений вакцинации тем выше, чем выше ее эффективность.

Использование новых технологий позволило создать вакцины второй генерации.

Рассмотрим подробнее некоторые из них:

- конъюгированные

Некоторые бактерии, вызывающие такие опасные заболевания, как менингиты или пневмонию (гемофилюс инфлюэнце, пневмококки), имеют антигены, трудно распознаваемые незрелой иммунной системой новорожденных и грудных детей. В конъюгированных вакцинах используется принцип связывания таких антигенов с протеинами или анатоксинами другого типа микроорганизмов, хорошо распознаваемых иммунной системой ребенка. Протективный иммунитет вырабатывается против конъюгированных антигенов.

На примере вакцин против гемофилюс инфлюэнце (Hib-b) показана эффективность в снижении заболеваемости Hib-менингитами детей до 5-ти лет в США за период с 1989 по 1994 г.г. с 35 до 5 случаев.

- субъединичные вакцины

Субъединичные вакцины состоят из фрагментов антигена, способных обеспечить адекватный иммунный ответ. Эти вакцины могут быть представлены как частицами микробов, так и получены в лабораторных условиях с использованием генно-инженерной технологии.

Примерами субъедиинчных вакцин, в которых используются фрагменты микроорганизмов, являются вакцины против Streptococcus pneumoniae и вакцина против менингококка типа А.

Рекомбинантные субъединичные вакцины (например, против гепатита B) получают путем введения части генетического материала вируса гепатита B в клетки пекарских дрожжей. В результате экспрессии вирусного гена происходит наработка антигенного материала, который затем очищается и связывается с адъювантом. В результате получается эффективная и безопасная вакцина.

- рекомбинантные векторные вакцины

Вектор, или носитель, -- это ослабленные вирусы или бактерии, внутрь которых может быть вставлен генетический материал от другого микроорганизма, являющегося причинно-значимым для развития заболевания, к которому необходимо создание протективного иммунитета. Вирус коровьей оспы используется для создания рекомбинантных векторных вакцин, в частности, против ВИЧ инфекции. Подобные исследования проводятся с ослабленными бактериями, в частности, сальмонеллами, как носителями частиц вируса гепатита B.

В настоящее время широкого применения векторные вакцины не нашли.

Используемая литература

1. Вакцинопрофилактика (справочник для врачей под ред. В.К.Таточенко, Н. А.Озерецковского) / М., 1994, 179 с.

2. Вакцинопрофилактика гриппа (информационный сборник) / Москва, Санкт- Петербург, 1997, 48 с.

3. Караулов А. В. Инфекции и иммунодефициты - приоритеты сегодня // Практикующий врач, 1997, № 9., с.3 - 4.

4. Костинов М. П. Новое в клинике, диагностике и вакцинопрофилактике управляемых инфекций / М., 1997, 110 с.

5. Костинов М. П. Иммунокоррекция в педиатрии / М., 1997, 111с.