Czym są szczepionki i na czym polegają?

W celu swoistej profilaktyki chorób zakaźnych stosuje się szczepionki, które pozwalają na wytworzenie czynnej odporności jeszcze przed naturalnym kontaktem z patogenem.

Szczepionki przeznaczone do zapobiegania jednemu zakażeniu nazywane są monowakcynami, przeciw dwóm - diwakcynami, przeciw trzem - travowakcynami, przeciw kilku - poliwakcynami. Szczepionki skojarzone to takie, które zawierają mieszaninę antygenów różnych mikroorganizmów i anatoksyn. Szczepionki poliwalentne to takie, które zawierają kilka odmian typów serologicznych patogenów jednego zakażenia (leptospiroza, kolibakterioza, salmonelloza, pseudomonoza norek, choroba Mareka itp.).

W immunoprofilaktyce chorób zakaźnych stosuje się różne rodzaje szczepionek.

Żywe szczepionki

Są to zawiesiny szczepów szczepionkowych mikroorganizmów (bakterii, wirusów, riketsj) hodowanych na różnych podłożach odżywczych. Zazwyczaj do szczepień stosuje się szczepy mikroorganizmów o osłabionej wirulencji lub pozbawione właściwości wirulencji, ale w pełni zachowujące właściwości immunogenne. Szczepionki te są produkowane na bazie patogenów apatogennych, atenuowanych (osłabionych) w warunkach sztucznych lub naturalnych. Atenuowane szczepy wirusów i bakterii uzyskuje się poprzez inaktywację genu odpowiedzialnego za powstawanie czynnika wirulencji lub poprzez mutacje w genach, które niespecyficznie zmniejszają tę wirulencję.

W ostatnich latach technologia rekombinacji DNA została wykorzystana do produkcji atenuowanych szczepów niektórych wirusów. Duże wirusy DNA, takie jak wirus ospy, mogą służyć jako wektory do klonowania obcych genów. Takie wirusy zachowują swoją zakaźność, a komórki, które zarażają, zaczynają wydzielać białka kodowane przez transfekowane geny.

Ze względu na genetycznie utrwaloną utratę właściwości patogennych i utratę zdolności do wywoływania choroby zakaźnej, szczepy szczepionkowe zachowują zdolność do namnażania się w miejscu wstrzyknięcia, a później w regionalnych węzłach chłonnych i narządach wewnętrznych. Zakażenie szczepionkowe trwa kilka tygodni, nie towarzyszy mu wyraźny obraz kliniczny choroby i prowadzi do wytworzenia odporności na szczepy patogenne drobnoustrojów.

Żywe atenuowane szczepionki są uzyskiwane z atenuowanych mikroorganizmów. Atenuowanie mikroorganizmów jest również osiągane poprzez hodowlę kultur w niekorzystnych warunkach. Wiele szczepionek jest produkowanych w formie suchej w celu wydłużenia okresu przydatności do spożycia.

Żywe szczepionki mają znaczące zalety w porównaniu ze szczepionkami zabitymi, ponieważ całkowicie zachowują zestaw antygenów patogenu i zapewniają dłuższy stan odporności. Jednak biorąc pod uwagę fakt, że substancją czynną żywych szczepionek są żywe mikroorganizmy, konieczne jest ścisłe przestrzeganie wymagań, które zapewniają zachowanie żywotności mikroorganizmów i specyficznej aktywności szczepionek.

Żywe szczepionki nie zawierają konserwantów, dlatego podczas pracy z nimi należy ściśle przestrzegać zasad aseptyki i antyseptyki.

Żywe szczepionki mają długi okres przydatności (1 rok lub dłużej) i są przechowywane w temperaturze 2-10°C.

Na 5–6 dni przed podaniem szczepionek żywych oraz 15–20 dni po szczepieniu nie należy stosować antybiotyków, sulfonamidów, leków nitrofuranowch i immunoglobulin, ponieważ obniżają one intensywność i czas trwania odporności.

Szczepionki wytwarzają czynną odporność w ciągu 7–21 dni, która utrzymuje się średnio do 12 miesięcy.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Zabite (inaktywowane) szczepionki

Do inaktywacji mikroorganizmów stosuje się ogrzewanie, formalinę, aceton, fenol, promienie ultrafioletowe, ultradźwięki i alkohol. Takie szczepionki nie są niebezpieczne, są mniej skuteczne niż żywe, ale podawane wielokrotnie tworzą dość stabilną odporność.

Przy produkcji szczepionek inaktywowanych konieczna jest ścisła kontrola procesu inaktywacji, a jednocześnie zachowanie zestawu antygenów w zabitej hodowli.

Zabite szczepionki nie zawierają żywych mikroorganizmów. Wysoka skuteczność zabitej szczepionki wynika z zachowania zestawu antygenów w inaktywowanych kulturach mikroorganizmów, które zapewniają odpowiedź immunologiczną.

Dla wysokiej skuteczności szczepionek inaktywowanych niezwykle ważny jest dobór szczepów produkcyjnych. Do produkcji szczepionek poliwalentnych najlepiej jest stosować szczepy mikroorganizmów o szerokim spektrum antygenów, biorąc pod uwagę powinowactwo immunologiczne różnych grup serologicznych i wariantów mikroorganizmów.

Spektrum patogenów wykorzystywanych do przygotowywania szczepionek inaktywowanych jest bardzo zróżnicowane, jednak najczęściej stosuje się patogeny bakteryjne (szczepionka przeciwko nekrobakteriozie) i wirusowe (szczepionka przeciwko wściekliźnie, inaktywowana, sucha hodowla przeciwko szczepowi Szczyolkowo-51).

Szczepionki inaktywowane należy przechowywać w temperaturze 2–8 °C.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Szczepionki chemiczne

Składają się z kompleksów antygenowych komórek drobnoustrojów połączonych z adiuwantami. Adjuwanty są stosowane w celu powiększenia cząstek antygenu i zwiększenia aktywności immunogennej szczepionek. Adjuwanty obejmują wodorotlenek glinu, ałun, oleje organiczne lub mineralne.

Emulgowany lub adsorbowany antygen staje się bardziej skoncentrowany. Po wprowadzeniu do organizmu jest on odkładany i wnika do narządów i tkanek z miejsca wstrzyknięcia w małych dawkach. Powolna resorpcja antygenu przedłuża działanie immunologiczne szczepionki i znacznie zmniejsza jej toksyczne i alergiczne właściwości.

Do szczepionek chemicznych zalicza się szczepionki depozytowe przeciwko różycy świń i paciorkowcom świń (serogrupy C i R).

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Powiązane szczepionki

Składają się z mieszanki kultur mikroorganizmów wywołujących różne choroby zakaźne, które nie tłumią wzajemnie swoich właściwości odpornościowych. Po wprowadzeniu takich szczepionek w organizmie jednocześnie tworzy się odporność na kilka chorób.

[ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

Anatoksyny

Są to preparaty zawierające toksyny, które są pozbawione właściwości toksycznych, ale zachowują antygenowość. Są stosowane w celu wywołania reakcji immunologicznych mających na celu neutralizację toksyn.

Anatoksyny są produkowane z egzotoksyn różnych typów mikroorganizmów. W tym celu toksyny są neutralizowane formaliną i przechowywane w termostacie w temperaturze 38-40 °C przez kilka dni. Anatoksyny są zasadniczo analogami inaktywowanych szczepionek. Są oczyszczane z substancji balastowych, adsorbowane i zagęszczane w wodorotlenku glinu. Adsorbenty są wprowadzane do anatoksyny w celu wzmocnienia właściwości adiuwantowych.

Anatoksyny tworzą odporność antytoksyczną, która trwa długo.

[ 23 ], [ 24 ], [ 25 ], [ 26 ], [ 27 ], [ 28 ], [ 29 ], [ 30 ]

Szczepionki rekombinowane

Stosując metody inżynierii genetycznej, możliwe jest tworzenie sztucznych struktur genetycznych w postaci rekombinowanych (hybrydowych) cząsteczek DNA. Rekombinowana cząsteczka DNA z nową informacją genetyczną jest wprowadzana do komórki biorcy za pomocą nośników informacji genetycznej ( wirusów, plazmidów), które są nazywane wektorami.

Produkcja szczepionek rekombinowanych obejmuje kilka etapów:

• klonowanie genów zapewniających syntezę niezbędnych antygenów;
• wprowadzenie sklonowanych genów do wektora (wirusa, plazmidu);
• wprowadzenie wektorów do komórek producenckich (wirusów, bakterii, grzybów);
• hodowla komórkowa in vitro;
• izolacja antygenu i jego oczyszczenie lub wykorzystanie komórek produkujących jako szczepionek.

Gotowy produkt musi zostać przebadany w porównaniu z naturalnym lekiem referencyjnym lub z jedną z pierwszych serii leków opracowanych metodami inżynierii genetycznej, która pomyślnie przeszła badania przedkliniczne i kliniczne.

BG Orlyankin (1998) informuje, że powstał nowy kierunek rozwoju genetycznie modyfikowanych szczepionek, oparty na wprowadzaniu bezpośrednio do organizmu plazmidowego DNA (wektora) ze zintegrowanym genem ochronnego białka. W nim plazmidowe DNA nie rozmnaża się, nie integruje się z chromosomami i nie powoduje reakcji tworzenia przeciwciał. Plazmidowe DNA ze zintegrowanym genomem ochronnego białka wywołuje pełnoprawną komórkową i humoralną odpowiedź immunologiczną.

Różne szczepionki DNA można skonstruować na podstawie jednego wektora plazmidowego, zmieniając jedynie gen kodujący białko ochronne. Szczepionki DNA mają bezpieczeństwo szczepionek inaktywowanych i skuteczność żywych. Obecnie skonstruowano ponad 20 szczepionek rekombinowanych przeciwko różnym chorobom ludzkim: szczepionkę przeciwko wściekliźnie, chorobie Aujeszky'ego, zakaźnemu zapaleniu nosa i tchawicy, biegunce wirusowej, zakażeniu syncytialnemu dróg oddechowych, grypie typu A, zapaleniu wątroby typu B i C, zapaleniu opon mózgowych i naczyniówek limfocytarnych, ludzkiej białaczce komórek T, zakażeniu ludzkim wirusem opryszczki itp.

Szczepionki DNA mają szereg zalet w porównaniu z innymi szczepionkami.

1. Opracowując takie szczepionki, można szybko uzyskać rekombinowaną plazmidę zawierającą gen kodujący niezbędne białko patogenu, w przeciwieństwie do długotrwałego i kosztownego procesu uzyskiwania atenuowanych szczepów patogenu lub zwierząt transgenicznych.
2. Wydajność technologiczna i niski koszt hodowli uzyskanych plazmidów w komórkach E. coli i ich dalszego oczyszczania.
3. Białko wyrażane w komórkach zaszczepionego organizmu ma konformację możliwie najbardziej zbliżoną do konformacji natywnej i charakteryzuje się wysoką aktywnością antygenową, co nie zawsze jest osiągane w przypadku stosowania szczepionek podjednostkowych.
4. Eliminacja plazmidu wektorowego z organizmu osoby zaszczepionej następuje w krótkim czasie.
5. Dzięki szczepieniom DNA przeciwko szczególnie niebezpiecznym infekcjom prawdopodobieństwo zachorowania na skutek szczepień jest całkowicie znikome.
6. Możliwe jest długotrwałe utrzymanie odporności.

Wszystko to pozwala nam nazwać szczepionki DNA szczepionkami XXI wieku.

Jednak idea całkowitej kontroli zakażeń za pomocą szczepionek przetrwała aż do końca lat 80., kiedy to została zachwiana przez pandemię AIDS.

Immunizacja DNA również nie jest uniwersalnym panaceum. Od drugiej połowy XX wieku coraz większego znaczenia nabierają patogeny, których nie można kontrolować immunoprofilaktyką. Przetrwaniu tych mikroorganizmów towarzyszy zjawisko zależnego od przeciwciał wzmocnienia zakażenia lub integracji prowirusa z genomem makroorganizmu. Specyficzna profilaktyka może opierać się na hamowaniu wnikania patogenu do wrażliwych komórek poprzez blokowanie receptorów rozpoznających na ich powierzchni (interferencja wirusowa, związki rozpuszczalne w wodzie wiążące receptory) lub poprzez hamowanie ich wewnątrzkomórkowej reprodukcji (hamowanie oligonukleotydowe i antysensowe genów patogenu, niszczenie zakażonych komórek przez specyficzną cytotoksynę itp.).

Problem integracji prowirusa można rozwiązać, klonując zwierzęta transgeniczne, na przykład uzyskując linie, które nie zawierają prowirusa. Dlatego szczepionki DNA powinny być opracowywane dla patogenów, których trwałości nie towarzyszy zależne od przeciwciał wzmocnienie zakażenia lub zachowanie prowirusa w genomie gospodarza.

[ 31 ], [ 32 ], [ 33 ], [ 34 ]

Seroprofilaktyka i seroterapia

Surowice wytwarzają w organizmie odporność bierną, która utrzymuje się przez 2–3 tygodnie i jest stosowana w leczeniu pacjentów lub zapobieganiu chorobom w zagrożonym obszarze.

Surowice odpornościowe zawierają przeciwciała, dlatego najczęściej stosuje się je w celach terapeutycznych na początku choroby, aby osiągnąć jak największy efekt terapeutyczny. Surowice mogą zawierać przeciwciała przeciwko mikroorganizmom i toksynom, dlatego dzielą się na przeciwdrobnoustrojowe i przeciwtoksyczne.

Surowice uzyskuje się w biofabrykach i biokompleksach za pomocą dwuetapowej hiperimmunizacji producentów surowicy odpornościowej. Hiperimmunizacja przeprowadzana jest wzrastającymi dawkami antygenów (szczepionek) według pewnego schematu. W pierwszym etapie podaje się szczepionkę (1-2 razy), a następnie według schematu w wzrastających dawkach - wirulentną kulturę szczepu produkcyjnego mikroorganizmów przez długi okres czasu.

W zależności od rodzaju antygenu odpornościowego rozróżnia się surowice przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe i antytoksyczne.

Wiadomo, że przeciwciała neutralizują mikroorganizmy, toksyny lub wirusy głównie zanim przenikną do komórek docelowych. Dlatego w chorobach, w których patogen jest zlokalizowany wewnątrzkomórkowo (gruźlica, bruceloza, chlamydia itp.), nie udało się jeszcze opracować skutecznych metod seroterapii.

Leki lecznicze i profilaktyczne podawane w surowicy stosuje się głównie w ramach doraźnej immunoprofilaktyki lub w celu eliminacji niektórych postaci niedoborów odporności.

Surowice antytoksyczne uzyskuje się przez immunizację dużych zwierząt wzrastającymi dawkami antytoksyn, a następnie toksyn. Powstałe surowice są oczyszczane i zagęszczane, uwalniane od białek balastowych i standaryzowane pod względem aktywności.

Leki przeciwbakteryjne i przeciwwirusowe uzyskuje się poprzez hiperimmunizację koni odpowiednimi zabitymi szczepionkami lub antygenami.

Wadą działania preparatów surowiczych jest krótki czas trwania wytworzonej odporności biernej.

Surowice heterogeniczne wytwarzają odporność przez 1–2 tygodnie, globuliny homologiczne przez 3–4 tygodnie.

[ 35 ], [ 36 ]

Metody i kolejność podawania szczepionek

Istnieją pozajelitowe i dojelitowe metody wprowadzania szczepionek i surowic do organizmu.

W metodzie parenteralnej leki podaje się podskórnie, śródskórnie i domięśniowo, co pozwala na ominięcie przewodu pokarmowego.

Jednym z rodzajów pozajelitowego podawania preparatów biologicznych jest aerozol (dooddechowy), kiedy szczepionki lub surowice podaje się bezpośrednio do dróg oddechowych poprzez inhalację.

Metoda enteralna polega na podawaniu biopreparatów doustnie z pokarmem lub wodą. Zwiększa to spożycie szczepionek ze względu na ich niszczenie przez mechanizmy układu pokarmowego i barierę żołądkowo-jelitową.

Po wprowadzeniu szczepionek żywych odporność kształtuje się w ciągu 7–10 dni i utrzymuje się przez rok lub dłużej, a po wprowadzeniu szczepionek inaktywowanych kształtowanie się odporności kończy się 10–14 dnia, a jej intensywność trwa przez 6 miesięcy.

[ 37 ], [ 38 ], [ 39 ], [ 40 ]