Tworzenie szczepionek: Jak powstają szczepionki?

Do produkcji szczepionek stosuje się kilka podstawowych strategii. Opisano tu mocne strony i ograniczenia każdej z nich.

Zaburzyć wirusa

Stosując tę strategię, wirusy są osłabiane, aby bardzo słabo rozmnażały się w organizmie. W ten sposób wytwarzane są szczepionki przeciwko odrze, śwince, odrze niemieckiej (różyczce), rotawirusom, doustnym szczepionkom przeciwko polio (niestosowanym w USA), ospie wietrznej (varicella) i grypie (wersja donosowa). Wirusy zazwyczaj wywołują choroby poprzez wielokrotne rozmnażanie się w organizmie. Podczas gdy naturalne wirusy rozmnażają się tysiące razy podczas infekcji, wirusy szczepionkowe zazwyczaj rozmnażają się mniej niż 20 razy. Ponieważ wirusy szczepionkowe nie rozmnażają się zbyt często, nie wywołują choroby, ale replikują się na tyle dobrze, by wywołać „komórki B pamięci”, które chronią przed infekcją w przyszłości. Dowiedz się więcej o tych i innych komórkach układu odpornościowego.
Zaletą żywych, „osłabionych” szczepionek jest to, że jedna lub dwie dawki zapewniają odporność, która zwykle utrzymuje się przez całe życie. Ograniczeniem tego podejścia jest to, że szczepionki te zazwyczaj nie mogą być podawane osobom z osłabionym układem odpornościowym (np. chorym na raka lub AIDS). Dowiedz się więcej o tym, co się dzieje, gdy układ odpornościowy nie działa prawidłowo.

Zobacz film, aby dowiedzieć się, jak osłabia się wirusy w celu wyprodukowania szczepionek.

Inaktywacja wirusa

W tej strategii wirusy są całkowicie inaktywowane (lub zabijane) za pomocą substancji chemicznej. Zabijając wirusa, nie może on się rozmnażać ani powodować chorób. Inaktywowane szczepionki przeciwko polio, wirusowemu zapaleniu wątroby typu A, grypie (zastrzyk) i wściekliźnie są produkowane w ten sposób. Ponieważ wirus jest nadal „widziany” przez organizm, wytwarzane są komórki układu odpornościowego, które chronią przed chorobą.

Są dwie zalety tego podejścia:

• Szczepionka nie może wywołać nawet łagodnej postaci choroby, której zapobiega
• Szczepionka może być podawana osobom z osłabionym układem odpornościowym

Jednakże ograniczeniem tego podejścia jest to, że zazwyczaj wymaga kilku dawek, aby uzyskać odporność.

Użycie części wirusa

Przy zastosowaniu tej strategii, tylko jedna część wirusa jest usuwana i używana jako szczepionka. Szczepionki przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, ospie wietrznej, wirusowi brodawczaka ludzkiego (HPV) i jedna ze szczepionek przeciwko grypie są produkowane w ten sposób. Szczepionka składa się z białka, które znajduje się na powierzchni wirusa. Ta strategia może być stosowana, gdy odpowiedź immunologiczna na jedną część wirusa (lub bakterii) jest odpowiedzialna za ochronę przed chorobą.
Szczepionki te mogą być podawane osobom z osłabioną odpornością i wydają się wywoływać długotrwałą odporność po dwóch dawkach.

Obejrzyj ten film, aby zobaczyć, jak inżynieria genetyczna jest wykorzystywana do tworzenia skutecznych szczepionek.

Użyj części bakterii

Niektóre bakterie wywołują choroby poprzez wytwarzanie szkodliwego białka zwanego toksyną. Kilka szczepionek powstaje poprzez pobranie toksyn i ich inaktywację za pomocą substancji chemicznej (toksyna, po inaktywacji, nazywana jest toksyną). Dzięki inaktywacji toksyny, nie wywołuje ona już choroby. Szczepionki przeciwko błonicy, tężcowi i krztuścowi są produkowane w ten sposób.
Inną strategią tworzenia szczepionek bakteryjnych jest wykorzystanie części powłoki cukrowej (lub polisacharydu) bakterii. Ochrona przed zakażeniem niektórymi bakteriami opiera się na odporności na tę otoczkę cukrową (a nie na całą bakterię). Ponieważ jednak u małych dzieci odpowiedź immunologiczna na samą otoczkę cukrową nie jest zbyt dobra, otoczka jest połączona z nieszkodliwym białkiem (jest to tzw. szczepionka ze skoniugowanymi polisacharydami). Szczepionki przeciwko Haemophilus influenzae typu B (lub Hib), pneumokokom i niektóre szczepionki przeciwko meningokokom są wytwarzane w ten sposób.

Dwie szczepionki przeciwko meningokokom, które zapobiegają jednemu szczególnemu typowi bakterii (typowi B), którego nie zawierają inne szczepionki przeciwko meningokokom, są wytwarzane przy użyciu dwóch lub więcej białek pochodzących z bakterii, a nie polisacharydu bakterii.odobnie jak w przypadku inaktywowanych szczepionek wirusowych, szczepionki bakteryjne mogą być podawane osobom z osłabionym układem odpornościowym, ale często wymagają kilku dawek, aby wywołać odpowiednią odporność.

Dostarcza kod genetyczny (DNA, mRNA lub wirusy wektorowe) dla części wirusa

Przy zastosowaniu tej strategii osoba szczepiona wytwarza część wirusa. Niektóre ze szczepionek przeciwko wirusowi COVID-19 są wytwarzane w ten sposób.

Szczepionki mRNA

Szczepionka przeciwko wirusowi COVID-19 zawiera mRNA, który jest kodem lub schematem białka spike wirusa SARS-CoV-2. Komórki dendrytyczne zaszczepionej osoby wykorzystują ten schemat, aby wytworzyć białko spike z powierzchni wirusa. Gdy układ odpornościowy zorientuje się, że białko to jest „obce”, wytwarza przeciwko niemu odpowiedź immunologiczną, w tym pamięć immunologiczną, dzięki czemu następnym razem, gdy dana osoba zostanie narażona na kontakt z wirusem, układ odpornościowy jest gotowy do szybkiej odpowiedzi. Podobna do strategii szczepień, które wstrzykują części wirusa bezpośrednio, strategia ta może być stosowana, gdy odpowiedź immunologiczna na jedną część wirusa jest w stanie ochronić przed chorobą.

Te szczepionki mogą być podawane osobom z obniżoną odpornością, ale wymagają dwóch dawek, aby były ochronne. Szczepionki Pfizer i Moderna COVID-19 są produkowane w ten sposób.

• Posłuchaj, jak dr Offit objaśnia szczepionki mRNA w tym krótkim filmie.

Szczepionki DNA

Szczepionki DNA dostarczają kod genetyczny, z którego powstaje mRNA. MRNA służy następnie jako wzór do stworzenia białka wirusowego, a układ odpornościowy, rozpoznając, że jest ono „obce”, reaguje w celu ochrony organizmu i wytworzenia pamięci immunologicznej. Obecnie żadne szczepionki DNA nie są dostępne komercyjnie.

• Posłuchaj, jak dr Offit wyjaśnia działanie szczepionek DNA w tym krótkim filmie.

Szczepionki oparte na wirusach wektorowych (np. szczepionki oparte na adenowirusach)

Innym sposobem dostarczenia genu kodującego białko kolca koronawirusa jest umieszczenie tego genu w wirusie, który nie może się rozmnażać, ale nadal może wnikać do komórek i dostarczać potrzebny gen. Strategia ta jest wykorzystywana w tak zwanych szczepionkach z adenowirusem ludzkim lub małpim, które są pozbawione możliwości replikacji. Chociaż adenowirusy mogą wywoływać choroby u ludzi, te wektorowane wirusy są tak skonstruowane, że nie mogą wywoływać chorób; w związku z tym mogą być podawane osobom z obniżoną odpornością.

Szczepionka Johnsona & Johnson/Janssen COVID-19 jest produkowana w ten sposób. Podaje się ją w jednej dawce.