Вакцинопрофілактика

Нині питання профілактики вірусних інфекцій, у тому числі вакцинації, широко обговорюються на різних рівнях. Стандартні програми імунізації в багатьох країнах розраховані на дітей і дорослих, хоча більша увага приділяється імунізації дітей.

Історія створення вакцин. Історія перших спроб отримання вакцин сягає в далеке минуле. З давніх часів лікарі шукали засоби боротьби з чорною віспою - найстрашнішою хворобою в історії людства. Емпіричні спостереження показали, що людина, яка перехворіла на віспу, більше не хворіла на неї. Унаслідок таких спостережень виник метод варіоляції (variola - віспа), який поля­гав у активній імунізації здорових людей проти натуральної віспи шляхом уведення вмісту везикул хворих людей. Описано багато способів варіоляції. Наприклад, древні китайці в ІІ ст. до н. э. закладали віспяні струпи від хворих у ніс здоровим людям. Здорові люди хворіли на віспу в легкій формі, а потім отримували несприйнятливість до неї на все життя.

Основоположником вакцинопрофілактики інфекційних захво­рювань вважають англійського медика Едварда Дженера, який звернув увагу на те, що перенесена при випадкових ураженнях у вигляді легкої місцевої форми коров'яча віспа захищає людину від натуральної віспи. 14 травня 1796 р. Е. Дженер у присутності медичної комісії вніс восьмирічному хлопчику Джеймсу Фіппсу в надрізи на руці рідину, виділену з везикул на руці жінки, яка інфікувалась при доїнні хворої на віспу корови. Через кілька днів у місці надрізів на руці хлопчика утворились виразки, у хлопчика підвищилась температура, з'явився озноб. Через деякий час вира­зки підсохли й укрились кірками, які потім відпали, залишивши невеликі рубці на шкірі. Дитина повністю одужала. Через місяць потому Дженер інфікував дитину тим самим способом, але вже гноєм з нашкірних пухирців хворого на натуральну віспу. У результаті проведених маніпуляцій хлопчик не захворів. Таким чином було доведено, що людину можна інфікувати легшою формою подібної хвороби (віспи корів), а після одужання вона отримає надійний захист проти важчої форми цієї самої хвороби (натуральної віспи). Стан організму, який забезпечував несприй­нятливість організму до інфекційної хвороби, отримав назву імунітет (від лат. immunitas - несприйнятливість).

Запропонований Дженером метод, що згодом отримав назву вакцинація (від. лат. vaccus - корова), поступово завоював довіру й набув повсюдного застосування. Інша справа, що в 1796 р. Дженер ще не мав поняття про антигени, інфекції та їх збудників, тому й не міг теоретично обґрунтувати своє відкриття.

Майже через століття був запропонований науковий підхід до вакцинації. Його автором став видатний французький мікробіолог і хімік Луї Пастер. У результаті багаторазових пасажів збудника сказу на мозку кролів Л.

Значні успіхи у створенні вакцин були досягнуті завдяки розробці методу стабільної атенуації (ослаблення) мікроорга­нізмів. До найбільш значущих подій ХХ ст. у виготовленні вакцин варто віднести створення в 50-ті рр. препаратів проти вірусів поліомієліту I- III типів. Інактивована вакцина проти поліомієліту була запропонована лікарем Д. Солком у 1953, жива - вірусологом А. Себіном у 1956 р.

З початком бурхливого розвитку молекулярної біології й методів генетичної інженерії з'явився новий клас вакцин - генноінженерні. У них використовуються рекомбінантні білки або фрагменти патогенів, синтезовані в клітинах лабораторних штамів бактерій або дріжджів. У практику поки що увійшли лише три такі препарати, один з яких - проти вірусу гепатиту В.

Вакцини дозволили людству досягнути неймовірних резуль­татів у боротьбі з інфекціями. У світі повністю ліквідовано чорну віспу й практично повністю - поліомієліт. У сотні, а іноді навіть тисячі разів знижено захворюваність на кір, краснуху, епідемічний паротит.

Характеристика та вимоги до вакцин. Успіхи в боротьбі з натуральною віспою та поліомієлітом, досягнуті завдяки вакцинації, спонукали вчених до створення вакцин проти інших вірусних хвороб. Незважаючи на значний прогрес у розвитку біології та медицини, неможливо точно передбачити наслідки або сторонні ефекти застосування певної вакцини. Головною причиною цьому є недостатнє розуміння механізмів розвитку імунної відповіді. Відомо, що цитотоксичні Т-клітини та антитіла необхідні для розвитку ефек­тивної антивірусної відповіді, але тонкі механізми розвитку імуніте­ту проти певних вірусів досліджені лише в загальних рисах.

Вакцини - це препарати, призначені для створення активного імуні­тету в організмі щеплених людей чи тварин. Основним діючим ком­понентом кожної вакцини є імуноген, що несе на собі хімічні струк­тури, аналогічні компонентам збудника захворювання й відповіда­льні за вироблення імунітету. Принцип вакцинації полягає в індукції праймованого стану пацієнта, унаслідок чого при повторній зустрічі з даним патогеном відбувається швидкий розвиток вторинної імун­ної відповіді та елімінація патогену з організму (рис. 5.1).

Феномен імунологічної пам'яті використовується в усіх програ­мах вакцинації, коли формується популяція спеціалізованих лімфо­цитів із тривалим терміном життя або має місце персистенція анти­гену, який продовжує рестимулювати антигеноспецифічні лімфоцити. Імунна відповідь на антиген, яким може виступати вакцина, залежить від низки факторів (табл. 5.1).

Первинна відповідь: концентрація антитіл зростає повільно. Пік концентрації антитіл спостерігається через два тижні після вакцинації.

Вторинна відповідь: концентрація антитіл зростає швидко й більш інтенсивно. Високі титри антитіл зберігаються тривалий час.

Рис. 5.1. Розвиток первинної (при вакцинації) і вторинної (при інфікуванні) імунної відповіді на антиген

Сучасні вакцини створюються з урахуванням перелічених у таблиці властивостей. Формування імунної відповіді на вакцину імітує природній інфекційний процес і проходить такі етапи:

• захоплення макрофагами антигенів вакцини, розщеплення та представлення на клітинній поверхні епітопів антигенів у комплексі з молекулами ГКГС класів I та II;

• розпізнавання антигенів специфічними Т- і В-лімфоцитами;

• активація, диференціювання та проліферація Т-клітин: поява регуляторних, ефекторних (СД8 - цитотоксичні) і Т-клітин пам'яті;

• активація, диференціювання В-клітин і утворення антиті- лопродукувальних плазматичних клітин і В-лімфоцитів пам'яті;

• синтез специфічних антитіл.

Таблиця 5.1

Фактори, що впливають на розвиток імунної відповіді

Найкращими вважають вакцини, які володіють такими характеристиками:

• здатність викликати розвиток імунної відповіді (клітинної або гуморальної) на той чи інший патоген;

• здатність викликати розвиток тривалого імунітету;

• безпечність;

• стабільність;

• низька вартість.

Типи вакцин. Залежно від природи імуногену противірусні вакцини поділяють на:

Цільновіріонні, що складаються з вірусів, які зберігають у процесі виготовлення морфологічну цілісність. У свою чергу, серед цільновіріонних вакцин виділяють живі та інактивовані.

Субвіріонні вакцини містять інтегральні компоненти вірусів.

Генноінженерні вакцини містять продукти експресії окремих генів вірусу, напрацьовані в спеціальних клітинних системах.

Химерні, чи рекомбінантні векторні вакцини, у яких ген, що контролює синтез протективного білка, вбудований у нешкі­дливий мікроорганізм з розрахунку на те, що синтез цього білка відбуватиметься в організмі щепленого.

ДНК-вакцини - вакцини з плазмідних ДНК, які кодують протективні антигени збудників інфекційних захворювань.

Антиідіотипові вакцини отримуються з гомологічних або гетерологічних ідіотипів (структур, які характеризують індиві­дуальні антигенні властивості V-ділянки молекул антитіл і клітинних рецепторів).

Живі вакцини. Вакцини на основі живих атенуйованих пато- генів. Для створення цієї групи вакцин використовують патогени, вірулентність яких знижена штучним або природним шляхом. Отже, вакцини даного класу містять ослаблений вірус. Патоген, який вхо­дить до складу живої вакцини, здатен розмножуватися в організмі й викликати вакцинальний процес, формуючи несприйнятливість організму до даного вірусу. Утрата вірулентності в таких штамів закріплена генетично, однак у осіб з імунодефіцитами можуть вини­кнути серйозні ускладнення.

Живі вакцини одержують шляхом штучного атенування, а саме культивуванням штаму в культурі клітин за несприйнят­ливих умов (низька температура тощо), або шляхом селекції природних авірулентних штамів.

Аналізуючи властивості живих вакцин, варто зазначити їх позитивні й негативні риси. Головною перевагою живих вакцин є те, що вони, імітуючи природний шлях репродукування пато­гену, здатні активувати як гуморальну, так і клітинну ланки імунної системи. Доведено ефективність застосування живих вакцин у невеликих дозах (зазвичай однократних). У результаті вакцинації живими вакцинами в пацієнтів розвивається трива­лий імунітет. Слід зазначити, що виробництво живих вакцин є порівняно недорогим.

До негативних сторін, перш за все, слід віднести можливість реверсії атенуйованого патогену до дикого типу. Живі вакцині вважають реактогенними, оскільки вони можуть містити балас­тні компоненти. Особливу небезпеку становить можливість кон­тамінації живих вакцин іншими вірусами. Живі вакцини важко дозуються й піддаються біоконтролю. Водночас ці препарати чутливі до дії високих температур, і встановлення холодового ланцюга є обов'язковим для їх застосування. Застосування живих вакцин протипоказане для осіб з імунодефіцитними станами або пацієнтів, які отримують імуносупресивну терапію. Прикладом живих вакцин можуть служити вакцини для профі­лактики краснухи (Рудівакс), кору (Рувакс), поліомієліту (Полі- про Себин Веро), паротиту (Імовакс Орейон).

Гетерологічні вакцини. При створенні гетерологічних вакцин застосовують близькоспоріднені патогени з низьким рів­нем вірулентності. Гетерологічні віруси мають бути серологічно спорідненими з вірусом, проти якого створюється вакцина. Вакцинний штам реплікується в хазяїні та індукує розвиток перехресної імунної відповіді. Найвідомішим прикладом гетерологічних вакцин є вірус вісповакцини, який тривалий час застосовувався для профілактики віспи. Іншим прикладом є жива вакцина проти хвороби Марека у птиці (Нобіліс Марек ВГІ ліофілізована). До складу цієї вакцини входить вірус герпесу індиків, штам РВ-THV1.

Живі рекомбінантні вакцини. Нині, у зв'язку з розвитком методів молекулярної біології та генетичної інженерії, з'явилась можливість інтродукції генів, які кодують імуногенні білки одного організму в геном іншого (такого як, наприклад, вірус вісповакцини). Організм, який експресує чужорідний білок, нази­вається рекомбінантним. Після введення в організм рекомбінант- ного штаму патогену відбувається його реплікація та експресія чужорідного протеїну. Експресований чужорідний протеїн, у свою чергу, індукує розвиток специфічної імунної відповіді.

Інактивовані вакцини. Інактивовані вакцини містять убитий патоген. Для одержання цього типу вакцин як інактиванти широко використовують формалін, гідроксиламін, етанол, бета- пропіолактон, етиленамін і його олігомери, інші хімічні речовини, а також УФ- і гамма-опромінення, температуру. Усі реагенти, що використовуються для інактивації вірусів, повинні активно реагу­вати з компонентами нуклеїнових кислот, тобто бути сильними мутагенами. Тому надлишок інактиванта по закінченні реакції має бути цілком вилучений чи переведений у неактивну форму.

Інактивовані вакцини неінфекційні й саме тому вважаються порівняно безпечними. Зазвичай такі вакцини не потребують спеціальних умов зберігання, що значно полегшує роботу з ними. Однак інактивовані вакцини мають низку недоліків, зокрема нижчий рівень імуногенності порівняно з живими. До того ж вони стимулюють слабшу імунну відповідь і вима­гають застосування кількох доз (бустерні імунізації). Для роз­витку ефективної імунної відповіді потрібно застосовувати вищі дози імуногену й ревакцинацію. Інактивовані вакцини дорожчі в отриманні. У табл. 5.2. наведено порівняльну хара­ктеристику живих та інактивованих вакцин.

Таким чином, інактивовані вакцини більш стабільні, менш реактогенні, на їх основі можна конструювати багатокомпонен­тні вакцини, проте вони поступаються живим вакцинам за іму- ногенністю. Для підвищення імуногенності інактивованих вак­цин застосовують спеціальні ад'юванти. Ці сполуки входять до складу інактивованих вакцин. Основна властивість більшості ад'ювантів - їх здатність депонувати антиген, тобто адсорбувати його на своїй поверхні та тривалий час зберігати в організмі, що збільшує тривалість впливу на імунну систему. Найсильніші ад'юванти містять інактивовані або атенуйовані мікроорганізми чи їх компоненти. Механізм дії таких ад'ювантів полягає в сти­муляції антигенпрезентуючих клітин до секреції цитокінів, які, у свою чергу, активізують антигеноспецифічні Т- та В-клітини.

Таблиця 5.2

Порівняльна характеристика живих та інактивованих вакцин

Для спрямованої доставки антигену в лімфоїдні тканини застосо­вують ліпосоми, що дозволяють точно дозувати антиген і уникати впливу компонентів вакцини на інші структури організму.

Першими сполуками, які застосовували як ад'юванти, стали алюмінієві квасці. Ці сполуки вважають нетоксичними, тому вони можуть бути використані для створення вакцин проти вірусів людини. Алюмінієві квасці забезпечують розвиток ефек­тивної гуморальної відповіді. На розвиток клітинного імунітету вони практично не впливають. Як ад'юванти на практиці також застосовують ліпосоми, імуностимулюючі комплекси, повний і неповний ад'ювант Фрейда, мураміл-дипептид і цитокіни (IL-2, IL-12). До складу неповного ад'юванта Фрейда входять ланолін і вазелінове масло. Повний ад'ювант Фрейда містить ланолін, вазелінове масло та інактивовані мікобактерії. Його сумісне з антигеном застосування підвищує рівень імунної відповіді в десятки разів. Проте цей ад'ювант має низку побічних ефектів, у зв'язку з чим не застосовується для вакцинації людей. Відомо, що імуностимулюючий ефект ад'юванта Фрейда повністю відтворюється за допомогою пептидогліканового шару клітинної стінки бактерій. У даному випадку активним компонентом пептидоглікану є мураміл-дипептид. Останній також застосову­ють для підвищення рівня імунної відповіді при імунізації.

Генноінженерні та біосинтетичні вакцини. Генноінженерні вакцини отримують шляхом уведення частини генетичного матеріалу вірусу в клітини для подальшого напрацювання цільових білків. Прикладом таких препаратів є субодинична вакцина проти вірусу гепатиту B, яку отримують шляхом транс­формації клітин дріжджів (рис. 5.2). У результаті експресії

вірусного гена відбувається напрацювання антигену, який далі очищується та зв'язується з ад'ювантом. Таким чином отриму­ється ефективна й безпечна вакцина. Тим самим шляхом напра­цьовується вакцина проти ротавірусної інфекції. Важливою перевагою біосинтетичних вакцин порівняно з традиційними є те, що вони не містять бактерій і вірусів, продуктів їхньої жит­тєдіяльності й викликають імунну відповідь вузької специфіч­ності. Крім того, виключаються труднощі, пов'язані з культиву­ванням і збереженням вірусів, а також можливістю реплікації в організмі пацієнта, як у випадку використання живих вакцин.

Рис. 5.2. Отримання генноінженерної вакцини проти вірусу гепатиту В

При створенні даного типу вакцин до носія можна приєднувати кілька різних пептидів. Разом з тим, синтетичні вакцини менш ефек­тивні, у порівнянні з традиційними, тому що багато ділянок вірусів виявляють варіабельність у плані іммуногенности. Однак, викорис­тання одного чи двох імуногенних білків замість цілого збудника забезпечує формування імунітету при значному зниженні реакто- генности вакцини і її побічної дії.

Субодиничні (молекулярні) вакцини. Відомі три методи створення субодиничних вакцин. Перший метод полягає в накопиченні великої кількості вірусу, його очищенні, розщеп­ленні й виділенні імуногенних субодиниць (спліт-вакцини). Другий метод - біоорганічний синтез специфічного імуногену, що вимагає знання структури та амінокислотного складу анти­генних детермінант. Детермінантні ділянки, які містять обмежену кількість амінокислот, можуть бути синтезовані хімічно та з'єднані з білком-носієм, таким як бичачий сироватковий альбу­мін. На жаль, синтез пептидів - це складний технологічний процес. Синтетичні вакцини мають низку переваг перед класич­ними й генноінженерними. Виробництво їх безпечне через відсутність живого вірусу, не потрібно виконувати очищення, препарати добре зберігаються. Створення синтетичних вакцин можливе за умови повної розшифровки антигенних детермінант на поверхні вірусу. Наприклад, імуногенність вірусу ящуру залежить від його білка VP3, причому від відповідних його ділянок. Якщо встановлені епітопи поліпептиду, відповідальні за індукцію імунітету, то ці пептиди синтезують з окремих амінокислот. Для підвищення імуногенності отриманих пепти­дів їх з'єднують із неспецифічними імуномодуляторами - сиро­ватковим альбуміном, правцевим токсоїдом і деякими іншими. Причому один носій можна піддавати кон'югації з пептидами кількох збудників. Як ад'юванти використовують гідроокис алюмінію, ад'ювант Фрейда, ліпосоми. Уже отримані синтетичні пептиди, які індукують антитіла проти вірусу ящуру, поліоміє­літу, гепатиту А, грипу, простого герпесу, сказу. Третій метод одержання субодиничних вакцин (генноінженерний) був описа­ний вище. Субодиничні вакцини мають значні переваги порів­няно з традиційними препаратами: вони безпечні, тому що не містять вірусу, здатного викликати інфекцію, вільні від шкідли­вих домішок, стабільні й не вимагають установлення холодового ланцюга. Однак на сьогодні головним недоліком субодиничних синтетичних вакцин є їх слабкі імуногенні властивості. Для подолання цього недоліку ведеться пошук нових ад'ювантів та імуностимуляторів (імуномодуляторів), а також конструювання противірусних вакцин у вигляді віросом.

ДНК-вакцини. Ідея ДНК-вакцин полягає у вбудовуванні генів патогену, які кодують певні білки, у геном людини. При цьому клітини людини починають продукувати чужорідний протеїн, а імунна система - виробляти антитіла до нього (рис. 5.3). Доставка вакцини в ядра клітин може здійснюватись різними шляхами: "пострілом" безголковим ін'єктором плазмід- ної ДНК у шкіру чи м'яз або за допомогою ліпосом, які активно поглинаються клітинами.

У дослідах на тваринах показано, що таким шляхом можна виробити не тільки гуморальний, а й клітинний імунітет, який, як вважали раніше, досягався лише за допомогою живих вакцин.

При створенні ДНК-вакцин слід ураховувати таке:

• можливість злоякісного переродження клітин;

• продукування антигенів у організмі може відбуватись тривалий час, що може призвести до розвитку різних форм імуносупресії та інших патологій з боку імунної системи;

• можливість розвитку аутоімунних реакцій.

Рис. 5.3. Схема отримання противірусних ДНК-вакцин

Менше запитань викликає використання живих векторів - непатогенних вірусів (вісповакцини, аденовірусів), які проду­кують вакцинні антигени. Нині створено близько 60 таких вакцин, деякі з них проходять випробування.

Атиідіотипові вакцини. Ідіотипом називають структуру, яка характеризує індивідуальні антигенні властивості молекули антитіла та клітинних рецепторів. Антиідіотипові антитіла є дзеркальним відображенням антигену й тому здатні викликати утворення антитіл, які реагують з антигеном (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Схема отримання антиідіотипових вакцин

Експериментальні вакцини на основі ідіотипів отримані проти багатьох збудників інфекційних хвороб вірусної природи. Уведен­ня таких вакцин стимулює утворення як гуморального, так і клітинного імунітету. Ц1 вакцини безпечні, оскільки ідіотипи є природними ендогенними регуляторами імунної відповіді. Вироб­ництво таких вакцин зручне в тих випадках, коли важко отримати достатню кількість антигену або він слабко імуногенний. Слід зауважити, що на даний час надія, яку покладали на антиідіотипові вакцини, не виправдались, оскільки не вдається досягнути відпові­дного рівня антитіл і напруженості імунітету.

Вірусні хвороби, які контролюються вакцинами. Уведення вакцин у клінічну практику вважається чи не найбільшим досягненням в історії боротьби з інфекційними хворобами. Першою вірусною хворобою, яку було ліквідовано завдяки програмі вакцинації, стала натуральна віспа. Перелік противі­русних вакцин, які зареєстровані в Україні, наведений у табл. 5.3. Для деяких вірусів (грип, гепатит А тощо) наведено неповний перелік доступних препаратів. Наприклад, загалом проти грипу залежно від сезону може бути зареєстровано бли­зько семи препаратів.

Таблиця 5.3

Противірусні вакцини, зареєстровані в Україні (станом на 2012)

*ФДУП - Підприємство з виробництва бактеріальних і вірус­них препаратів Інституту поліомієліту і вірусних енцефалітів ім. М. П. Чумакова РАМН.

Як видно з таблиці, в Україні зареєстровані вакцини для профілактики багатьох вірусних інфекцій, а саме сказу, грипу, гепатитів А та В, вітряної віспи, кору, краснухи, кліщового енцефаліту, паротиту, поліомієліту, папіломавірусної, ротавіру- сної інфекції та жовтої лихоманки. Окрім перерахованих, розро­блена та успішно застосовується інактивована вакцина проти японського енцефаліту, яка в Україні не зареєстрована.

Учені та медики працюють також над створенням вакцин проти цитомегаловірусу, вірусів Епштейна - Барр, гепатиту С, імунодефіциту людину, лихоманки денге. Деякі із зазначених вакцин проходять клінічне тестування.

Асоційовані вакцини. Організм здатен формувати повноцінну імунну відповідь при одночасному введенні кількох антигенів. Цей факт став основою для створення асоційованих (комплекс­них) вакцин, які забезпечують захист від кількох інфекцій. Такі вакцини називають також полівакцинами. У табл. 5.4 наведені основні комбіновані вакцини, зареєстровані в Україні.

Принципи конструювання асоційованих вакцин зводяться до визначення сумісності різних антигенів у єдиному препараті, співвідношення доз антигенів і реактогенності полівалентної вакцини. Асоційовані вакцини можуть містити як бактеріальні компоненти, так і компоненти вірусного походження. Можли­вою є також комбінована імунізація, тобто одночасне роздільне введення в організм кількох несумісних в одному препараті моновакцин. Застосування асоційованих вакцин значно спростило схеми вакцинації та практичну реалізацію календаря щеплення при проведенні масової імунопрофілактики.

Таблиця 5.4

Комплексні (асоційовані) вакцини, до складу яких входять вірусні компоненти

5.2.