Материал: Фарм производство БАР

Таблица 13 – Перечень вакцин, полученных с использованием различных технологий

Продолжение таблицы 13

Стратегическое решение по поводу разработки живой, субъединичной / инактивированной вакцины или вакцины на основе нуклеиновой кислоты необходимо принимать, взвесив эпидемиологические, патогенетические и иммунобиологические аспекты рассматриваемых инфекций или за-

189

болевания, а также техническую выполнимость различных подходов. Эпидемиология диктует целевую популяцию вакцины. Возраст и состояние здоровья этой популяции обычно определяют конкретные стратегии в качестве более предпочтительных для стимуляции защитного иммунитета. Например, для вакцины, предназначенной для здоровых младенцев, очень важна минимальная реактогенность, а некоторые типы вакцин бесполезны для младенцев, поскольку они не стимулируют защитный иммунитет. Однако, уровень реактогенности менее важен в таких случаях, как терапевтическая противораковая вакцина. Знание иммунобиологии может помочь выявить природу защитного иммунитета, который должен стимулироваться вакциной; определенные иммунные реакции могут быть защитными, а другие – бесполезными для предотвращения или лечения конкретной инфекции. Например, выведение природной инфекции может коррелировать с появлением антител против определенного микробного антигена. Это определяет, что данный антиген является вероятным вакцинным иммуногеном. С другой стороны, исследование иммунобиологии значительным образом облегчается или становится возможным при разработке экспериментальной животной модели, наличие которой позволяет тестировать и оптимизировать возможные вакцины для достижения эффективной защиты, до того, как выводить лучшие из них в фазу клинических испытаний. Для конкретной вакцины имеется только ограниченный ряд технических подходов. Тем не менее, учитывая возрастающее количество технических подходов, в будущем, вероятно, будет возможно создавать многие вакцины «по заказу» для достижения оптимальной эффективности и переносимости.

6.1.1. Живые вакцины

Некоторые живые вакцины значительно приближаются к «идеальной вакцине», будучи способными стимулировать защиту на всю жизнь с минимальной реактогенностью при использовании одной или двух доз. Такие вакцины могут быть доступны в случаях, когда природная инфекция дает хозяину защиту на всю жизнь. Такие вакцины состоят из микроорганизмов (обычно вирусов), которые реплицируются в организме хозяина таким же образом, как и природный микроорганизм, то есть вакцина может стиму-

190

лировать иммунную реакцию, аналогичную вызываемой природной инфекцией. Живая вакцина аттенуируется, что означает, что ее способность вызывать заболевание исключается. Необходимо обеспечить, чтобы живая вакцина не оставалась ни недостаточно аттенуированной (не сохраняла патогенность даже в минимальной степени), ни чрезмерно аттенуированной (не была недостаточно инфекционной для функционирования в качестве вакцины). Живые вакцины обычно вызывают как гуморальный иммунитет (антитела), так и клеточный (например, цитотоксические Т-лимфоциты).

Хотя эти свойства сами по себе делают живые вакцины весьма желаемыми, это является технически недостижимым для большинства вакцин, разрабатываемых в настоящий момент. Живая вакцина может быть недостаточно аттенуирована, и впоследствии вызывать свое природное заболевание с низкой частотой, или быть полностью аттенуированной, что в значительной степени снижает иммуногенность. Благодаря тому, что живая вакцина может реплицироваться, существует потенциальная возможность ее превращения в более свойственную ей патогенную форму. Живые вакцинные штаммы могут передаваться из вакцины не вакцинированному человеку, что может быть достаточно серьезным в случае, если реципиент обладает иммунодефицитом или подвергается химиотерапевтическому лечению рака.

Классические стратегии

Термин «классические стратегии» касается технических стратегий, в которых не используется технология рекомбинантных ДНК. Производство живых вирусных вакцин основано на эффективном размножении вируса в клеточной культуре.

Аттенуация in vitro. Разработка живых аттенуированных бактериальных вакцин классическими методами путем культивирования бактерий in vitro для их аттенуации при сохранении иммуногенности является не всегда успешным. Конкурентное или селективное давление на бактерии, делающее их менее вирулентными при пассировании in vitro может быть небольшим; бактерии могут прекратить экспресссировать факторы вирулентности in vitro, но вернуться к их экспрессии in vivo (реверсия).

Одна из широко распространенных живых бактериальных вакцин, основанная на серийных пассажах in vitro – это вакцина против туберкуле-

191

за. В первые десятилетия ХХ века важнейшей попыткой создания живых вакцин была разработка вакцины против туберкулеза. Она известна как БЦЖ – бацилла Кальметта – Герена (BCG), по имени двух французских ученых, получивших ослабленный штамм туберкулезных бактерий. Вакцина была получена в течение 13 лет путем многократных серийных пассажей (231 последовательный пересев – in vitro) штамма Micobacterium bovis. Вакцина состоит из живого аттенуированного штамма Mycobacterium bovis. БЦЖ фактически была первой живой бактериальной вакциной, в широких масштабах примененной на человеке (её повсеместное внедрение было отсрочено трагическим событием в Германии, где партия вакцины оказалась зараженной). Опыт показал, что вакцины, приготовленные из этих ослабленных туберкулезных бацилл, совершенно безопасны и с 1950 года в Великобритании и большинстве других стран начались широкие компании по иммунизации школьников. Сегодня, иммунизация вакцинной БЦЖ проводится у новорожденных на 3–7 день жизни внутрикожно. Ревакцинацию проводят детям в возрасте 7 и 14 лет. Ежегодно вакциной БЦЖ прививаются около 100 млн. человек.

Вакцина БЦЖ представляет собой лиофилизированные живые микобактерии вакцинных штаммов, высушенные в стабилизаторе глутаминате натрия. В одной дозе 0,05 мг вакцины содержится 1,5 х 105–6,0 х 105 живых микробных клеток. Всего зарегистрировано 16 субштаммов БЦЖ (известно более 30). Субштаммы различаются по морфологии клеток и колоний (от длинных палочек до кокковидных форм), остаточной вирулентности, иммуногенности, антигенному составу. Так, например, субштамм То- кио-172, полученный в Японии характеризуется очень мелкими клетками, низкой остаточной вирулентностью, сниженной иммуногенностью и незначительной реактогенностью. Такие субштаммы принято называть «слабыми». «Сильные» субштаммы отличаются большей остаточной вирулентностью и высокой защитной способностью. В то же время эти штаммы более реактогенны (штаммы, используемые во Франции – Pasteur 1173 Р2,

Дании – Copenhagen 1331, Болгарии – Sofia SL 222 и др.). Вакцины, изго-

товленные из «сильных» субштаммов вызывают большой процент гнойных лимфаденитов при вакцинации. Ранее, в Украине использовали только вакцину, произведенную в России, в которой применен субштамм БЦЖ

192

(BCG – 1 Russia), содержащий 4 антигена, которые отсутствуют у большинства других субштаммов, занимающий при высокой иммуногенности среднее положение по остаточной вирулентности среди других субштаммов, т.е. при высоких защитных свойствах вакцина обладает невысокой реактогенностью. В настоящее время для вакцинации детей в Украине используют вакцину БЦЖ SSI производства Дании (Государственный серологический институт, штамм Copenhagen 1331, относящийся к более сильным штаммам).

Имеющиеся вакцины БЦЖ отличаются переносимостью, иммуногенностью и степенью эффективности защиты в клинических испытаниях. Вакцины БЦЖ обычно обладают приемлемыми профилями переносимости. Следует ожидать, что для аттенуации нового бактериального штамма будут применяться методики рДНК-технологии. Поэтому, учитывая имеющиеся технические и регуляторные стандарты, весьма маловероятно, что будет разработана новая живая бактериальная вакцина, аттенуированная с применением исключительно классической стратегии.

Применение первой классической стратегии для вирусов стало возможным в 1950-х гг., вместе с возможностью выращивания вирусов в культурах клеток. Этот подход является эмпирическим, т.е. вирус дикого типа, изолированный из человеческой инфекции, проходит пассажи in vitro через один или более тип клеток, с целью ослабления его патогенности. В таком случае может иметь место селективное давление в сторону меньшего повреждения клеток. Механизм, благодаря которому в ходе аттенуации вводятся мутации, ясен не до конца. В некоторых случаях (например, вирус полиомиелита) было возможно продемонстрировать аттенуацию на приматах, хотя в большинстве случаев аттенуация подтверждается лишь в ходе интенсивных клинических испытаний. Успех данного эмпирического подхода, который применялся как для вакцин для перорального введения (вакцина вируса полиомиелита (OPV) для перорального введения), так и для вакцин, вводимых инъекционным (парентеральным) путем (корь, эпидемический паротит, краснуха, ветряная оспа) подтверждается количеством имеющихся лицензированных вакцин. Реактогенность таких вакцин достаточно низка для того, чтобы некоторые из них (полиомиелит, корь) были широко приняты во всем мире в обычной педиатрической практике.

193

Благодаря интенсивным программам иммунизации OPV полиомиелит движется в сторону искоренения во всем мире.

Реассортантные геномы. Вирус-реассортант, полученный после совместного инфицирования культуры двумя разными вирусами с сегментированными геномами, содержит гены обоих родительских вирусов. Для повышения эффективности ротавирусов животных были изолированы ро- тавирусы-реассортанты, содержащие в основном гены ротавирусов животных, несущие фенотип аттенуации для человека, а также ген(ы) поверхностного белка ротавирусов человека, стимулирующие выработку серо- тип-специфических нейтрализующих антител ротавируса человека. Эти ротавирусы-реассортанты обладали большей эффективностью в качестве возможной вакцины, чем родительские вирусы животных. Квадривалентная реассортантная ротавирусная вакцина (на основе ротавируса резуса) была лицензирована в 1998 г. Однако, вследствие повышенного уровня проникновения в ткани (1 : 10000), наблюдавшегося сразу после иммунизации, применение вакцины было прекращено. Этот отзыв показывает, что безопасность является ключевой проблемой при разработке новых живых вакцин. Аналогичный подход был применен к вакцинам против гриппа, в которых новый отобранный вирус гриппа предоставлял гены, кодирующие иммуногенные поверхностные гликопротеины (гемагглютинин и нейраминидазу), а аттенуированный вирус обеспечивал все остальные гены, а также фенотип аттенуации. Такие вирусы гриппа – реассортанты могут быть адаптированы к росту в клеточных линиях млекопитающих, таких как MDCK12, в качестве клеточного субстрата вместо куриных яиц. Подавляющее большинство сезонных и пандемических вирусов имеют реассортантное происхождение. Это в первую очередь относится и к современному вирусу гриппа H1N1v-2009, вызвавшему пандемию гриппа. Поэтому применение живых гриппозных вакцин с целью предупреждения появления реассортантов с новыми свойствами ограничено на подъеме заболеваемости гриппом и тем более в условиях пандемии гриппа.

Термочувствительные мутанты. Вирусные мутанты могут отби-

раться по их способности к росту при различных температурах. Эти вирусы называются термочувствительными (ts), неспособными к росту при повышенных температурах, или адаптированными к холоду (ca), отобранны-

194

ми по способности к росту in vitro при температурах ниже физиологических (37 °C), т.е. до 25 °C. Идея, воплощенная в этом подходе, заключается в том, что вирусы будут менее активными при росте in vivo, чем их родительские вирусы дикого типа, а следовательно, менее вирулентными и фенотипически аттенуированными. Живые гриппозные вакцины, впервые предложенные А.А. Смородинцевым в 1938 году, успешно применяются в России на протяжении многих лет. В США живая интраназальная вакцина была одобрена FDA в июне 2003 г. и разрешена для использования в возрастной категории от 5 до 49 лет. Благодаря многократным пассажам на куриных эмбрионах в условиях снижения температуры стало возможным получение ослабленного вируса, который не реплицируется при высоких температурах, характерных для легких человека, но способен размножаться в носоглотке при температуре 34 °С, вызывая локальную инфекцию, приводящую к выработке секреторного и генерализованного иммунного ответа. В связи с тем, что вакцинация живой гриппозной вакциной напоминает природную транзиторную инфекцию, она обладает достаточно высокой эффективностью и по различным данным характеризуется 94 %-ной сероконверсией у детей, а в комбинации с инактивированной вакциной вызывает положительный иммунный ответ у 68 % пожилых людей.

Химический мутагенез. Еще одной методикой создания аттенуированного штамма является химический мутагенез с последующей селекцией. Таким образом, был получен штамм Ty21a Salmonella typhi, предназначенный для предотвращения брюшного тифа. Разрешение на использование аттенуированного штамма получено на основе данных о его безопасности и эффективности.

Рекомбинантные вирусы

Повышенная стабильность фенотипа аттенуации достигается вследствие создания модификаций или делеций в вирусных генах, достаточно обширных для того, чтобы возвращение к исходному состоянию путем обратных мутаций было невозможным или крайне маловероятным. В отличие от этого, аттенуированные вирусы, полученные с применением классических стратегий, могут иметь только точечные мутации, а следовательно, и способность к возврату в исходное состояние.

195

В гене вируса простого герпеса (HSV), кодирующем гликопротеин, необходимый для проявления инфекционности, была создана мутация. Данный гликопротеин вводится в вирус из клеточной линии в ходе культивирования in vitro, и благодаря этому полученный вирус может инициировать инфекцию in vivo, но не способен распространяться, что обеспечивает его молекулярную аттенуацию.

Рекомбинантные бактерии

Конструировать аттенуированные бактерии сложнее, чем конструировать вирусы, учитывая значительно больший размер бактериальных геномов. Стратегия состоит в выявлении гена(-ов), ответственных за бактериальную вирулентность или колонизацию и выживание, а затем либо удаление гена (предпочтительный вариант), либо исключение или модулирование его экспрессии in vivo. Как и для вирусов, может существовать баланс между вирулентностью и активностью в качестве вакцины, что означает возможность чрезмерной аттенуации бактериального штамма до такой степени, когда он более не способен реплицироваться в достаточной мере для стимуляции эффективного иммунного ответа.

Аттенуация штаммов V. cholerae была проделана путем рДНКнаправленной делеции генов, кодирующих факторы (такие как холерный токсин (CT)). Живые аттенуированные возможные вакцины холеры, изготовленные таким способом, прошли клиническую оценку, и одна из них была лицензирована. Чтобы закрепить аттенуацию, снизив вероятность возврата в исходное состояние, желательно делетировать два или более независимых гена или генетических локуса, участвующих в обеспечении вирулентности.

6.1.2. Рекомбинантные векторы

Другим применением технологии рДНК к разработке новых живых вакцин является конструирование вирусов в качестве векторов для «чужеродных» полипептидов других патогенных микроорганизмов. Целью создания таких векторов является презентация чужеродного антигена иммунной системе в контексте живой инфекции, чтобы иммунная система реагировала на антиген как на живой иммуноген, и таким образом выра-

батывала более широкий иммунитет (гуморальный и клеточный) на соот-

196

ветствующий патогенный микроорганизм человека. Рекомбинантный полипептид экспрессируется в инфицированной клетке и либо транспортируется к клеточной поверхности с целью стимулирования выработки антител, либо распадается на пептидные фрагменты, которые транспортируются к клеточной поверхности. Данная стратегия также имеет потенциальное преимущество амплификации иммуногенного сигнала при репликации живого вектора.

Вирусные векторы. Прототипом вирусного вектора является вирус коровьей оспы. В вирусе коровьей оспы экспрессировали десятки различных рекомбинантных полипептидов. По меньшей мере, на 25 моделях для различных инфекций было показано, что вакцинация животных может защитить их от патогенного микроорганизма, кодирующего рекомбинантный полипептид. Рекомбинантные вирусы коровьей оспы, экспрессирующие опухолевые антигены, также обладали защитными функциями в исследованиях с введением антигенного стимула на модели рака грызунов. Учитывая известные осложнения иммунизации против оспы, более тяжелые у людей с ослабленным иммунитетом, вирус коровьей оспы был сам по себе сконструирован таким образом, чтобы снизить его вирулентность без уменьшения его эффективности как живого вирусного вектора. Цитокины могут оказывать влияние на природу или величину иммунной реакции. С целью селективного манипулирования типом иммунного ответа на вакцинный антиген в контексте вакцинации живым вектором, был сконструирован рекомбинантный вектор, экспрессирующий как цитокин, так и рекомбинантный вакцинный антиген. Вирусы оспы домашней птицы и канарейки разрабатываются в качестве живых векторов, способных инфицировать клетки человека, но не давать инфекционного вирусного потомства. Эта неспособность к распространению позволяет классифицировать данные вирусные векторы также как вакцины на основе ДНК.

Другие вирусы млекопитающих также послужили основой для конструирования живых векторов. Штаммы аденовирусов, которые широко используются в качестве вакцин среди военнослужащих с целью предотвращения острых респираторных заболеваний, были сконструированы таким образом, чтобы экспрессировать чужеродные полипептиды, и стимулировали защитный иммунитет на нескольких вирусных моделях антиген-

197