Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie technologii szczepionek
W tym krótkim przeglądzie omówiono niektóre ostatnie postępy w technologiach szczepionek, ze szczególnym uwzględnieniem ich zastosowania w medycynie weterynaryjnej. Podkreślono niektóre z kluczowych inaktywowanych/zabitych podejść do szczepień. W tym naturalne szczepionki dzielone i podjednostkowe, rekombinowane szczepionki podjednostkowe i białkowe oraz szczepionki peptydowe. Obejmuje również żywe/atenuowane strategie szczepień. W tym zmodyfikowane żywe szczepionki markerowe/odróżniające zakażone zwierzęta od szczepionych, żywe szczepionki wektorowe i szczepionki zawierające kwasy nukleinowe.
Szczepionki żywe a inaktywowane
Większość dostępnych obecnie szczepionek opiera się na technologiach inaktywowanych (zabitych) lub żywych atenuowanych (osłabionych). Takie podejścia były z powodzeniem stosowane w leczeniu wielu ważnych chorób weterynaryjnych i ludzkich. Obie techniki mają jednak swoje ograniczenia i związane z nimi potencjalne problemy.
Szczepionki inaktywowane muszą być całkowicie nieszkodliwe i niezakaźne. Problemy z wybuchami epidemii w terenie w przeszłości czasami przypisuje się niekompletnej inaktywacji. Takie problemy nie powinny i nie występowałyby, gdyby w procesie produkcji stosowano bardziej niezawodne środki inaktywujące, procedury inaktywacji i testy nieszkodliwości. Ponadto, ponieważ produkcja takich szczepionek wiąże się z hodowlą dużych ilości czynnika zakaźnego. Istnieje potencjalne zagrożenie dla zaangażowanego personelu i środowiska. Szczepionki wyhodowane w jajach, hodowli tkankowej lub po prostu pożywce hodowlanej mogą zawierać niepożądane „obce” białka. Które mogą wpływać na immunogenność lub być potencjalnie alergenne/reaktogenne. Wreszcie, inaktywowane szczepionki mają pewne ograniczenia dotyczące sposobu ich prezentacji, a w konsekwencji charakteru odpowiedzi immunologicznej, którą mogą wywołać. Odpowiedź na szczepienie może być ograniczona i krótkotrwała, a adiuwanty lub immunostymulanty są wymagane w celu zwiększenia ich ogólnej immunogenności/skuteczności.
Szczepionki atenuowane precyzyjnie kontroluje się i charakteryzuje się w celu zapewnienia wymaganego poziomu odporności ochronnej bez wywoływania znaczących objawów chorobowych u zwierzęcia-gospodarza. Istnieje również niskie ryzyko, że atenuowany antygen może powrócić do pełnej zjadliwości. W związku z czym należy przeprowadzić staranne badania bezpieczeństwa dotyczące powrotu do zjadliwości. Ponadto, podczas hodowli antygenu szczepionkowego możliwe jest wprowadzenie innych czynników zakaźnych. Które mogą prowadzić do niepożądanych skutków ubocznych, gdy szczepionkę stosuje się w terenie.
Strategie zabitych szczepionek
Naturalne szczepionki dzielone i podjednostkowe
Po zidentyfikowaniu odpowiednich antygenów podjednostkowych, białkowych lub peptydowych jako kandydatów na szczepionki, naturalne szczepionki dzielone i podjednostkowe muszą zostać dostarczone zwierzętom docelowym w celu wywołania pożądanej ochronnej odpowiedzi immunologicznej. Najprostszą i najbardziej podstawową formą szczepionki podjednostkowej jest taka, w której czynnik zakaźny został po prostu zdemontowany lub rozbity na części składowe. Niektóre obecne szczepionki przeciw grypie, znane jako szczepionki z rozszczepionym produktem, składają się z inaktywowanego formaliną wirusa. Który został poddany obróbce w celu lizy otoczki wirusowej i uwolnienia zarówno zewnętrznych białek otoczki, jak i wewnętrznych białek jądrowych i macierzy.
Kolejnym udoskonaleniem było wykorzystanie oczyszczonych glikoprotein otoczki – hemaglutyniny i neuraminidazy. W szczepionce podjednostkowej w celu zmniejszenia ryzyka wystąpienia toksycznych skutków ubocznych. Niestety, szczepionki z rozszczepionym produktem i szczepionki podjednostkowe przeciwko grypie mają tendencję do zmniejszonej immunogenności w porównaniu z produktami zawierającymi cały wirus. Próby poprawy tej sytuacji koncentrowały się na modyfikacji prezentacji antygenu poprzez dostarczanie glikoprotein wirusowych w pęcherzykach lipidowych. Które mogą składać się z lipidów pochodzących z wirusa (wirosomy) lub dodanych niewirusowych lipidów (liposomy). W ten sposób można stworzyć sztuczne „puste” wirusy, które mogą wykazywać lepszą immunogenność. Preparaty polimeryczne izolowanych białek w postaci miceli są również bardziej immunogenne niż monomer białka.
Rekombinowane podjednostki i szczepionki białkowe
Szczepionki wytwarzane przy użyciu nadekspresji białek odzyskanych z genetycznie zmodyfikowanych bakterii E. coli stanowią ogniwo łączące naturalne szczepionki podjednostkowe z tymi otrzymywanymi przy użyciu technologii rekombinacji DNA. Chociaż szczepionki podjednostkowe wytwarzane z naturalnego czynnika zakaźnego nadal odgrywają ważną rolę, koszt produkcji i oczyszczania immunogenu może być zaporowy. Rzeczywiście, po zidentyfikowaniu białek immunogennych, celem wielu badaczy staje się wyprodukowanie dużych ilości tych białek w wystarczająco czystej postaci. Aby wytworzyć bezpieczne i skuteczne szczepionki. Pojawienie się technologii rekombinacji DNA oznaczało, że obce geny mogą być wprowadzane do wektorów ekspresyjnych, a następnie wprowadzane do komórek. Które działają jako „fabryki produkcyjne” dla obcych białek kodowanych przez te geny. W wielu przypadkach zapewnia to stosunkowo niewyczerpane i tanie źródło białka z czynnika zakaźnego do badań nad szczepionkami.
Szczepionki peptydowe
Identyfikując i sekwencjonując ważne miejsca immunogenne na czynnikach zakaźnych. W wielu przypadkach można je naśladować za pomocą krótkich łańcuchów aminokwasów (peptydów). Pierwsze wskazanie, że takie peptydy mają potencjał szczepionkowy, wykazano w 1963 r. przy użyciu wirusa roślinnego, wirusa mozaiki tytoniu. W badaniu tym chemicznie wyizolowany fragment heksapeptydu z białka płaszcza wirusa został połączony z albuminą surowicy bydlęcej i wykorzystany do wywołania przeciwciał króliczych. Które neutralizowałyby zakaźnego wirusa.
Dwa lata później do potwierdzenia tej obserwacji wykorzystano syntetyczną formę tego samego peptydu. Jednak minęło ponad 10 lat, zanim pojawił się kolejny przykład peptydu. Który wywołał przeciwciało przeciwwirusowe, po pracy Sela i współpracowników nad wirusem infekującym bakterie, bakteriofagiem MS2. Pojawienie się bardziej dostępnych technik sekwencjonowania białek w 1977 r., w połączeniu z możliwością łatwej syntezy peptydów opracowanych przez Merrifielda w 1963 r., doprowadziło do gwałtownego wzrostu eksperymentalnych badań nad szczepionkami peptydowymi w latach 80-tych. Pierwszy dowód na to, że peptydy mogą wywoływać odporność ochronną in vivo oprócz aktywności neutralizującej in vitro, uzyskano w 1982 r. przy użyciu wirusa zwierzęcego, wirusa pryszczycy (FMDV).
Szczegółowe badania zarówno enzymatycznie, jak i chemicznie odciętych fragmentów białka wirusowego 1 (VP1) z wirusa FMDV serotyp 0 zidentyfikowały 2 regiony między aminokwasami 138 do 154 i 200 do 213. Które znajdowały się na powierzchni wirusa, a fragmenty zawierające te regiony były w stanie indukować przeciwciała neutralizujące przeciwko homologicznemu wirusowi. Badania z użyciem chemicznie zsyntetyzowanych peptydów odpowiadających kilku regionom VP1 doprowadziły do identyfikacji podobnych miejsc na cząsteczce (141-160 i 200-213). Które po połączeniu z nośnikiem białkowym, hemocyjaniną keyhole limpet (KLH), i zaszczepieniu świnkom morskim wytworzyłyby przeciwciała neutralizujące. Które mogłyby chronić przed infekcją eksperymentalną.
Strategie żywych szczepionek
Zmodyfikowane żywe szczepionki markerowe/odróżniające zwierzęta zakażone od szczepionych
Szczepionki oparte na nowych technologiach mogą być również wykorzystywane jako cenne narzędzie w programach kontroli i zwalczania chorób. Umożliwiając użytkownikowi odróżnienie zwierząt zakażonych od zaszczepionych. Te szczepionki markerowe lub DIVA mogą być rekombinowanymi mutantami delecyjnymi patogenów typu dzikiego lub szczepionkami podjednostkowymi/peptydowymi. Będą one wymagały towarzyszącego testu diagnostycznego do badań przesiewowych i mogą umożliwić łatwiejsze stosowanie szczepionek w sytuacjach nieendemicznych. Wczesne przykłady takich racjonalnie atenuowanych mutantów delecyjnych glikoprotein zostały wykorzystane do zwalczania rzekomej wścieklizny i CSF u świń. Także zakaźnego zapalenia nosa i tchawicy u bydła.
Żywe szczepionki wektorowe
Żywe szczepionki atenuowane mają kilka wyraźnych zalet w porównaniu z konwencjonalnymi szczepionkami inaktywowanymi i podjednostkowymi. Replikując się w gospodarzu, dokładniej naśladują naturalną infekcję i często są łatwe do podania. Zapewniają długotrwałą odporność i stymulują bardziej „kompleksową” odpowiedź immunologiczną. W tym przeciwciała humoralne, przeciwciała wydzielnicze i cytotoksyczne limfocyty T. Z tych powodów naukowcy badali sposoby dostarczania szczepionek podjednostkowych lub peptydowych przy użyciu żywych wektorów.
Szczepionki na bazie kwasów nukleinowych
Stosunkowo nową technologią szczepionek, która plasuje się pomiędzy szczepionkami żywymi i zabitymi, są szczepionki na bazie kwasów nukleinowych. Szczepionki te oparte są na DNA sklonowanym do plazmidu dostarczającego lub na bezpośrednim wstrzyknięciu informacyjnego RNA. Można je produkować w opłacalny sposób, a endogenna synteza białek naśladuje naturalną infekcję. W ten sposób antygeny są prezentowane w swojej natywnej formie i wywołują zarówno odpowiedź komórek T MHC klasy I i klasy II. Jak również i odpowiedź przeciwciał. Ponadto nie ma ryzyka zakażenia, a szczepionki te mogą być stosowane w celu ominięcia odporności biernej.Pierwsze licencjonowane zastosowania tej technologii dotyczyły zwalczania zakaźnej choroby u kanadyjskiego łososia atlantyckiego47 orazzwalczania wirusa Zachodniego Nilu u koni. Szczepionki DNA zostały również licencjonowane w Europie na choroby trzustki łososia.
Podsumowanie
W dziedzinie szczepień weterynaryjnych w ciągu ostatnich 25 lat dokonano wielu znaczących postępów technologicznych. Wprowadzając kilka szczepionek opartych na nowej technologii rekombinacji DNA. Takie szczepionki mają na celu zaoferowanie hodowcom, właścicielom i lekarzom bezpieczniejszych i skuteczniejszych alternatyw dla istniejących technologii szczepionek. Ponadto ich dodatkową zaletą może być łatwość podawania i lepsza stabilność. Rzeczywiście, wiele nowych technologii szczepionek często znajduje swoje pierwsze komercyjne zastosowanie w medycynie weterynaryjnej. A przy obecnym zainteresowaniu podejściem One Health do ludzi, zwierząt i środowiska. Szczepionki weterynaryjne mają do odegrania ważną rolę w rozwoju nowych podejść.
Należy jeszcze wiele zrozumieć na temat charakteru odpowiedzi wymaganej do wywołania pełnej odporności ochronnej na kilka chorób. Wiedza ta powinna umożliwić rozwój i konstrukcję nowych generacji szczepionek o bardziej zdefiniowanych właściwościach. Jest już oczywiste, że medycyna weterynaryjna odegra kluczową rolę w takim rozwoju i jasne jest, że ten bardzo aktywny obszar badawczy oferuje ogromny potencjał dla rozwoju dalszych technologii szczepionek w przyszłości.