Современные вакцины

Современные вакцины

1. Цельновирионные и живые вакцины (вакцины первого поколения)

Разработка гриппозных вакцин была начата в начале 40-х годов  под эгидой и при поддержке  военного ведомства США, так как  массовая заболеваемость во время эпидемий гриппа расценивалась как угроза боеспособности войск. Самые первые вакцины содержали в своем  составе цельные вирусные частицы (живые аттенуированные и убитые инактивированные). Вакцины получали путем инактивации вируса (выращенного на куриных эмбрионах) формалином. Эффективность таких вакцин была достаточно высокая. Так, в 1943 году плацебо контролируемое исследование, проведенное на 12 000 американских солдат, показало их эффективность от 70% до 80% в предупреждении заболевания и профилактике тяжелых форм гриппа. Однако, из-за недостаточно хорошей очистки, данные вакцины содержали большое количество куриного белка, и поэтому обладали высокой реактогенностью: вакцинация нередко сопровождалась высокой температурой, уплотнением и болезненностью в месте инъекции.

На протяжении полувека вакцины постоянно совершенствовались, их эффективность и чистота постоянно улучшались. В 1966 году стал применяться новый технологический метод очистки (зональное центрифугирование), который позволил добиться лучшей очистки вакцины от яичного белка и различных компонентов клеток (которые и были причиной наиболее частых и серьезных реакций на вакцину). Такие высоко очищенные вакцины были менее реактогенными по сравнению с самыми первыми вакцинами, но все еще, особенно у детей, часто вызывали системные реакции (головную боль, повышение температуры и недомогание). Это было связано с большим содержанием вирусных компонентов в вакцине, которые стимулировали выработку интерферона в такой же степени, как это происходит при заражении диким вирусом. Повышенная концентрация интерферона в организме и является причиной "побочных эффектов", которые рассматриваются как общие реакции на введение вакцины. 

Электронная микрофотография  вакцины против гриппа без зонального центрифугирования (А) и после зонального центрифугирования (В) 

На сегодняшний  день инактивированная цельновирионная вакцина содержит цельные вирусы гриппа, прошедшие предварительную инактивацию и очистку. При изготовлении вакцины, вирус гриппа выращивается на куриных эмбрионах, затем выделяется и инактивируется современными методами. Данные вакцины обладают хорошими показателями иммунного ответа, однако они обладают высокой реактогенностью и поэтому не могут применяться у детей. 

Живые противогриппозные  вакцины представляют собой ослабленный  вирус гриппа, полученный из вируссодержащей  аллантоисной жидкости куриных эмбрионов, очищенной методом ультрацентрифугирования. Как и цельновирионная, живая вакцина характеризуется высокой реактогенностью.

Также, при использовании  живых вакцин необходимо помнить  о следующих моментах:

Спонтанные мутации Во время размножения вируса в человеческом организме возможно непредсказуемые изменения генетической структуры (потеря аттенуации, возвращение вирулентности, изменение тканевого тропизма).

Коинфекция с "диким" вирусом человека или животных. Это является более серьезной, хотя и теоретической опасностью - одновременное инфицирование вакцинным вирусом и диким. Если дикий штамм - человеческий вирус, последствия могут не быть слишком серьезны. Однако существует вероятность инфицирования человека вирусом гриппа животных (это показали случаи заражения человека от животных в Гонконге в 1997 году). По самому пессимистичному сценарию, двойная инфекция в этом случае может привести к серьезным изменениям в генетической структуре вируса (антигенный шифт), что может привести к пандемии.

К тому же, и цельновирионные и живые вакцины имеют достаточно широкий перечень противопоказаний, которые резко ограничивают их применение у лиц с высоким риском осложнений после гриппа:

острое заболевание;

аллергия к  куриному белку;

бронхиальная  астма;

диффузные заболевания  соединительной ткани;

заболевания надпочечников;

заболевания нервной  системы;

хронические заболевания  легких и верхних дыхательных  путей;

сердечно-сосудистая недостаточность и гипертоническая болезнь II и III стадий;

болезни почек;

болезни эндокринной  системы;

болезни крови;

беременность.

2. Расщепленные (сплит) вакцины (второе поколение) 

Применение диэтиловых эфиров в качестве растворителей позволило раздробить липидную мембрану вируса на части, что явилось основой для появления сплит-вакцин (split - англ. расщеплять) в 60-х годах.

Сплит-вакцины содержат частицы разрушенного вируса - поверхностные и внутренние белки. Изготавливается вакцина путем расщепления вирусных частиц при помощи органических растворителей или детергентов. Сплит-вакцины характеризуются значительно меньшим риском побочных реакций, предположительно в связи с разрушением пространственной структуры вируса.

Данный тип  вакцин более совершенен, чем цельновирионные, однако в связи с тем, что в вакцину попадают внутренние компоненты вируса гриппа возможно развитие непереносимости и аллергических реакций на данный тип вакцин. В связи с наличием внутренних частиц вируса переносимость сплит-вакцин хуже, чем у субъединичных вакцин.

Современные вакцины подразделяются на четыре класса.

1. Ослабленные живые  вакцины. К счастью, бактерии и вирусы могут быть изменены для уменьшения их способности вызывать заболевания с одновременным сохранением возможности стимулировать образование активных антител. Это достигается с помощью проведения так называемого процесса ослабления и обычно осуществляется посредством выращивания микроорганизма в неестественном хозяине-носителе, например в яйцах, различных видах животных или в культуре тканей. Степень ослабления зависит от того, как долго микроорганизм удерживается в искусственной системе. Суть дела заключается в том, чтобы достичь баланса для получения максимального производства антител у животного, которому введена вакцина, и не вызвать при этом заболевания. Преимущество живых вакцин заключается в том, что при их применении требуется введение только одной дозы вакцины для стимулирования иммунитета у взрослых животных. Собаки, которым сделана прививка идеальной живой вакциной, не будут распространять микроорганизмы другим собакам. Это как раз то, что имеет место у современных вакцин против чумы плотоядных. Если же микроорганизмы в живой вакцине оказываются недостаточно ослабленными, тогда они могут распространяться вакцинированными собаками и инфицировать входящих с ними в контакт животных. И если подобная ситуация возникает неоднократно, тогда существует риск, что у микроорганизма может возвратиться его способность вызывать заболевание. Такие вакцины лучше не использовать там, где имеются в наличии хорошие альтернативные инактивированная вакцина или живые вакцины, при введении которых микроорганизмы не распространяются.

2.  Инактивированнные вакцины. Они состоят из микроорганизмов, которые были убиты посредством нагревания или с помощью химических веществ, например формалина. Несмотря на то, что эти микроорганизмы не способны к размножению, тем не менее, они стимулируют образование антител у вакцинированного животного. Однако обычно требуется вводить две дозы такой вакцины, а для усиления эффекта может оказаться необходимой добавка (или адъювант, как ее еще называют). Если говорить в общем, производимый такими вакцинами иммунитет не имеет столь длительного периода действия, но вполне очевидно, что факторы безопасности являются более высокими.

3.   Анатоксины. Болезнетворное воздействие некоторых микроорганизмов основывается на ядовитых веществах, называемых токсинами, которые эти бактерии вырабатывают. Организм в ответ на это вырабатывает специфические антитела, называемые антитоксинами, которые способны нейтрализовать токсины. Это можно сделать искусственно введением анатоксинов, которые представляют собой токсины, лишенные своего токсического воздействия. Анатоксины получают при помощи инактивации токсинов путем нагревания или использования химических средств, а при введении они стимулируют создание в организме антитоксинов. Для стимулирования иммунитета обычно требуется введение двух доз, но кроме этого может возникнуть необходимость в усиливающих дозах после 1,2 или 3 лет. Вероятно, самым ярким примером является столбнячный анатоксин.

4.   Комбинированные  вакцины. Сейчас имеются комбинированные вакцины при соблюдении совместимости антигенов. Такие вакцины могут содержать, например, Два живых антигена, несколько убитых антигенов или даже комбинацию живых и убитых антигенов. Эти вакцины дают возможность создать эффективную защиту против заболеваний при минимальном количестве инъекций.

Вакцины будущего

Свыше века назад  Луи Пастер обосновал главный  принцип создания прививок, которые  обеспечивают невосприимчивость организма  к возбудителям заразных болезней. Ученый доказал: если животному или  человеку ввести вакцину из ослабленных  или убитых микробов, то в дальнейшем при попадании этих же микробов в  организм в крови появляются особые антитела, способные их разрушать  и нейтрализовать яды, которые они  вырабатывают. Так формируется невосприимчивость  к возбудителю данного заболевания.

 Благодаря  предохранительным прививкам была  ликвидирована натуральная оспа, резко снижена угроза столбняка,  дифтерии, полиомиелита, коклюша и  ряда других инфекций.

 Однако со  временем выяснилось, что вакцины,  приготовленные по классическим  пастеровским рецептам, не всесильны.

Создание вакцин с новыми свойствами и возможностями—не просто ответ на насущные потребности  практической медицины, это веление  времени, фактор поступательного развития иммунологии. Действительно, пастеровские вакцины спасли миллионы и миллионы человеческих жизней, стали основным, самым действенным оружием борьбы с опаснейшими инфекциями. Но то, что было хорошо во времена, когда  в мире бушевали эпидемии оспы, холеры, тифов, когда яростно наступал полиомиелит, уже не во всем удовлетворяет запросы  наших дней.

 Прежде, чем  приступить к созданию новых  вакцин, вакцин будущего, надо было  глубоко разобраться в сложнейшем  механизме образования невосприимчивости  к возбудителям тех или иных  болезней. А тут все еще множество  «белых пятен». Шаг за шагом,  усилиями многих исследователей  картина таинственного процесса  постепенно стала проясняться.  Общая его схема видится сегодня  такой: ежеминутно костный мозг  выбрасывает в кровь особые  стволовые клетки, которые по  неведомым пока законам делятся  на два потока. Один поток попадает  в центральный орган иммунной  системы — вилочковую железу, или тимус, где из стволовых  клеток рождаются Т-лимфоциты.  Из другого потока стволовых  клеток образуются В-лимфоциты.  А вот где это происходит, пока  неизвестно. Одни ученые считают  местом преобразования стволовых  клеток в В-лимфоциты аппендикс,  другие—особые участки кишечника,  а третьи (и их большинство)  —костный мозг.

 Оба вида  лимфоцитов вместе с открытыми  еще И. И. Мечниковым крупными  клетками, «пожирателями бактерий»—макрофагами, и составляют основное защитное воинство нашего организма. Число солдат в нем астрономически велико—1012. Непрерывно и неутомимо несет службу эта гвардия стражей порядка, проверяя, не проник ли в организм «чужак». И если таковой обнаруживается, немедленно звучит сигнал тревоги, и войска иммунитета идут в атаку. Т-лимфоциты первыми бросаются на врага, находят на его «теле» особую группировку атомов —концентрат чужой генетической информации —и вцепляются в нее своими рецепторами. Тут подоспевают В-лимфоциты и выстреливают в незваного пришельца антителами —«снарядами», специально предназначенными именно для данного нарушителя порядка.

 Биологи подсчитали, что в крови взрослого человека  имеется до десяти тысяч разных  иммуноглобулинов, составляющих основу  защитных антител. Наука только  начинает разбираться в том,  почему и как в организме  оказываются заранее припасенными  «боезаряды», нацеленные почти  против всех антигенов, которые  могут повстречаться ему в  течение жизни. Природа этой  иммунологической загадки ждет  своей расшифровки.

Стройная, веками отлаженная система поиска чужеродных антигенов и защиты от них в  организме существует. Но почему же тогда наш иммунитет дает порой досадные срывы?

 Окончательного  ответа на этот вопрос пока  нет. Но существует несколько  концепций. Наша такова: для победы  над любым чуждым организму  антигеном Т- и В-лимфоциты обязательно должны кооперироваться, четко взаимодействовать, порознь им не добиться успеха. И чтобы раздался спасительный залп антителами, В-лимфоциты должны получить соответствующий сигнал-приказ от Т-лимфоцитов. А он-то в ряде случаев не поступает. Почему же Т-лимфоциты молчат, практически парализуя всю систему обороны? Ответ может быть двояким: либо вторгшийся антиген настолько слаб, что Т-лимфоциты не видят в нем врага и не организуют оборону против него, либо что-то не срабатывает в самом механизме иммунитета.

 Долго решение  этого кроссворда не давалось  ученым. Кое-что прояснилось, лишь когда в хромосомном аппарате Т-лимфоцитов были обнаружены особые гены, заведующие «разговорчивостью» этих клеток. Их назвали генами иммунного ответа. Именно они оказались виновными в том, что при столкновении с возбудителями ряда острозаразных болезней команда «стрелять!» не раздается, и защитные реакции не возникают, а если и возникают, то бывают настолько слабы, что не обеспечивают надежной защиты.

 Экспериментами  установлено, что в тех случаях,  когда в генетическом аппарате  Т-лимфоцитов не представлен тот  единственный ген, который заведует  иммунным ответом на данный  антиген, или ген есть, но он  маломощен, то сколько бы антиген ни попадал в организм, Т-лимфоциты будут «молчать» и выработать невосприимчивость к нему не удастся.

Насколько известно, наука пока не располагает средствами воздействия на гены человека, эта  тонкая материя еще неподвластна медицине. Значит—тупик?

Но, выход есть. У ученых возникла идея попытаться обмануть гены иммунного ответа и  подать искусственный сигнал к атаке. На помощь медицине пришла химия.

 Опыты подтвердили:  полиэлектролиты, не имеющие аналогов  в природе, действительно способны  активизировать взаимодействие  и миграцию лимфоцитов, снижать  влияние веществ, которые обычно  угнетают иммунные реакции, и  в итоге резко—в десятки раз!—усиливать иммунный ответ. Вначале даже не верилось, что полимеры, созданные химическим путем, способны оказывать столь мощное влияние на чисто биологические процессы в живом организме. Но эксперименты убеждали в этом. Более того, они выявили совсем уж, казалось бы, неожиданное: полиэлектролиты успешно замещают функцию Т-лимфоцитов, то есть вместо них подают команды В-лимфоцитам начать стрельбу антителами и во много десятков раз повышают производство самих этих иммунных «снарядов»»—антител.

Как же, интересно, все это выглядит на практике? У  подопытных мышей предварительно удаляли  тимус и специальными методами разрушали  все действующие в организме  Т-лимфоциты. Все это гарантирует, что в крови животных совершенно отсутствуют лимфоциты, способные  подать сигнал к защите. Затем в  организм мыши вводился слабый антиген (белок, выделенный из возбудителя инфекции), а также тщательно очищенная  фракция В-лимфоцитов и полиэлектролит. И сколько бы раз ученые ни повторяли

 опыты, каждый  раз наблюдали отчетливо выраженную, сильную иммунную реакцию организма  мыши. Когда же в организм мыши  вводили только возбудитель заболевания  и В-лимфоциты, защитных реакций  не возникало.

Выходит, что, «насадив»  на полиэлектролит белок, извлеченный  из возбудителя той или иной инфекции, против которой пока нет прививок, можно создать эффективную вакцину?

 Да, как нам  представляется, открывается новый  путь создания вакцин с заранее  заданным действием. Вакцин.

 эффективных и против тех слабых антигенов, которые не вызывают при попадании в организм достаточного иммунного ответа. Вакцин, начисто лишенных каких бы то ни было балластных наслоений, имеющих строго определенный состав и четкий адрес. Если наши ожидания оправдаются и в ходе дальнейших экспериментов не возникнут непреодолимые трудности, то можно надеяться, что практическая медицина в будущем получит на вооружение предохранительные прививки против непокоренных инфекций, все еще угрожающих людям опасных заразных болезней.

 Но, следуя  логике рассуждений, нельзя ли  надеяться, что тем же путем удастся повести наступление и на некоторые неинфекционные болезни, в частности на бич человечества—злокачественные опухоли?

Такое развитие событий отнюдь не исключено. Раковые антигены, как известно, относятся к числу слабых, поэтому организм не дает на них эффективной иммунной реакции. Соединение ракового антигена с иммуностимулирующим полиэлектролитом должно, по всей видимости, повести к созданию действенных вакцин и против злокачественных новообразований и против аллергий различной природы. Будущее, думается, не столь уж отдаленное, покажет, насколько оправданы эти надежды.

Перспективы, что  и говорить, заманчивые, но опыт, подчас достаточно горький, зовет к сдержанности. Допустим, генетический надзор удастся  обойти, сигналы к атаке вместо «молчащих» Т-лимфоцитов станут подавать искусственные полиэлектролиты. Но не окажется ли это пирровой победой? Не выйдут ли из-под контроля В-лимфоциты, которые освободятся от сдерживающего  влияния генов иммунного ответа?

Опасения законны. С этим нельзя не считаться. И ученые в этом плане кое-что делают. Например, подбирают такой полиэлектролит, который, сделав свое дело, быстро бы разрушался в организме и полностью из него выводился. Ищут также самую  строгую дозировку для стимулятора, чтобы не подстегнуть ненароком  В-лимфоциты к излишней активности. Обдумывают возможность использования  и некоторых других «тормозов». Но пока работы еще не дошли до той  стадии готовности, когда настает  время строго, скрупулезно высчитывать, чем и как придется платить  за успех. Сейчас—время поисков.

 Неожиданности,  опасности, неудачи подстерегают  каждого исследователя, ученые—не  исключение. Веру и энтузиазм  поддерживает высокая цель, к  которой они стремятся. Медицина  должна получить возможность  вооружать человеческий организм  способностью противостоять натиску  опасных микробов, вирусов, токсических  веществ, угрожающих здоровью  и даже жизни миллионов людей.

Вакцины будущего

Вашингтон (Рейтерс) -  Новый вид вакцин, проникающих в тело без игл, а потом самоуничтожающихся, может стать новым способом защиты от болезней. Исследователям удалось генетически изменить сальмонеллу – вид бактерии, вызывающей кишечные заболевания – так, что в неё оказался встроенным фрагмент срептококка, а затем ввести модифицированных сальмонелл в виде капель через рот в организм мышей. Вакцина защитила мышей от стрептококковой инфекции, а сальмонелла-носитель самоуничтожилась.

«Нам удалось  разработать способ биологической  инкапсуляции вакцинирующего агента с  последующим самоуничтожением микроба  – капсулы» рассказывает Рой Кэртис, руководитель исследования, проведённого в Институте Биодизайна Аризонского университета. «Бактерия – капсула не только погибает и распадается на безвредные части, не размножаясь в организме хозяина, но несёт на себе антиген, работающий как вакцина".

В опыте Кэртиса и коллег использовался антигены микроба Streptococcus pneumonia, вызывающий бактериальное воспаление лёгких. Антигены разместили в теле сальмонеллы, бактерии, которая проникает в клетку, размножается там, и выходит наружу, «взорвав» поражённую клетку. Вакцина на основе сальмонеллы полностью защитила мышей от инфекции, доставив стрептококковый антиген в клетки. Затем сальмонеллы растворились, не успев причинить вред. Исследователи предполагают использовать метод не только против микробных заболеваний, но также и для профилактики вирусных и грибковых инфекций и паразитов. Способ может решить проблемы, связанные с живыми вакцинами. Живые вакцины высокоэффективны, но их основной компонент - ослабленный вирус или микроб - может попасть в окружающую среду, измениться, восстановить первоначальные свойства, и стать причиной опасной формы заболевания, как уже случилось, например, с прививочным вирусом полиомиелита. Кертису удалось найти способ ослабления живой сальмонеллы, исключающий её выживание вне лабораторных условий. Генная структура сальмонеллы была изменена так, что сальмонелла выживает только в присутствии сахара арабинозы, который не встречается в организме животных и человека. Кроме того, бактерии выращиваются в условиях, не позволяющих им сформировать клеточную стенку, поэтому они не могут размножаться и выживать. И, наконец, этот способ может быть модифицирован для инкапсуляции иных лекарственных веществ, для введения их в клетки при приёме препарата через рот.

Можно выделить также следующие  виды вакцин:

Иммунология и  вакцинация становится модной темой  на Западе. Ученые бьются над созданием  вакцин от синдрома иммунодефицита человека и синдрома хронической усталости, отита и лихорадки денге, ОРЗ  и гипертонии. Врачи мечтают о  введении иммуннопаспортов для каждого человека, в которых подробно пропишут, как организм их владельцев реагирует на лекарства и инфекции. Средства массовой информации активно повышают иммунологическую грамотность населения и знакомят с открытиями новых вакцин. Вот лишь некоторые изобретения, которые в скором будущем сильно облегчат нашу жизнь.

Вакцины на основе вирусов

Вирусы могут  не только досаждать человечеству, но и помогать. В структуру ослабленного вируса, бактерии, дрожжей или любой  другой клетки можно встроить взятый у возбудителя ген, отвечающий за образование антигена против него. И «облагороженный» вирус начнет «работать» вакциной. Например, вакцину  против бешенства для животных генетики научились делать на основе вируса оспы. Использоваться в качестве препаратов могут не только модифицированные микроорганизмы, но и очищенный антиген, который  получают, культивируя эти микроорганизмы в пробирке.

Стандартное решение

При определенных условиях синтетические белки (пептиды) могут обладать такими же свойствами, как и естественные антигены, выделенные из возбудителей инфекционных заболеваний. Синтетические пептидные вакцины  низкоаллергенны, безопасны (не способны вызвать заболевание) и, в отличие от живых вакцин, очень удобны для производителей. Дело в том, что любая партия такой вакцины будет обладать одними и теми же, строго выверенными характеристиками. В этом случае говорят о высокой степени стандартности препарата. Полученные в настоящее время вакцины являются экспериментальными.

ДНК-метод  разработки вакцин

Попытки воздействовать на геном человека ученые предпринимали  давно. В ходе этих экспериментов  была апробирована такая схема: гены микроорганизма, ответственные за синтез микробного белка, встраиваются в геном  человека. В результате клетки человека начнут производить этот чужеродный для них белок, а в ответ  иммунная система, естественно, будет  защищаться и вырабатывать антитела. Эти антитела и должны нейтрализовать возбудителя заболевания в случае его попадания в организм, на этом принципе и разрабатывается соответствующая вакцина.

Однако, несмотря на теоретическую перспективность  этих разработок, есть много неясных  моментов в отношении ДНК-вакцин. Например, при испытаниях на животных более 40 вакцин против бактериальных, грибковых, паразитарных и вирусных возбудителей вели себя прекрасно. Однако в опытах на людях-добровольцах до сих  пор удовлетворительного иммунного  ответа получено не было. Также совершенно непонятно, сколько времени потребуется  клеткам вакцинированного организма, чтобы выработать антигенный белок — не исключено, что это займет несколько месяцев — слишком долгий срок. Неизвестно также, насколько ДНК-вакцины безопасны. Ответы на эти вопросы еще предстоит получить.

Съедобные вакцины

Съедобные вакцины  — это революционное направление  в современной вакцинологии. Препараты разрабатываются на основе трансгенных растений, в геном которых был встроен соответствующий фрагмент генома патогенного микроорганизма. Многочисленные эксперименты показали, что способ иммунизации оральной (через рот) является самым безопасным и доступным. Ассортимент пищевых источников растительных вакцин не ограничен. Немалое значение имеет высокая экономичность растительных вакцин: согласно прогнозам многих специалистов, стоимость существующих и еще только разрабатываемых традиционных вакцин будет лишь возрастать.

Первая съедобная  вакцина была получена в 1992 году. Трансгенный табак заставили продуцировать «австралийский» антиген гепатита В. Его ввели мышам и получили мощный иммунный ответ — такой же, как и от традиционной вакцины. В 1998 году 10 из 11 добровольцев, получивших по 100 г сырого картофеля, продуцирующего антигены патогенной кишечной палочки, начали вырабатывать в слизистой оболочке кишечника антитела к этому возбудителю.

В настоящее  время на животных также испытывают вакцины против бешенства, выращенные на помидорах. Кстати, подобные «вакцинные продукты» нужно потреблять только в сыром виде. Поэтому ученые стараются выращивать вакцины на растениях, которые не требуют приготовления —например, на бананах.

Растительные  вакцины удобны, однако и в отношении  них существует немало опасений: можно  ли прогнозировать иммунный при их применении? Сохранится ли антиген в кислой среде желудка? Как долго вакцины будут «созревать», как будут переносить длительное хранение? И, наконец, сколько нужно съесть бананов или сырого картофеля, чтобы вакцина подействовала?

Вакцина «три в одном»

Одной из актуальных проблем современной вакцинологии является разработка комплексных вакцин, с помощью которых возможна иммунизация против нескольких инфекций сразу. Очень вероятно, что в недалеком будущем на практике будут использовать лишь две основные многокомпонентные вакцины, осуществляющие профилактику сразу против большого количества инфекций.