Вакцины и вакцинация

Размещено на http://allbest.ru

КУРСОВАЯ РАБОТА

Вакцины и вакцинация



Содержание

Введение

1. Классификация вакцин

1.1. Живые вакцины

1.2 Генно-инженерные вакцины

2. Неживые вакцины

2.1 Синтетические пептидные вакцины

2.2 ДНК-вакцины

2.3 Молекулярные вакцины

3. Способы введения вакцин

3.1 Внутримышечное введение вакцин

3.2 Пероральное введение вакцин

3.3 Внутрикожный и накожный пути вакцинации

3.4 Подкожный путь введения вакцин

3.5 Аэрозольный, интраназальный способ вакцинации

4. Вакцинация: противопоказания и меры предосторожности

5. Перспективы разработки новых вакцин

6. Побочные реакции и поствакцинальные осложнения

6.1 Побочные реакции на введение вакцин

6.2 Поствакцинальные осложнения

7. Особенности вакцинопрофилактики некоторых социально значимых инфекций

7.1 Вакцинопрофилактика гриппа

7.2 Вакцины против ВИЧ-инфекции

7.3 Вакцинопрофилактика туберкулеза

Заключение

Список литературы

Введение

Иммунобиологическими называют препараты, которые оказывают влияние на иммунную систему, действуют через иммунную систему или принцип действия которых основан на иммунологических реакциях. Благодаря этим свойствам иммунобиологические препараты применяют для профилактики, лечения и диагностики инфекционных и тех неинфекционных болезней, в генезе которых играет роль иммунная система. В группу иммунобиологических препаратов входят различные по природе, происхождению, способу получения и применения препараты, которые можно подразделить на следующие группы:

? вакцины и другие профилактические и лечебные препараты, приготовленные из живых микроорганизмов или микробных продуктов (анатоксины, фаги, эубиотики);

? иммунные сывороточные препараты

? иммуномодуляторы;

? диагностические препараты, в том числе аллергены.

Иммунобиологические препараты применяют для активации, подавления или нормализации деятельности иммунной системы.

Воздействие иммунобиологических препаратов на иммунную систему может быть активным и пассивным, специфическим и неспецифическим. Активным воздействием называют непосредственную активацию иммунной системы организма препаратом (например, при вакцинации); пассивным - введение препаратов, способствующих деятельности иммунной системы (введение иммуноглобулинов, иммуномодуляторов).

Действие препаратов может быть специфическим, если оно направлено на защиту от конкретного антигена (например, вакцина против коклюша, гриппа; иммунная сыворотка против столбняка и т.д.), и неспецифическим, если оно сводится к активации иммунной системы, повышению ее способности к выполнению защитных функций (например, иммуномодуляторы, активирующие фагоцитоз или пролиферацию иммунокомпетентных клеток). Активацию или нормализацию деятельности иммунной системы с помощью иммунобиологических препаратов применяют при первичных и вторичных иммунодефицитах, для создания невосприимчивости к инфекционным болезням, подавления роста опухолевых клеток, лечения аллергических, аутоиммунных болезней.

Подавление деятельности иммунной системы с помощью иммунобиологических препаратов применяют при трансплантации органов и тканей, в некоторых случаях при аутоиммунных и аллергических болезнях.

Иммунная система специфически и неспецифически реагирует на действие патогенного агента, поступающего в организм извне или образующегося в организме в результате болезней и некоторых функциональных нарушений. Эти ответные реакции иммунной системы носят гуморальный и клеточный характер, они могут выявляться с помощью специфических тестов и иммунных реакций. На основе этих реакций построено большинство диагностических препаратов [4].



1. Классификация вакцин

Вакцина - это медицинский или ветеринарный препарат, предназначенный для создания иммунитета к инфекционным болезням. Вакцина изготавливается из ослабленных или убитых микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности или из их антигенов, полученных генно-инженерным или химическим путем.

Вакцины состоят из: действующего начала - специфического антигена; консерванта для сохранения стерильности (в неживых вакцинах); стабилизатора, или протектора, для повышения сроков сохраняемости антигена; неспецифического активатора (адъюванта), или полимерного носителя, для повышения иммуногенности антигена (в химических, молекулярных вакцинах). Специфические антигены, содержащиеся в вакцине, в ответ на введение в организм вызывают развитие иммунологических реакций, обеспечивающих устойчивость организма к патогенным микроорганизмам. В качестве антигенов при конструировании вакцин используют: живые ослабленные (аттенуированные) микроорганизмы; неживые (инактивированные, убитые) цельные микробные клетки или вирусные частицы; извлеченные из микроорганизмов сложные антигенные структуры (протективные антигены); продукты жизнедеятельности микроорганизмов - вторичные метаболиты (например, токсины, молекулярные протективные антигены): антигены, полученные путем химического синтеза или биосинтеза с применением методов генетической инженерии.

1.1 Живые вакцины

Живые вакцины получают из аттенуированных штаммов микроорганизмов, обладающих ослабленной вирулентностью для человека, но содержащих полноценный набор антигенов (например, вирус коровьей оспы), и из дивергентных штаммов микроорганизмов. К живым вакцинам можно отнести также векторные вакцины, полученные генно-инженерным способом и представляющие собой вакцинный штамм, несущий ген чужеродного антигена (например, вирус оспенной вакцины со встроенным антигеном вируса гепатита В). Они содержат ослабленный живой микроорганизм. Примером могут служить вакцины против полиомиелита, кори, паротита, краснухи или туберкулеза. Могут быть получены путем селекции.

В соответствии с природой специфического антигена вакцины делят на живые, неживые и комбинированные (как живые, так и неживые микроорганизмы и их отдельные антигены).

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 обоих 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, они могут 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 обезьяньего 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 одного бустерного введения. 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).

В живых вакцинах нет консервантов, при работе с такими вакцинами следует строго соблюдать правила асептики. Нарушение целостности ампул и потеря вакуума приводит к инактивации препарата в связи с проникновением воздуха и влаги. При наличии в ампулах трещин и изменении внешнего вида содержимого следует изъять такие ампулы и уничтожить их.

При вскрытии ампул, растворении вакцин и обработке инструментария следует избегать воздействия на препарат высокой температуры и дезинфицирующих средств, инактивирующих микроорганизмы. При накожном применении вакцины кожу обрабатывают спиртом или эфиром, вакцину наносят после испарения жидкостей.

За 1?2 дня до применения живых бактериальных вакцин и на протяжении 7 недель после вакцинации следует избегать применения антибиотиков, сульфаниламидов и иммуноглобулинов, которые могут снижать эффект вакцинации вследствие своих бактерицидных свойств.

Основным преимуществом живых вакцин считается активизация всех звеньев иммунной системы, вызывающая сбалансированный иммунный ответ (системный и локальный, иммуноглобулиновый и клеточный). Это имеет особое значение при тех инфекциях, когда клеточный иммунитет играет важную роль, а также при инфекциях слизистых оболочек, где требуется как системный, так и локальный иммунитет. Местное применение живых вакцин обычно является более эффективным для стимулирования локального ответа у непраймированных хозяев, чем инактивированные вакцины, вводимые парентерально.

1.2 Генноинженерные вакцины

В геном живых аттенуированных вирусов, бактерий, дрожжей или клеток эукариотов встраивается ген, кодирующий образование протективного антигена того возбудителя, против которого направлена вакцина.

Рекомбинантная технология совершила прорыв в создании принципиально новых вакцин. Принцип создания генно-инженерных вакцин заключается в том, что в геном живых аттенуированных вирусов, бактерий, дрожжей или клеток эукариотов встраивается ген, кодирующий образование протективного антигена того возбудителя, против которого будет направлена вакцина.

В качестве вакцин используются сами модифицированные микроорганизмы или протективный антиген, образующийся при их культивировании в условиях in vitro. В первом случае иммунный ответ направлен не только против продуктов встроенного гена, но и на носитель вектора. Примером рекомбинантной вакцины, состоящей из готового антигена, является вакцина против гепатита В, а примером векторных вакцин, антигены которых образуются in vivo, является антирабическая вакцина. Она получена на основе осповакцины и нашла широкое применение в профилактике бешенства среди диких животных с помощью приманки, содержащей эту вакцину.

Для создания векторных живых вирусных вакцин используют аттенуированный ДНК-содержащий вирус, в геном которого встраивается необходимый предварительно клонированный ген. Вирус, носитель вектора, активно размножается, а продукт встроенного гена обеспечивает формирование иммунитета. Вектор может содержать несколько встроенных генов, отвечающих за экспрессию соответствующих чужеродных антигенов. Экспериментальные векторные вакцины на основе вируса осповакцины получены к ветряной оспе, гриппу А, гепатитам А и В, малярии, простому герпесу. К сожалению, вакцины испытаны преимущественно на животных, которые устойчивы к большинству из этих инфекций.

Рекомбинантный продукт не всегда имеет ту же структуру, что и естественный антиген. Иммуногенность такого продукта может быть сниженной. Естественные вирусные антигены в клетках эукариотов подвергаются гликозилированию, что повышает иммуногенность таких антигенов. В бактериях гликозилирование отсутствует или оно происходит не так, как в клетках высших эукариотов. У низших эукариотов (грибов) посттрансляционные процессы занимают среднее положение.

Разработчик генно-инженерной вакцины должен представить данные о стабильности системы экспрессии антигена во время хранения рабочего банка клеток. При наличии изменений в посевной культуре, которые могут сопровождаться перестройкой, делецией или вставками нуклеотидов, необходимо определить нуклеогидную последовательность, исследовать пептидные карты и последовательность концевых аминокислот генно-инженерного продукта. Использование рестриктазного картирования в сочетании с изучением маркеров, кодируемых вектором (чувствительность к антибиотикам и др.) может указать на появление изменений в структуре вектора.

Принципы создания бактериальных рекомбинантных вакцин аналогичны. Важными этапами являются клонирование генов и получение мутантных генов, кодирующих иммуногенные, но не токсические формы антигена. Клонированы гены для дифтерийного и столбнячного токсинов, токсина синегнойной палочки, сибиреязвенного, холерного, коклюшного, шигеллезного токсинов. Предпринимаются попытки получить рекомбинантные вакцины против гонореи и менингококковой инфекции.

В качестве носителя бактериального вектора используется БЦЖ, Vibrio cholerae, Escherichia coli, Salmonella tythimurium. Кишечная группа возбудителей перспективна для разработки энтеральных вакцин. Живые рекомбинантные вакцины, введенные через рот, имеют короткий период жизни, но способны за этот период вызвать стойкий иммунитет. Возможно создание многокомпонентных вакцин для одномоментной профилактики против нескольких диарейных инфекций. Бактериальные векторные вакцины, в отличие от вирусных, можно контролировать с помощью антибиотиков. Прошли экспериментальную проверку оральные вакцины против гепатита В и малярии.

В перспективе предполагается использовать векторы, в которые встроены не только гены, контролирующие синтез протективных антигенов, но и гены, кодирующие различные медиаторы иммунного ответа. Получены рекомбинантные штаммы БЦЖ, которые секретируют ИФ-у, ИЛ, Г-КСФ. Предварительные исследования свидетельствуют о высокой эффективности штаммов в отношении туберкулеза и рака мочевого пузыря. Получать эффективную векторную вакцину на основе бактерий достаточно трудно из-за нестабильности трансфекции генного материала, токсичности чужеродного антигена для бактерий, малого количества экспрессированного антигена.

2. Неживые вакцины

Молекулярные вакцины конструируют на основе специфических протективных антигенов, находящихся в молекулярном виде и полученных путем биосинтеза или химического синтеза. К этим вакцинам можно отнести также анатоксины, которые представляют собой обезвреженные формалином молекулы токсинов, образуемых микробной клеткой (дифтерийный, столбнячный, ботулинический и др.). Корпускулярные вакцины получают из цельных микроорганизмов, инактивированных физическими (тепло, ультрафиолетовое и другие излучения) или химическими (фенол, спирт) методами (корпускулярные, вирусные и бактериальные вакцины), или из субклеточных надмолекулярных антигенных структур, извлеченных из микроорганизмов (субвирионные вакцины, сплит-вакцины, вакцины из сложных антигенных комплексов).

Инактивированные вакцины всегда требуют нескольких вакцинаций. Защитный иммунный ответ развивается обычно только после второй или третьей дозы. Количество антител постепенно снижается, поэтому спустя некоторое время для поддержания титра антител требуется повторная вакцинация (ревакцинация).

Молекулярные антигены, или сложные протективные антигены бактерий и вирусов, используют для получения синтетических и полусинтетических вакцин, представляющих собой комплекс из специфического антигена, полимерного носителя и адъюванта. Из отдельных вакцин (моновакцин), предназначенных для иммунизации против одной инфекции, готовят сложные препараты, состоящие из нескольких моновакцин. Такие ассоциированные вакцины, или поливакцины, поливалентные вакцины, обеспечивают иммунитет одновременно против нескольких инфекций. Примером может служить ассоциированная АКДС-вакцина, в состав которой входят адсорбированные дифтерийный и столбнячный анатоксины и коклюшный корпускулярный антиген. Существует также семейство полианатоксинов: ботулинический пентаанатоксин, противогангренозный тетраанатоксин, дифтерийно-столбнячный дианатоксин. Для профилактики полиомиелита применяют единый поливалентный препарат, состоящий из аттенуированных штаммов I, II, III серотипов (сероваров) вируса полиомиелита [6].

К таким вакцинам относятся корпускулярные бактериальные и вирусные вакцины, корпускулярные субклеточные и субъединичные вакцины, а также молекулярные вакцины. Корпускулярные вакцины представляют собой инактивированные физическими (температура, УФ-лучи, ионизирующее излучение) или химическими (формалин, фенол, р-пропиоактон) способами культуры патогенных или вакцинных штаммов бактерий и вирусов. Инактивацию проводят в оптимальном режиме (инактивирующая доза, температура, концентрация микроорганизмов), чтобы сохранить антигенные свойства микроорганизмов, но лишить их жизнеспособности. Корпускулярные вакцины, полученные из цельных бактерий, называют цельно-клеточными, а из неразрушенных вирионов ? цельновирионными. Инактивированные вакцины готовят в асептических условиях на основе чистых культур микроорганизмов. К готовым, дозированным (по концентрации микроорганизмов) вакцинам добавляют консервант. Вакцины могут быть в жидком (суспензии) или сухом виде. Вакцинацию выполняют 2?3 раза, вводя препарат подкожно, внутримышечно, аэрозольно, иногда перорально. Корпускулярные вакцины применяют для профилактики коклюша, гриппа, гепатита А, герпеса, клещевого энцефалита. К корпускулярным вакцинам относят также субклеточные и субвирионные вакцины, в которых в качестве действующего начала используют антигенные комплексы, выделенные из бактерий или вирусов после их разрушения. Приготовление субклеточных и субвирионных вакцин сложнее, чем цельноклеточных и цельновирионных, однако такие вакцины содержат меньше балластных компонентов микроорганизмов. Раньше субклеточные и субвирионные вакцины называли химическими, поскольку применяли химические методы при выделении антигенов, из которых готовили вакцину. Однако этот термин более применим к вакцинам, полученным методом химического синтеза. В настоящее время используют субклеточные инактивированные вакцины против брюшного тифа (на основе О-, Ни Viантигенов), дизентерии, гриппа (на основе нейраминидазы и гемагглютинина), сибирской? язвы (на основе капсульного антигена) и др. Такие вакцины, как правило, применяют с добавлением адъювантов.

2.1 Синтетические пептидные вакцины

Синтетические пептидные вакцины могут содержать различные эпитопы, способные формировать иммунитет к разным видам инфекций. Отличаются высокой? степенью стандартности, безопасны, однако слабо иммуногенны и требуют применения эффективных адъювантов. Идея использования синтетических пептидов в качестве вакцин родилась при изучении клеточных и молекулярных механизмов развития иммунитета, прежде всего исследования начальных этапов развития иммунитета ? процессинга антигена в вспомогательных клетках и презентации антигена Т-клеткам.

Вирусные и бактерийные пептиды, образующиеся из персистирующих в клетках возбудителей?, взаимодействуют с антигенами гистосовместимости класса I и индуцируют прежде всего цитотоксические CD8 Т-клетки. Экзогенные антигены, попадающие в клетку в составе лизосом, расщепляются до пептидов, которые в комплексе с антигенами гистосовместимости класса II активируют СО4 Т-хелперы.

В 1974 г. М. Села впервые описал искусственно полученный? пептид, вызывающий? образование антител к яичному лизоциму. При определенных условиях синтетические пептиды могут обладать такими же иммуногенными свойствами, как и естественные антигены, выделенные из возбудителей? инфекционных заболеваний.

Для получения хорошего иммунного ответа необходимо, чтобы синтетический? антиген содержал на менее 8 аминокислотных остатков, хотя в структуру антигенной? детерминанты могут входить 3?4 аминокислоты. Минимальный? молекулярный? вес такой? детерминанты составляет около 4000 кД.

Получены многочисленные виды искусственных антигенов: линейные полимеры, состоящие из L-аминокислот, разветвленные многоцепочечные сополимеры, конъюгаты различного рода пептидов с аминокислотами гомополимерами.

Синтезированы и испытаны полисахариды, аналогичные естественным антигенам, например сальмонеллезным полисахаридам. Молекула синтетических вакцин может содержать разнородные эпитопы, которые способны формировать иммунитет к разным видам инфекций.

Экспериментальные синтетические вакцины получены против: дифтерии, холеры, стрептококковой? инфекции, гепатита В, гриппа, ящура, клещевого энцефалита, пневмококковой?, сальмонеллезной инфекций.

Несмотря на значительные успехи в теоретическом обосновании возможности использования синтетических пептидов для создания вакцин, ни один препарат такого типа не зарегистрирован в международной медицинской практике. Однако есть все основания считать, что синтетические пептиды найдут применение в качестве вакцин.

У синтетических пептидов нет недостатков, характерных для живых вакцин (реверсия патогенных свойств, остаточная вирулентность, неполная инактивация и т.п.). Синтетические вакцины отличаются высокой степенью стандартности, обладают слабой реактогенностью, они безопасны, с помощью таких вакцин можно избежать развития аутоиммунных процессов при иммунизации, а при использовании доминантных пептидов можно получить вакцины против возбудителей с высокой степенью изменчивости.

ВОЗ одобрила рекомендации по разработке и контролю синтетических пептидных вакцин (1997). Прежде всего должен быть детально отработан метод искусственного синтеза выбранных пептидов и получены доказательства устойчивости такого синтеза. Должны быть идентифицированы отдельные пептиды, определены модифицирующие гликозильные, липидные и другие группировки, охарактеризованы примеси, которые могут быть при синтезе пептидного мономера, описаны методы его очистки. Все контрольные измерения необходимо производить с использованием референс-препаратов. Следует определить лимиты конечной концентрации всех добавок (консерванты, стабилизаторы и пр.). Консерванты не добавляются в препараты, расфасованные по одной дозе.

Синтетические пептиды обладают слабой иммуногенностью. Для их стабилизации, доставки к иммунокомпетентным клеткам и стимуляции иммунного ответа необходим носитель или какой-либо другой адъювант (иммуностимулирующий комплекс, микросферы, липосомы и пр.). Носитель не только помогает пептиду, он способен индуцировать ответ на себя, но не должен доминировать над ответом к пептиду и нарушать его специфичность. Необходимо изучить, на какие иммунокомпетентные клетки действует конъюгат пептида с носителем.

На стадии конъюгирования пептида с носителем надо следить за постоянством весовых соотношений пептида с носителем, которые не должны колебаться от серии к серии. Носитель должен иметь собственную спецификацию по характеристике его биологических свойств и структуры, включая молекулярные параметры.

При использовании других адъювантов следует описать способ взаимодействия пептида с адъювантом и изучить процесс десорбции пептида с адъюванта в течение срока годности препарата.

Конъюгирование и полимеризация, необходимые для получения вакцин, не должны вызывать побочных реакций у экспериментных животных и человека. Образующиеся антитела должны быть проверены на перекрестные реакции с антигенами из различных тканей человека.

Все химические и биологические реагенты, используемые в процессе получения вакцины, должны удовлетворять требованиям международной или национальной фармакопеи. Доклиническая фаза изучения пептидных вакцин должна включать биологические, биохимические, иммунологические, токсикологические, гистопатологические исследования, испытания разных доз и схем введения препарата, получение доказательств его стабильности и безвредности. В рамках рутинного контроля определяются пирогенность, стерильность, иммуногенность и другие параметры безопасности и активности вакцин.

2.2 ДНК-вакцины

ДНК-вакцины ? вакцины из плазмидных ДНК, кодирующих протективные антигены возбудителей инфекционных заболеваний. Такая ДНК при введении в организм проникает в ядро клетки, длительное время существует вне хромосом без репликации, транскрибируется и экспрессирует соответствующие антигены, вызывающие в организме формирование Tи B-клеточного иммунитета.

Идея использовать фрагменты ДНК для вакцинации появилась в 1950?60-е гг. После серии опытов было установлено, что генетическая информация ДНК сохраняет способность транскрибироваться и транслироваться после переноса в другую клетку. В том же году обнаружили, что введение животным генома вируса полиомиелита стимулирует выработку антител. Позже активацию гуморального иммунитета показали для молекул ДНК, полученных из неинфекционных агентов. Начиная с 1990-х гг. научные лаборатории начали все активнее исследовать иммуностимулирующие свойства ДНК. В 1992 г. Танг вместе с коллегами показал, что ген гормона роста человека, встроенный в плазмиду, стабильно экспрессируется в организме мыши, а синтезированный гормон распознается иммунной системой как антиген и стимулирует выработку антител. Процесс ввода плазмидной ДНК для стимуляции гуморального иммунитета был назван Тангом «генетическая иммунизациия». Однако уже в следующем году другая группа ученых заявила, что введение плазмиды, кодирующей белки вируса гриппа, вызывает как гуморальный, так и клеточный ответ. Индуцирование обеих ветвей иммунитета в том же году обнаружили и для плазмиды, содержавшей гены ВИЧ. С 1995 г. начали появляться данные, что ДНК-вакцинация способна активировать иммунную систему против раковых заболеваний. Около 20 лет назад состоялись первые клинические испытания ДНК-вакцин, которые прежде всего должны были продемонстрировать безопасность нового метода. Пациентам вводили гены ВИЧ, вируса гриппа, герпеса, гепатита B, возбудителя малярии. Результаты всех тестов оказались вполне обнадеживающими: ДНК-вакцины стабильно экспрессировались, провоцировали иммунный ответ и не вызвали серьезных побочных эффектов, что стало толчком для их дальнейшего исследования.

Конструирование ДНК-вакцины. Структура ДНК-вакцины создана на основе плазмидного вектора, ориджин (с англ. origin) - точка начала репликации.

По структуре ДНК-вакцина - это встроенная в вектор нуклеотидная последовательность, кодирующая определенный антиген или антигены. Вектором в генной инженерии называют молекулу нуклеиновой кислоты, которая служит для доставки генетического материала в клетки и обеспечивает его репликацию или экспрессию. Ранее для транспортировки генов в клетку применяли векторы на основе вирусов: модифицированного (ослабленного) вируса натуральной оспы, аденовирусов и ретровирусов. Вирусные векторы являются достаточно эффективными, однако имеют значительную вероятность развития побочных эффектов, связанную с относительно высокой иммуногенностью самого вектора. Поэтому на сегодня в качестве вектора чаще используют бактериальную плазмиду - небольшую стабильную кольцевую молекулу ДНК, способную к автономной репликации. Сама по себе плазмида не вызывает нужного специфического иммунного ответа, для этого в нее вшивают гены иммуногенных белков. Также ДНК-вакцина должна содержать регуляторные последовательности, необходимые для экспрессии генов в клетках эукариот. Готовую ДНК-конструкцию доставляют в бактериальную клетку, где наращивается количество ее копий. После этого проводят выделение и очистку плазмид, которые несут нужную вставку.

Дизайн плазмидного вектора. Важным этапом создания ДНКвакцин является дизайн (конструирование) вектора. Обязательными структурами плазмидного вектора являются сайты рестрикции, селективный маркер и точка начала репликации ДНК-вакцины в бактериальной клетке. Чтобы осуществлялся синтез антигена, ДНК-вакцина должна содержать промотор и сигнал полиаденилирования. Промотор является важным фактором эффективности вакцины, поскольку определяет силу иммунного ответа: чем больше экспрессия гена, кодирующего вирусный или опухолевый антиген, тем сильнее иммунный ответ. Чаще всего используют промотор вируса SV40 или цитомегаловируса (CMV). Для стабилизации мРНК-транскриптов в плазмиду встраивают сигнал полиаденилирования, чаще всего полученный из гена гормона роста быка (BGH) или вируса SV40. В качестве селективных маркеров выбирают бактериальные гены устойчивости к антибиотикам; часто это ген устойчивости к канамицину. При конструировании ДНК-вакцин наиболее популярна точка начала репликации Escherichia coli.

Выбор гена для иммунизации. Вектор является важным компонентом ДНК-вакцины, однако ее иммуногенность определяется именно вставкой - последовательностью ДНК, которая кодирует антиген. Среди вирусных антигенов для иммунизации лучше всего подходят белки слияния - это относительно консервативные белки, которые обеспечивают проникновение вируса в клетку. Для вакцинации против граммположительных бактерий в плазмидный вектор целесообразно встраивать гены тех бактериальных белков, которые определяют патогенез заболевания. Среди белков грамотрицательных бактерий высокую иммуногенность имеют порины. Для терапевтических противоопухолевых ДНК-вакцин используют белки-маркеры раковых клеток.

Способы доставки ДНК-вакцин в клетку. Готовую вакцину нужно доставить в организм человека или животного, где ее точка назначения - антигенпредставляющие клетки (АПК) - макрофаги, дендритные клетки, B-лимфоциты. Здесь будет происходить синтез и посттрансляционная модификация антигена, после чего он будет встроен в мембрану клетки, чтобы привлечь внимание иммунной системы. Основная проблема заключается в доставке достаточного количества плазмиды в АПК. Методы доставки генетического материала в клетку обычно разделяют на две группы: вирусные и невирусные. Поскольку вирусные векторы имеют ряд существенных недостатков, в данном разделе представлены лишь невирусные методы доставки ДНК-вакцин.

Микроинъекция. В начале 1990-х гг. для введения ДНК в клетку наиболее распространенными были внутримышечные микроинъекции, что обусловлено простотой метода. Для этого ДНК растворяют в воде или изотоническом растворе, при необходимости добавляют адъювант (вещество, которое усиливает иммунный ответ). Далее с помощью тонкой стеклянной трубки раствор вводят в мышечную ткань, где роль АПК выполняют дендритные клетки. Попав в ядро дендритной клетки, вакцина начинает экспрессировать, и происходит синтез белков-антигенов. С помощью микроинъекций ДНК также можно вводить подкожно, в тимус, печень, опухолевую ткань, однако именно в мышечной ткани наблюдается наиболее длительная (до года) экспрессия ДНК-вакцины.

Благодаря высокой концентрации клеток Лангерганса (подтип дендритных клеток), привлекательной мишенью для ДНК-вакцинации является кожа. Для интрадермального (подкожного) введения используют массив из микроигл, длина которых несколько сотен микрон. Существуют различные варианты интрадермальной вакцинации. Простейший включает разрыхление массивом микроигл рогового слоя кожи (внешний слой кожи, обычно 10?20 мкм), чтобы увеличить ее проницаемость для дальнейшего местного введения раствора ДНК. Более эффективно использование микроигл, покрытых сухой вакциной, которая растворяется уже под кожей [3].

Эффективность этого метода обычно низкая, поскольку сначала ДНК попадает в межклеточное пространство, а уже потом включается в клетки.

Принцип действия электропорации. Электрический ток перегруппировывает липиды плазмалеммы таким образом, что образуется гидрофильный (сверху) или гидрофобный (снизу) канал. Прохождение гидрофильной молекулы ДНК возможно только через верхний вариант поры.

Электропорация (рис. 1) - традиционный подход для доставки ДНК в бактериальные клетки и культуры клеток, который базируется на применении электрического импульса. Такой импульс создает поры в клеточной мембране, что способствует вхождению отрицательно заряженной ДНК. Этот способ был заимствован для доставки ДНК-вакцины в организм животных и человека и позволяет значительно повысить эффективность обычной инъекции

Прибор для электропорации имеет источник электрического тока и одноразовую сетку, которая состоит из шприца и игл-электродов. Шприц вводит вакцину в мышечную ткань, а электроды создают электрическое поле, которое облегчает вхождение ДНК в миоциты и дендритные клетки. На сегодня разработаны устройства, которые позволяют повысить эффективность вакцинации в 1000 раз по сравнению с обычной инъекцией. Электропорацию можно применять как для внутримышечного, так и для подкожного введения ДНК-вакцины. Недостатками являются незначительная болезненность в месте инъекции, потребность в специализированных устройствах. Вместо электрического поля можно использовать магнитное. Такие устройства действуют по тому же принципу, однако в этом случае процедура является полностью безболезненной и меньше повреждает клетки.

Действие электрического поля не только усиливает поглощение ДНК-вакцины клетками, но и стимулирует выработку иммунного ответа. Применение электропорации приводит к незначительному повреждению ткани - развивается локальный воспалительный процесс. Поврежденные клетки выделяют хемокины, поэтому к ним направляются макрофаги, лимфоциты и дендритные клетки. Увеличение концентрации иммунных клеток в месте введения вакцины повышает ее эффективность [6].

Сонопорация - метод переноса чужеродной ДНК в клетки с помощью ультразвука. Ультразвук увеличивает проницаемость клеточной мембраны, вследствие чего экзогенная ДНК легче проникает в клетку. Впервые сонопорация для переноса генов в клетку была применена в 1986 г. Этот метод применяется для ввода молекул ДНК в клетки роговицы, мозга, костной ткани, почек, поджелудочной железы, эмбриональной ткани, скелетной и сердечной мышц. Относительно других методов сонопорация является малоисследованной, необходимо еще немало усилий, чтобы повысить ее эффективность, особенно на уровне целого организма.

Баллистическая трансфекция. Баллистическая трансфекция основывается на обстреливании (бомбардировке) органов и тканей микрочастицами тяжелых металлов (золото, вольфрам) диаметром 1?3 мкм, покрытых молекулами ДНК. Введенная таким образом ДНК-вакцина экспрессируется в клетках-мишенях, а их продукты попадают в кровь. Для придания ускорения частицам используется похожее на стрелковое оружие устройство - генный пистолет, или генную пушку. Микрочастицы проходят через клеточные мембраны и переносят генетическую конструкцию непосредственно в ядро клетки. Глубина проникновения микрочастиц, как правило, невелика ? до 1 мм, поэтому метод применяют преимущественно для трансфекции кожи или прилегающей хрящевой ткани. Особые условия обстрела позволяют микрочастицам проникать на глубину до 4?5 мм и переносить генные конструкции в волокна поперечнополосатых мышц. Обычно клетки, находящиеся непосредственно по центру выстрела, погибают, в то время когда в зоне 0,6?1 см от центра находятся наиболее удачно протрансформированные клетки. Эту технологию называют также биобаллистикой или биолистикой.

Первый генный пистолет был создан группой ученых в период 1983?1986 гг. с целью трансформации клеток растений. Это был пистолет, разработанный на основе устройства для автоматического забивания гвоздей. На вольфрамовый шар наносили ДНК с репортерным (маркерным) геном и выстреливали им в чашку Петри. Экспрессия репортерного гена свидетельствовала об эффективности иммунизации. На сегодня для доставки ДНК используют частицы из золота или серебра, так как они не являются токсичными для клетки, в отличие от вольфрамовых.

Действие высокого давления. В 1999 г. были разработаны инъекционные приборы, которые способны вводить ДНК-вакцину без использования иглы. Такие устройства работают благодаря силе Лоренца: небольшой мощный магнит создает значительное давление, проводит в действие поршень, который выбрасывает лекарственный препарат со скоростью звука. Изменяя силу тока, можно выбирать глубину инъекции и дозировать лекарства. Процедура совершенно безболезненна и раньше использовалась для введения инсулина больным диабетом и при проведении масштабных вакцинаций. Существенным недостатком этого метода является то, что высокое давление теоретически может изменять структуру вводимых молекул. Тем не менее данную технологию ввода продолжают совершенствовать, и на сегодня разработаны приборы, которые могут доставить ДНК на глубину до 16 мм, в составе живого бактериального вектора. Живые бактериальные векторы ? это штаммы сальмонелл, шигелл или листерии, которые несут мутации в генах биосинтеза или инвазии, что устраняет их патогенность и способность сохранять свою жизнеспособность в организме хозяина или окружающей среде. Взамен в геном бактерий встраивают нужные гены иммуногенных протеинов. Ослабленная бактерия вводится в организм пероральным путем (через рот, путем проглатывания) или интраназально (путем впрыска в носовое отверстие), поэтому этот способ вакцинации не требует никакого оборудования. Кроме того, такое введение стимулирует иммунный ответ слизистой оболочки, что важно, поскольку большинство патогенов попадают в организм через ротовое и назальное отверстия. Минуя желудок, ослабленная бактерия попадает в тонкий кишечник. Далее бактерия проникает в Пейеровы бляшки - лимфоузлы кишечника. Оказавшись в середине Пейеровых бляшек, бактерии становятся мишенью для макрофагов и подвергаются фагоцитозу. В цитоплазме макрофагов происходит высвобождение бактерией ДНК-вакцины, после чего ДНК попадает в ядро, а бактерия обезвреживается иммунной системой.

Антиидиотипические вакцины. Антиидиотипические антитела являются зеркальным отражением антигена и поэтому способны вызывать образование антител и цитотоксических клеток, реагирующих с антигеном. Вакцины на основе антиидиотипических антител безопасны, так как идиотипы являются естественными эндогенными регуляторами иммунного ответа.

Вакцины содержат продукты генов гистосовместимости. Каждой инфекции соответствует свой набор антигенов гистосовместимости, отвечающий за высокий уровень иммунного ответа. Отсутствие на клетках таких антигенов является одной из основных генетических причин слабой иммунной реакции. Введение в организм молекул гистосовместимости, несущих пептиды, соответствующие эпитопам инфекционных агентов, будет способствовать усилению иммунитета.

Растительные вакцины. Продемонстрировано, что в листьях трансгенного табака могут нарабатываться белки инфекционных вирусов. После очистки такие белки можно использовать как компоненты вакцин. Немаловажное значение имеет высокая экономичность растительных вакцин и возможность их применения с пищей.

Мукозальные вакцины. Один из подходов к созданию таких вакцин заключается в разработке средств, препятствующих колонизации возбудителей инфекций на поверхности слизистых оболочек. Основу таких вакцин может составить белок адгезии на концах бактериальных пилей, с помощью которых бактерии прикрепляются к поверхности слизистой [6].

2.3 Молекулярные вакцины

К молекулярным вакцинам относят специфические антигены в молекулярной форме, полученные методами биологического, химического синтеза, генетической инженерии. Принцип метода биосинтеза состоит в выделении из микроорганизмов или культуральной жидкости протективного антигена в молекулярной форме. Например, истинные токсины (дифтерийный, столбнячный, ботулиновый) выделяются клетками при их росте. Молекулы токсина при обезвреживании формалином превращаются в молекулы анатоксинов, сохраняющие специфические антигенные свойства, но теряющие токсичность. Следовательно, анатоксины являются типичными представителями молекулярных вакцин. Анатоксины (столбнячный, дифтерийный, ботулиновый, стафилококковый, против газовой гангрены) получают путем выращивания глубинным способом в ферментаторах возбудителей столбняка, дифтерии, ботулизма и других микроорганизмов, в результате чего в культуральной жидкости накапливаются токсины. После отделения микробных клеток сепарированием культуральную жидкость (токсин) обезвреживают формалином в концентрации 0,3?0,4 % при 37 С в течение 3?4 недель. Обезвреженный токсин ? анатоксин, потерявший токсичность, но сохранивший антигенность, подвергают очистке и концентрированию, стандартизации и фасовке. К очищенным анатоксинам добавляют консервант и адъювант. Такие анатоксины называют очищенными сорбированными. Дозируют анатоксин в антигенных единицах (ЕС ? единица связывания, ЛФ ? флоккуляционная единица). Применяют анатоксины подкожно, внутримышечно; схема иммунизации состоит из 2?3 прививок с последующими ревакцинациями. Выделение протективных антигеновв молекулярной форме из самих микроорганизмов ? задача довольно сложная, поэтому приготовление молекулярных вакцин этим способом не вышло за рамки эксперимента. Более продуктивным оказался метод генетической инженерии, с помощью которого получены рекомбинантные штаммы, продуцирующие антигены бактерий и вирусов в молекулярной форме. На основе таких антигенов можно создавать вакцины. Так, уже разработана и выпускается промышленн стью молекулярная вакцина, содержащая антигены вируса гепатита В, продуцируемые рекомбинантными клетками дрожжей. Создана молекулярная вакцина против ВИЧ из антигенов вируса, продуцируемых рекомбинантными штаммами Е. coli. Химический синтез молекулярных антигенов пока широко не применяется из-за своей сложности. Однако уже получены методом химического синтеза некоторые низкомолекулярные антигены. Это направление, безусловно, будет развиваться. Насчитывается около 30 вакцинных препаратов, применяемых с целью профилактики инфекционных болезней; примерно половина из них живые, остальные инактивированные. Среди живых вакцин выделяют бактерийные - сибиреязвенную, чумную, туляремийную, туберкулезную, против Ку-лихорадки; вирусные - оспенную, коревую, гриппозную, полиомиелитную, паротитную, против желтой лихорадки, краснухи. Из неживых вакцин применяют коклюшную, дизентерийную, брюшнотифозную, холерную, герпетическую, сыпнотифозную, против клещевого энцефалита, геморрагических лихорадок и другие, а также анатоксины - дифтерийный, столбнячный, ботулинический, газовой гангрены.

Основным свойством вакцин является создание активного поствакцинального иммунитета, который по своему характеру и конечному эффекту соответствует постинфекционному иммунитету, иногда отличаясь от него лишь количественно. Вакцинальный процесс при введении живых вакцин сводится к размножению и генерализации аттенуированного штамма в организме привитого и вовлечению в процесс иммунной системы. Хотя по характеру поствакцинальных реакций при введении живых вакцин вакцинальный процесс и напоминает инфекционный, однако он отличается от него своим доброкачественным течением.

Вакцины при введении в организм вызывают ответную иммунную реакцию, которая в зависимости от природы иммунитета и свойств антигена может носить выраженный гуморальный, клеточный или клеточно-гуморальный характер.

Эффективность применения вакцин определяется иммунологической реактивностью, зависящей от генетических и фенотипических особенностей организма, от качества антигена, дозы, кратности и интервала между прививками. Поэтому для каждой вакцины разрабатывают схему вакцинации.

В зависимости от способа применения вакцины делят на инъекционные, пероральные и ингаляционные. В соответствии с этим им придается соответствующая лекарственная форма: для инъекций применяют исходные жидкие или регидратированные из сухого состояния вакцины; пероральные вакцины - в виде таблеток, конфет (драже) или капсул; для ингаляций используют сухие (пылевые или регидратированные) вакцины.



3. Способы введения вакцин

3.1 Внутримышечное введение вакцин

Наиболее предпочтительный путь для введения вакцин ? внутримышечный. Хорошее кровоснабжение мышц гарантирует и максимальную скорость выработки иммунитета, и максимальную его интенсивность, поскольку большее число иммунных клеток имеет возможность «познакомиться» с вакцинными антигенами. Удаленность мышц от кожного покрова обеспечивает меньшее число побочных реакций, которые в случае внутримышечного введения сводятся лишь к некоторому дискомфорту при активных движениях в мышцах в течение 1?2 дней после вакцинации.

Место введения. Вводить вакцины в ягодичную область не рекомендуется. Во-первых, иглы шприц-доз большинства импорткрайненых вакцин недостаточно длинны (15 мм) для того, чтобы достичь ягодичной мышцы в то время, как известно, и у детей, и у взрослых кожно-жировой слой может иметь значительную толщину. Если вакцина вводится в ягодичную область, то она, по сути, вводится подкожно. Следует также помнить о том, что любая инъекция в ягодичную область сопровождается определенным риском повреждения седалищного нерва у людей с анатомическими особенностями его прохождения в мышцах.

Предпочтительным местом введения вакцин у детей до 3 лет является переднебоковая поверхность бедра в средней его трети. Это объясняется тем, что мышечная масса в этом месте значительна при том, что подкожно-жировой слой развит слабее, чем в ягодичной области (особенно у детей, которые еще не ходят). У детей старше двух лет и взрослых предпочтительным местом введения вакцин является дельтовидная мышца (мышечное утолщение в верхней части плеча, над головкой плечевой кости), в связи с небольшой толщиной кожного покрова и достаточной мышечной массой для всасывания 0,5?1,0 мл вакцинного препарата. У детей младших возрастов это место введения вакцин не используется в связи с недостаточным развитием мышечной массы и большей болезненностью.

Техника вакцинации. Независимо от выбранного места введения вакцины внутримышечная инъекция должна быть произведена перпендикулярно, т.е. под углом 90 к поверхности кожи. При введении вакцины в дельтовидную мышцу инъекция производится строго сбоку, положение шприца должно быть строго горизонтальным.

Так называемая техника Z-track состоит в том, что перед инъекцией кожа сдвигается в одном из направлений и отпускается после того, как игла будет выведена. С одной стороны - прохождение иглы через натянутую кожу менее болезненно, с другой стороны, за счет смещения канала вакцина как бы «запечатывается» в мышце.

Преимущества: хорошее всасывание вакцины и, как следствие, высокая иммуногенность и скорость выработки иммунитета. Меньшее число местных побочных реакций. Точность введенной дозы (по сравнению с внутрикожным и пероральным способом введения). Недостатки: субъективное восприятие детьми младшего возраста внутримышечных инъекций несколько хуже, чем при других способах вакцинации.

3.2 Пероральное введение вакцин

Классическим примером пероральной вакцины является ОПВ - живая полиомиелитная вакцина. Обычно таким образом вводятся живые вакцины, защищающие от кишечных инфекций (полиомиелит, брюшной тиф). Впрочем, сейчас разрабатываются пероральные вакцины, которые будут защищать не только от кишечных инфекций, например вакцина против ВИЧ-инфекции на бактериальном носителе (сальмонелла).

Техника пероральной вакцинации: несколько капель вакцины закапываются в рот. Если вакцина имеет неприятный вкус, ее закапывают либо на кусочек сахара, либо печенья. Преимущества такого пути введения вакцины очевидны: для такой вакцинации не требуется специального образования и подготовки, простота метода, его быстрота, экономия на привлечении квалифицированного персонала. Недостатками перорального введения вакцин следует считать разлив вакцины, неточность дозировки вакцины (часть препарата выводится с калом, не сработав), экономические потери при необходимости повторных введений вакцины и ее разливе.

3.3 Внутрикожный и накожный пути вакцинации

Классическим примером вакцины, предназначенной для внутрикожного введения, является БЦЖ. Примерами вакцин с внутрикожным введением являются живая туляремийная вакцина и вакцина против натуральной оспы.

Как правило, внутрикожно вводятся живые бактериальные вакцины, распространение микробов из которых по всему организму крайне нежелательно.

Однако в последнее время, внутрикожное введение вакцин в ряде стран стало использоваться в целях экономии вакцины (для такой вакцинации требуется меньший объем вакцины) - так, к примеру, в некоторых странах прививают против бешенства. И ВОЗ, идя навстречу пожеланиям медработников, разработало рекомендации по внутрикожному введению антирабических вакцин.

Для других вакцин, кроме названных, внутрикожный путь введения пока не рекомендован.

Техника: традиционным местом для накожного введения вакцин является либо плечо (над дельтовидной мышцей), либо предплечье - середина между запястьем и локтевым сгибом.

Для внутрикожного введения должны использоваться специальные шприцы со специальными, тонкими иглами. Иголочку вводят вверх срезом, практически параллельно поверхности кожи, оттягивая кожу вверх. При этом необходимо убедиться, что игла не проникла под кожу.

О правильности введения будет свидетельствовать образование специфической «лимонной корочки» в месте введения - белёсый оттенок кожи с характерными углублениями на месте выхода протоков кожных желез. Если «лимонная корочка» не образуется во время введения, значит вакцина вводится неверно.

Преимущества: низкая антигенная нагрузка, относительная безболезненность.

Недостатки: довольно сложная техника вакцинации, требующая специальной подготовки. Возможность неправильно ввести вакцину, что может привести к поствакцинальным осложнениям.

3.4 Подкожный путь введения вакцин

Подкожный ? довольно традиционный путь введения вакцин и других иммунобиологических препаратов на территории бывшего СССР, хорошо известный всем уколами «под лопатку» (так вводятся гангренозные и стрептококковые анатоксины).

В целом этот путь подходит для живых и инактивированных вакцин, хотя предпочтительно использовать его именно для живых (корь-паротит-краснуха, желтая лихорадка и др.). В связи с тем, что при подкожном введении несколько снижается иммуногенность и скорость выработки иммунного ответа, этот путь введения крайне нежелателен для введения вакцин против бешенства и вирусного гепатита В.