Από τη Συντακτική Ομάδα του HMR (Hellenic Medical Review)

Η χορήγηση εμβολίων, γνωστή επίσης ως εμβολιασμός, είναι μία από τις πιο αποτελεσματικές προσεγγίσεις για την πρόληψη και τον έλεγχο σοβαρών, και ενίοτε θανατηφόρων, μεταδοτικών ασθενειών.

Οι εμβολιαστικές καμπάνιες έχουν βοηθήσει στην εξάλειψη ασθενειών όπως της ευλογιάς και έχουν σημαντικά περιορίσει τη νοσηρότητα και θνησιμότητα που προκαλούνται από διάφορους παθογόνους μικροοργανισμούς και ιούς, συμπεριλαμβανομένου και του SARS-CoV-2. Στις ΗΠΑ και σε άλλες χώρες υψηλού εισοδήματος, τα εμβόλια έχουν αποδειχθεί καθοριστικά για την εξάλειψη εξουθενωτικών ασθενειών όπως είναι η πολιομυελίτιδα, η μόλυνση με το βακτήριο Haemophilus influenzae τύπου b, η εντερίτιδα προκαλούμενη από ροταϊό, η ηπατίτιδα, η παρωτίτιδα, ο κοκκύτης, η ανεμοβλογιά, ο τέτανος, η ιλαρά και η διφθερίτιδα.[1]

Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), τα εμβόλια προλαμβάνουν 3,5 έως 5 εκατομμύρια θανάτους τον χρόνο, βοηθώντας τους ανθρώπους να έχουν πιο μακρόχρονες και υγιέστερες ζωές. Ωστόσο, παρά την τεράστια πρόοδο, η εμβολιαστική κάλυψη είχε παραμείνει σταθερή τα πρόσφατα χρόνια και μειώθηκε από το 2020 και μετά. Η πανδημία COVID-19 και οι διαταρακτικές επιπτώσεις της έχουν επιβαρύνει τα συστήματα υγείας, και περίπου 25 εκατομμύρια παιδιά υπολογίζεται ότι έχουν χάσει κάποιον εμβολιασμό το 2021 – 6 εκατομμύρια περισσότερα από ότι για το 2019 και τα περισσότερα από το 2009 κι έκτοτε. Αναφορικά με τον εμβολιασμό κατά του SARS-CoV-2, μέχρι το τέλος του 2021, σχεδόν όλες οι χώρες του κόσμου είχαν εισαγάγει τον εμβολιασμό, και στις αρχές του 2022, ένα δισεκατομμύριο δόσεις είχαν παραδοθεί μέσω του προγράμματος COVAX του ΠΟΥ.[2]

Όπως προκύπτει από την επιδημία Έμπολα και την πανδημία COVID-19, οι αναδυόμενες μολυσματικές ασθένειες με υψηλά ποσοστά εμφάνισης ή θνησιμότητας αποτελούν σημαντική απειλή για τη δημόσια υγεία, επιπρόσθετα των επιπτώσεων τους στην τοπική και παγκόσμια οικονομία. Η ικανότητα για άμεση απόκριση σε τέτοιες απειλές εξαρτάται από μια πληθώρα παραγόντων συμπεριλαμβανομένων της παρακολούθησης, των προγραμμάτων ετοιμότητας, της συνεργασίας μεταξύ των κυβερνήσεων των χωρών και των εκάστοτε οργανισμών, τις εθνικές πολιτικές και τις διαθέσιμες εμβολιαστικές τεχνολογίες και πλατφόρμες για την παραγωγή και διάθεση των εμβολίων.

Οι στρατηγικές άμεσης απόκρισης όπως η κοινωνική αποστασιοποίηση, η καραντίνα και η απαγόρευση κυκλοφορίας ελέγχουν αποτελεσματικά την εξάπλωση ενός αναδυόμενου παθογόνου, αλλά είναι πρακτικά δύσκολο να επιβληθούν μακροπρόθεσμα. Η ταχεία διάθεση των προγραμμάτων μαζικού εμβολιασμού μειώνει το κόστος της θεραπείας και αποτρέπει την υπερβολική επιβάρυνση των συστημάτων υγείας, μέσω της μείωσης της μετάδοσης του παθογόνου, της αποτροπής της κλινικής εκδήλωσης της λοίμωξης σε σύντομο χρονικό διάστημα και της δημιουργίας της ανοσίας της αγέλης.

Οι τεχνολογίες και πλατφόρμες δημιουργίας εμβολίων έχουν εξελιχθεί κατά την πάροδο του χρόνου ώστε να ξεπερνούν τους περιορισμούς, να αντικατοπτρίζουν τις τεχνολογικές εξελίξεις και να αντιμετωπίζουν τις τρέχουσες απειλές. Με βασική πηγή την ανασκόπηση των M. Ghattas, G. Dwivedi, M. Lavertu και Mohamad-Gabriel Alameh, δημοσιευμένη το 2021 στο επιστημονικό περιοδικό ‘Vaccines’,[1] θα επιχειρήσουμε να συνοψίσουμε τις διαθέσιμες εμβολιαστικές τεχνολογίες και πλατφόρμες, τους μηχανισμούς ανοσολογικής απόκρισης, τα οφέλη και τους πιθανούς περιορισμούς τους.

Τι είναι τα εμβόλια;

Τα εμβόλια είναι βιολογικές συνθέσεις που έχουν ως σκοπό τη διέγερση και προετοιμασία του ανοσοποιητικού συστήματος ενάντια σε λοιμώξεις ή ασθένειες. Τα εμβόλια χρησιμοποιούν την ικανότητα του εξαιρετικά εξελιγμένου ανοσοποιητικού συστήματος των θηλαστικών να αναγνωρίζει, να αποκρίνεται σε και να θυμάται τους παθογόνους μικροοργανισμούς.

Το πρωταρχικό συστατικό των εμβολίων είναι τα αντιγόνα, τα οποία είτε προέρχονται από τα υπό ενδιαφέρον παθογόνα είτε παρασκευάζονται βιολογικά. Επιπρόσθετα συστατικά των εμβολίων μπορεί να αποτελούν τα συντηρητικά, οι σταθεροποιητές και τα έκδοχα, καθώς και ίχνη προϊόντων που έχουν παρασκευαστεί στην ίδια γραμμή παραγωγής με τα εμβόλια ή είναι εναπομείναντα συστατικά από άλλες διεργασίες (εικόνα 1). Συχνά, στα εμβόλια προστίθενται ανοσοενισχυτικά για να βελτιωθούν η ανοσογονικότητα, δηλαδή η ικανότητα να επαχθεί η ανοσολογική απόκριση, και η αποτελεσματικότητα των εμβολίων σε ορισμένες πληθυσμιακές ομάδες, αλλά και για να επιτραπεί η εξοικονόμηση της δόσης του αντιγόνου, και κατά συνέπεια να αυξηθεί η παγκόσμια προσφορά των εμβολίων.

Τα εμβόλια μπορούν να εφαρμοστούν ως προφυλακτική ή θεραπευτική μέθοδος κατά των ασθενειών. Τα προφυλακτικά εμβόλια προλαμβάνουν τη νόσηση μέσω της χορήγησης των αντιγόνων σε υγιή άτομα και έχουν αναπτυχθεί κυρίως για μολυσματικές ασθένειες. Γενικά, είναι σχεδιασμένα για να δημιουργούν αντισώματα που εξουδετερώνουν το παθογόνο. Αντίθετα, τα θεραπευτικά εμβόλια χορηγούνται ως θεραπεία μετά την έκθεση σε κάποιο παθογόνο ή την εμφάνιση μιας νόσου, για να ενισχύσουν το ανοσοποιητικό σύστημα του ατόμου ενάντια σε μια χρόνια λοίμωξη, μια προκακοήθη κατάσταση ή μια προϋπάρχουσα ασθένεια όπως είναι ο καρκίνος. Αυτά είναι σχεδιασμένα για να επάγουν κυτταρική ανοσία, οδηγώντας στην εξάλειψη των μολυσμένων κυττάρων. Η παρούσα ανασκόπηση θα επικεντρωθεί στα προφυλακτικά εμβόλια, αλλά οι αναγνώστες μπορούν να ανατρέξουν για περισσότερες πληροφορίες ως προς τα θεραπευτικά εμβόλια στο άρθρο του παρόντος τεύχους «Νεότερες εξελίξεις: Θεραπευτικά εμβόλια κατά του καρκίνου».

Σε αντίθεση με τα θεραπευτικά φάρμακα που προορίζονται για νοσούντα άτομα, τα εμβόλια τυπικά χορηγούνται σε παιδιά και υγιείς ενήλικες. Υπόκεινται σε εξονυχιστικούς ελέγχους και αυστηρά ποιοτικά πρότυπα από τοπικούς και διεθνείς ρυθμιστικούς φορείς όπως τον Αμερικανικό Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων (Food and Drug Administration – FDA), τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Φαρμάκων (European Medicines Agency – EMA) και τον ΠΟΥ, ώστε να εξασφαλίζονται η αποτελεσματικότητα και ασφάλεια τους. Τα προκλινικά και κλινικά δεδομένα των εμβολίων παρατηρούνται στενά πριν να συσταθούν για χρήση από το κοινό, ενώ, μετά την κυκλοφορία τους στην αγορά, ακολουθεί η φαρμακοεπαγρύπνηση τους, δηλαδή η συνεχής παρακολούθηση τους ώστε να αξιολογούνται η ασφάλεια, η αποτελεσματικότητα και πιθανές μακροπρόθεσμες παρενέργειες τους.

Τα στάδια της ανοσολογικής απόκρισης στα εμβόλια

Ο βασικός σκοπός ενός εμβολίου είναι η πρόκληση μιας μακράς διάρκειας και εξειδικευμένης για το αντιγόνο προστατευτικής ανοσολογικής μνήμης. Η λεπτομερής κατανόηση του ανοσοποιητικού συστήματος, της βιολογίας των παθογόνων μικροοοργανισμών και των βιολογικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ξενιστή και παθογόνου είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη των εμβολίων. Ακολουθεί μία επιγραμματική περιγραφή των βασικών σταδίων της ανοσολογικής απόκρισης κατόπιν της χορήγησης ενός εμβολίου.

Αρχικά, τα συστατικά του εμβολίου (πχ. το αντιγόνο και/ή το ανοσοενισχυτικό) αναγνωρίζονται και φαγοκυτταρώνονται από κύτταρα του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος ή από αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα, όπως είναι τα δενδριτικά κύτταρα και τα μακροφάγα (εικόνα 2). Οι διαδικασίες της αναγνώρισης, της φαγοκυττάρωσης και της ενδοκυτταρικής επεξεργασίας των αντιγόνων επάγουν την ωρίμανση (κατά την οποία αυξάνεται η έκφραση μοριακών παραγόντων όπως είναι ο CD80, ο CD40 και το σύμπλεγμα μείζονος ιστοσυμβατότητας [MHC – Major Histocompatibility Complex]) και μετανάστευση των αντιγονοπαρουσιαστικών κυττάρων από τους ιστούς που βρίσκονται στα δευτερογενή λεμφικά όργανα (πχ. περιφερειακοί λεμφαδένες και σπλήνα).

Τα εισερχόμενα στα δευτερογενή λεμφικά όργανα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα συναντούν και αλληλεπιδρούν με τα Τ λεμφοκύτταρα μέσω μοριακής αναγνώρισης μεταξύ του MHC των αντιγονοπαρουσιαστικών κυττάρων και του υποδοχέα των Τ λεμφοκυττάρων (TCR – T Cell Receptor) – ένα στάδιο που είναι γνωστό ως «σήμα 1». Αυτή η αλληλεπίδραση σταθεροποιείται μέσω περαιτέρω αλληλεπιδράσεων μεταξύ υποδοχέων ή συνυποδοχέων μεταξύ των δύο κυτταρικών τύπων (πχ. μεταξύ του CD40 και του προσδέτη του CD40) – αυτό το στάδιο είναι γνωστό ως «σήμα 2». Η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων MHC τάξης ΙΙ και των TCR, των συνυποδοχέων και των εκκρινόμενων από τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα κυτταροκινών («σήμα 3») επάγει την ενεργοποίηση των βοηθητικών Τ κυττάρων (CD4+ Τ κύτταρα, ή αλλιώς Τh [T helper]).

Σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να γίνει διασταυρούμενη παρουσίαση των αντιγόνων σε μόρια MHC τάξης Ι, επιπρόσθετα της κανονικής παρουσίασης τους στα μόρια MHC τάξης ΙΙ. Σε αυτή την περίπτωση, τα μόρια MHC τάξης Ι αλληλεπιδρούν με τον TCR των CD8+ T κυττάρων, οδηγώντας στη διαφοροποίηση τους σε Τ κύτταρα τελεστές (κυτταροτοξικά) και CD8+ Τ κύτταρα μνήμης. Η διαδικασία της διαφοροποίησης και επαγωγής των κυτταροτοξικών κυττάρων είναι σημαντική, καθώς αυτά προστατεύουν ενάντια σε ενδοκυτταρικά παθογόνα (πχ. ιούς), ενώ τα Τ κύτταρα μνήμης είναι σημαντικά για την απόκριση και αύξηση της δεξαμενής των κλωνικών κυττάρων κατά την επαναδιέγερση από το αντιγόνο ή μεταγενέστερη αλληλεπίδραση με το παθογόνο (σε πιθανή επαναμόλυνση από το παθογόνο).

Διαφορετικές υποομάδες των Τh κυττάρων διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην προκαλούμενη από το εμβόλιο χυμική ανοσία: η υποομάδα των Τh1 κυττάρων συμμετέχει στην παραγωγή των αντισωμάτων IgG1 και IgG3 από τα Β κύτταρα, ενώ η υποομάδα των Τh2 κυττάρων εκκρίνει τις ιντερλευκίνες IL-4, IL-5 και IL-13, μέσω των οποίων προωθείται η ανάπτυξη, ωρίμανση και διαφοροποίηση των Β κυττάρων σε Β κύτταρα μνήμης και σε πλασματοκύτταρα (τα οποία παράγουν τα αντισώματα). Τα Β κύτταρα μνήμης είναι σημαντικά στη διαδικασία της επαγόμενης από το εμβόλιο ανοσίας, καθώς μπορούν να αυξηθούν ταχύτατα και να διαφοροποιηθούν σε πλασματοκύτταρα κατά τη μεταγενέστερη αλληλεπίδραση τους με το αντιγόνο, προσφέροντας άμεσα προστασία μέσω της παραγωγής αντισωμάτων κατά του αντιγόνου.

Τα Β κύτταρα είναι επίσης ικανά να αναγνωρίζουν και να ανταποκρίνονται στα αντιγόνα πριν από τη συμμετοχή των Th κυττάρων στη διαδικασία της ανοσοποίησης. Κατόπιν της χορήγησης του εμβολίου, τα Β κύτταρα αναγνωρίζουν και προσλαμβάνουν τα αντιγόνα, και μέσω ενεργοποίησης των υποδοχέων PRR (Pattern Recognition Receptors) διαφοροποιούνται σε βραχύβια κύτταρα που εκκρίνουν τα αντισώματα IgM, τους πλασμαβλάστες, οι οποίοι και παράγουν το πρώτο κύμα των αντισωμάτων ενάντια στο παθογόνο. Εν απουσία βοήθειας από τα Τh κύτταρα, τα Β κύτταρα αδυνατούν να διαφοροποιηθούν στα πλασματοκύτταρα, τα οποία εκκρίνουν τα εξειδικευμένα για το αντιγόνο αντισώματα IgG, και συνεχίζουν να εκκρίνουν τα αντισώματα IgM.

Τα παραπάνω στάδια της ανοσοποίησης έναντι ενός αντιγόνου καθοδηγούν την ανάπτυξη των εμβολιαστικών τεχνολογιών και πλατφόρμων ώστε να συμβαδίζουν με την προβλεπόμενη χρήση τους. Επιπρόσθετα της προετοιμασίας του οργανισμού κατά πιθανών μολύνσεων, τα εμβόλια μπορεί να προκαλέσουν παροδικές ήπιες έως μέτριες παρενέργειες. Αυτές εκδηλώνονται συνήθως μεταξύ των πρώτων 24-48 ωρών κατόπιν του εμβολιασμού και περιλαμβάνουν πόνο στο σημείο της ένεσης, αδιαθεσία, μυϊκό πόνο και πυρετό. Αυτές οι εκδηλώσεις προκαλούνται εξαιτίας του φλεγμονώδους συστατικού των κυττάρων του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος και αποτελούν ενδείξεις ότι ο οργανισμός αποκρίνεται στο εμβόλιο. Η απουσία, βέβαια, παρενεργειών δεν σημαίνει ότι το εμβόλιο ήταν αναποτελεσματικό, απλά καταδεικνύει ότι κάθε οργανισμός αντιδρά διαφορετικά σε αυτό. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι σοβαρές παρενέργειες των εμβολίων είναι εξαιρετικά σπάνιες και η προστασία που παρέχουν τα εμβόλια σημαντικά υπερβαίνει τις όποιες παρενέργειες τους.

Οι τύποι των εμβολίων

Τα εμβόλια μπορούν να διακριθούν βάσει της ικανότητας τους να αντιγράφονται στον ξενιστή (‘ζωντανά’ ή ‘νεκρά’ εμβόλια) και/ή της τεχνολογίας/πλατφόρμας που χρησιμοποιήθηκε κατά την παρασκευή τους. Τα συμβατικά εμβόλια χρησιμοποιούν ένα ή περισσότερα αντιγόνα προερχόμενα από αδρανή ή εξασθενημένα παθογόνα, ή συστατικά τους όπως πρωτεϊνικές υπομονάδες ή τοξίνες, για να επάγουν την ανοσολογική απόκριση. Πολλά αδειοδοτημένα εμβόλια παράγονται επιστρατεύοντας τις συμβατικές τεχνολογίες. Ωστόσο, αυτές οι τεχνολογίες είναι ανεπιτυχείς στη δημιουργία αποτελεσματικών εμβολίων κατά σύνθετων παθογόνων που μπορούν να ξεφύγουν από το ανοσοποιητικό σύστημα και/ή παρουσιάζουν εκτεταμένη μεταβλητότητα. Τα συμβατικά εμβόλια έχουν επίσης πιο χρονοβόρα παραγωγή, ενέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο επαναφοράς της λοιμοτοξικότητας των παθογόνων και χρειάζονται πιο προσαρμοσμένη ανάπτυξη κατά των αναδυόμενων ή γοργά εξελισσόμενων παθογόνων.

Οι νέες στρατηγικές για τον σχεδιασμό ανοσογόνων (= μεγαλομοριακά αντιγόνα) και γενετικής μηχανικής έχουν συνεισφέρει στην ανάδυση των εμβολιαστικών πλατφόρμων επόμενης γενιάς, οι οποίες επάγουν μια πιο ισχυρή ανοσολογική απόκριση. Δεδομένου ότι τα επόμενης γενιάς εμβόλια βασίζονται στη γενετική αλληλουχία του παθογόνου, μπορούν να αναπτυχθούν πολύ πιο γρήγορα από ότι με τις συμβατικές τεχνολογίες.

Στις ακόλουθες υποενότητες παραθέτονται οι διαθέσιμοι τύποι εμβολίων, κατηγοριοποιημένοι βάσει της χρησιμοποιούμενης τεχνολογίας παρασκευής τους, και γίνεται αναφορά στη διαδικασία παραγωγής, τους μηχανισμούς δράσης, τα οφέλη και τους περιορισμούς τους.

Συμβατικές τεχνολογίες εμβολίων

Εμβόλια ζώντων εξασθενημένων παθογόνων

Τα εμβόλια ζώντων εξασθενημένων παθογόνων προετοιμάζονται χρησιμοποιώντας εξασθενημένα παθογόνα, των οποίων η τυπική λοιμοτοξικότητα έχει μειωθεί σημαντικά. Παρόλα αυτά, τα εξασθενημένα παθογόνα μιμούνται τη φυσική μόλυνση ως προς την ικανότητα τους να μολύνουν, να αναπαράγονται και να απελευθερώνονται στον ξενιστή. Το κλειδί αυτής της εμβολιαστικής τεχνολογίας είναι η ικανότητα να διατηρείται το δυναμικό αναπαραγωγής (αντιγραφής) του παθογόνου χωρίς να προκαλείται ασθένεια ή επαναφορά στην τυπική λοιμοτοξικότητα του παθογόνου.

Η εξασθένηση των παθογόνων γίνεται μέσω της διαδοχικής διέλευσης και επώασης τους σε μη ιδανικές συνθήκες ή θερμοκρασίες, οι οποίες επάγουν την εμφάνιση μεταλλάξεων που οδηγούν στη μείωση της λοιμοτοξικότητας των παθογόνων. Αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται για την ανάπτυξη εμβολίων ζώντων εξασθενημένων παθογόνων που προορίζονται για κλινική χρήση.
Το πλεονέκτημα της εμβολιαστικής τεχνολογίας των ζώντων εξασθενημένων παθογόνων είναι η βελτιωμένη ανοσογονικότητα και η επαγωγή ισχυρής ανοσολογικής απόκρισης στον εμβολιασμένο οργανισμό. Επίσης, τα περισσότερα εμβόλια ζώντων εξασθενημένων παθογόνων δεν χρειάζονται την προσθήκη ανοσοενισχυτικών και μία δόση συνήθως είναι αρκετή για να επάγει δια βίου ανοσία. Για παράδειγμα, το εμβόλιο της ευλογιάς προσφέρει χυμική προστασία έως και 75 χρόνια.

Το κύριο μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας εμβολίων έγκειται στη δυνατότητα πρόκλησης ασθένειας σε υγιείς και ανοσοκατεσταλμένους οργανισμούς. Για παράδειγμα, σπάνιες περιπτώσεις νόσου έχουν καταγραφεί για το στοματικό εμβόλιο της πολιομυελίτιδας και το εμβόλιο της λύσσας. Επιπρόσθετα, αυτή η εμβολιαστική τεχνολογία απαιτεί μεγάλο όγκο εργασίας, αυστηρό ποιοτικό έλεγχο και καλά εκπαιδευμένο, εξειδικευμένο προσωπικό, με αποτέλεσμα το συνολικά ακριβό της κόστος και την αργή απόκριση σε περίπτωση πανδημίας. Ωστόσο, τα οφέλη της χρήσης των εμβολίων εξασθενημένων ζώντων παθογόνων υπερτερούν των προαναφερθέντων μειονεκτημάτων.

Εμβόλια αδρανοποιημένων παθογόνων

Τα συγκεκριμένα εμβόλια χρησιμοποιούν νεκρά λοιμώδη παθογόνα για την τυπική επαγωγή μιας ανοσολογικής απόκρισης που προκαλείται από αντισώματα. Η διαδικασία τους αδρανοποίησης επιτυγχάνεται με χημικές ή φυσικές μεθόδους ή με έναν συνδυασμό και των δύο. Μεταξύ των χημικών μεσολαβητών περιλαμβάνονται η φορμαλδεΰδη, η γλουταραλδεΰδη, το ασκορβικό οξύ, το υπεροξείδιο του υδρογόνου, η β-προπιολακτόνη και τα παράγωγα της αιθυλενιμίνης. Οι φυσικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την αδρανοποίηση περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων τη μετουσίωση μέσω της θερμότητας και/ή του pH, το υπεριώδες φως και την ακτινοβολία γάμμα.

Η φορμαλδεΰδη έχει χρησιμοποιηθεί ευρύτατα για την αδρανοποίηση παθογόνων, και η διαδικασία περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα χημικών τροποποιήσεων – οι διάφορες μέθοδοι με βάση τη φορμαλδεΰδη διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη συγκέντρωση της φορμαλδεΰδης (από 0,009 έως 0,08 w/v), τους χρόνους επώασης (μέρες έως μήνες) και τις θερμοκρασίες (4 έως 37° C).

Υψηλότερες συγκεντρώσεις και θερμοκρασίες οδηγούν σε ταχύτερη αδρανοποίηση αλλά μειώνουν την αποτελεσματικότητα/ανοσογονικότητα του εμβολίου δια μέσω διασταυρούμενων χημικών συνδέσεων και τους επακόλουθης απώλειας σημαντικών επίτοπων. Επίσης, οι υψηλές θερμοκρασίες επάγουν την επιταχυνόμενη αποδόμηση των αντιγόνων και τη συσσωμάτωση τους. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό το διάστημα αδρανοποίησης να είναι αρκετό ώστε να εξασφαλίζεται η ορθή αδρανοποίηση των παθογόνων ενώ διατηρείται η ανοσογονικότητα του εμβολίου.

Τα εμβόλια αδρανοποιημένων παθογόνων είναι ασφαλέστερα από αυτά των ζώντων εξασθενημένων παθογόνων καθώς η αδρανοποίηση αποκλείει την όποια πιθανότητα για λοιμοτοξικότητα. Τα εμβόλια αδρανοποιημένων παθογόνων επάγουν μία ευρεία απόκριση του ανοσοποιητικού συστήματος εναντίον πολλαπλών στόχων, καθώς χρησιμοποιείται ολόκληρο το παθογόνο για ανοσοποίηση, ενώ τυπικά αυτά έχουν χαμηλό κόστος παραγωγής και είναι θερμοσταθερά, επιτρέποντας έτσι τη μακροπρόθεσμη αποθήκευση τους.

Το κύριο μειονέκτημα της τεχνολογίας των εμβολίων αδρανοποιημένων παθογόνων εντοπίζεται στη μειωμένη ικανότητα τους να επάγουν κυτταρικές αποκρίσεις κατά ενδοκυτταρικών παθογόνων. Επιπρόσθετα, εξαιτίας της χαμηλής ανοσογονικότητας τους, χρειάζεται να χορηγούνται μεγαλύτερες δόσεις και επαναληπτικές ενέσεις για μία μακρόχρονη προστασία, αυξάνοντας ταυτόχρονα τον κίνδυνο για πιθανές ανεπιθύμητες ενέργειες και τα έξοδα παραγωγής και μειώνοντας τη συμμόρφωση με το εμβόλιο.

Αξιοσημείωτα, η αποτελεσματικότητα των εμβολίων αδρανοποιημένων παθογόνων μπορεί να ενισχυθεί είτε μέσω της αύξησης της δόσης είτε μέσω της προσθήκης ανοσοενισχυτικού στη σύνθεση. Καθώς, η παρασκευή εμβολίων μέσω των μεθόδων της χημικής και φυσικής αδρανοποίησης βασίζεται στην εμπειρική βελτιστοποίηση των παραμέτρων για την επίτευξη ισορροπίας μεταξύ αδρανοποίησης και ανοσογονικότητας, χρειάζεται περισσότερος χρόνος για την ανάπτυξη των εμβολίων αδρανοποιημένων παθογόνων και συνεπακόλουθα αυξάνονται τα κόστη της έρευνας και παρασκευής τους, παρακωλύοντας έτσι την ταχεία απόκριση σε αναδυόμενα παθογόνα.

Εμβόλια ιόμορφων σωματιδίων

Τα εμβόλια ιόμορφων σωματιδίων (VLPs – Virus-Like Particles) είναι μακρομοριακά συσσωματώματα που έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να μιμούνται τη μορφολογία της ιού (πχ. μέγεθος, σχήμα, επιφανειακοί επίτοποι). Τα εμβόλια ιόμορφων σωματιδίων μπορούν να διακριθούν βάσει της παρουσίας ή απουσίας του λιπιδικού περιβλήματος και του αριθμού των πρωτεϊνικών στοιβάδων που σχηματίζουν τo καψίδιο (η άκαμπτη δομή που περικλείει το γενετικό υλικό των ιών). Αυτά τα εμβόλια παρασκευάζονται σε βιοαντιδραστήρες μετά από επιμόλυνση κυττάρων εντόμων, ζύμης, βακτηρίων, φυτών ή θηλαστικών με μία ή πολλαπλές γενετικές κατασκευές που κωδικοποιούν τουλάχιστον δύο δομικά συστατικά του αρχικού ιού, τα οποία επιτρέπουν την αυτοσυναρμολόγηση σε σωματίδια που δεν έχουν ικανότητα αντιγραφής.

Η ανοσογονικότητα των εμβολίων ιόμορφων σωματιδίων μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια κατά των φάσεων του σχεδιασμού και της παρασκευής μέσω της κατάλυσης χημικών τροποποιήσεων στην επιφάνεια των σωματιδίων, της προσθήκης ανοσογονικών πεπτιδίων και/ή ανοσοενισχυτικών ή της επιλογής του κατάλληλου συστήματος των ιόμορφων σωματιδίων. Χημικά απλές, ακριβείς και στοχευμένες τροποποιήσεις της επιφάνειας των σωματιδίων μπορούν να βελτιώσουν τη δραστικότητα και να ρυθμίσουν τον τροπισμό των σωματιδίων, αλλά και να επιτρέψουν τη χρήση της συγκεκριμένης τεχνολογίας για στοχευμένη μεταφορά φαρμακευτικών παραγόντων ή νουκλεϊκών οξέων.

Βάσει του σχεδιασμού τους, τα εμβόλια ιόμορφων σωματιδίων στοχεύουν τα Β κύτταρα και επάγουν ισχυρές αποκρίσεις και παραγωγή αντισωμάτων κατόπιν της αντιγονικής παρουσίασης της σε μόρια MHC τάξης ΙΙ και της ενεργοποίησης των CD4+ κυττάρων. Εξαιτίας των πολυδύναμων επίτοπων και της συγκεκριμένης γεωμετρίας τους, διευκολύνεται η αλληλεπίδραση και η διασύνδεση των ιόμορφων σωματιδίων με τους υποδοχείς των Β κυττάρων – κάποιες in vivo μελέτες έχουν δείξει ότι τα σωματίδια εσωτερικεύονται ενεργά από διαφορετικές υποομάδες δενδριτικών κυττάρων (πχ. cDC1, cDC2 και θυλακιώδη), μακροφάγων και Β κυττάρων.

Η μακρομοριακή δομή, η σωματιδιακή φύση και το μικροσκοπικό μέγεθος (της τάξης 20-200 nm) των ιόμορφων σωματιδίων διευκολύνουν την εξαγγείωση και την ταχεία παροχέτευση τους στο λεμφικό σύστημα και επιτρέπουν την αποτελεσματική διασταυρούμενη παρουσίαση των αντιγονικών πεπτιδίων σε μόρια MHC τάξης Ι και την επακόλουθη ενεργοποίηση των CD8+ T κυττάρων.

Συγκριτικά με τις συμβατικές τεχνολογίες εμβολίων, η αυξημένη δραστικότητα της τεχνολογίας των ιόμορφων σωματιδίων έχει αποδοθεί στις πολυδύναμες αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων με τα κύτταρα του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος και της συνεπακόλουθης ενεργοποίησης τους. Επιπρόσθετα, η περίκλειση διάφορων ανοσογονικών μορίων (πχ. νουκλεϊκά οξέα, λιπίδια) κατά τη συγκρότηση των ιόμορφων σωματιδίων αυξάνει το ανοσογονικό δυναμικό αυτής της εμβολιαστικής τεχνολογίας. Παρά αυτά τα πλεονεκτήματα, οι τεχνικές δυσκολίες στον σχεδιασμό, τον καθαρισμό-απομόνωση και την αποθήκευση των εμβολίων ιόμορφων σωματιδίων παρεμποδίζουν την πρακτική χρησιμότητα αυτής της τεχνολογίας και αυξάνουν το κόστος της.

Εμβόλια συνθετικών πεπτιδίων

Η τεχνολογία των εμβολίων συνθετικών πεπτιδίων βασίζεται στην ταυτοποίηση και εργαστηριακή σύνθεση των πεπτιδικών αλληλουχιών των ανοσοκυρίαρχων επίτοπων των παθογόνων που επάγουν την ανοσολογική απόκριση κατόπιν της αναγνώρισης τους από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Ο σχεδιασμός των συνθετικών πεπτιδίων αρχικά περιλαμβάνει εκτενή εργαστηριακό έλεγχο (in vitro) και μοντελοποίηση, ώστε να ανιχνευθούν τα κατάλληλα ανοσοκυρίαρχα πεπτίδια (αντιγόνα) με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά, τα οποία στη συνέχεια συντίθενται χρησιμοποιώντας τις τεχνικές της συμπύκνωσης των πεπτιδικών κλασμάτων ή της σύνθεσης στερεάς φάσης και υπόκεινται σε ενδελεχή καθαρισμό και χαρακτηρισμό. Εξαιτίας του μικρού μεγέθους τους, τα εμβόλια συνθετικών πεπτιδίων τυπικά αναμιγνύονται ή συζευγνύονται με ένα ανοσοενισχυτικό ώστε να ενισχυθεί η ανοσολογική απόκριση και η πρόσληψη τους από τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα. Η επιλογή των ανοσοενισχυτικών πρέπει να γίνεται με προσοχή, καθώς οι εργαστηριακά κατασκευασμένοι επίτοποι είναι ευαίσθητοι στη μετουσίωση ή τη γαλακτωματοποίηση που μπορεί να συμβεί παρουσία κάποιων ανοσοενισχυτικών.

Τα εμβόλια συνθετικών πεπτιδίων είναι πιο ασφαλή από τα εμβόλια ζώντων εξασθενημένων ή αδρανοποιημένων παθογόνων και έχουν αποδεδειγμένη αποτελεσματικότητα κατά λοιμωδών και μη λοιμωδών ασθενειών (πχ. νόσος Alzheimer, καρκίνος). Η δυνατότητα ελέγχου σε όλα τα στάδια της παρασκευής των συνθετικών πεπτιδίων (κατασκευής, σύνθεσης, ποιότητας) προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων η ολοκληρωμένη γνώση της μοριακής σύνθεσης των αντιγόνων του εμβολίου και η ικανότητα να προκληθεί μία εστιασμένη και εξειδικευμένη για τον επίτοπο ανοσολογική απόκριση. Επιπρόσθετα, η τεχνολογία των συνθετικών πεπτιδίων επιτρέπει την ταχεία τροποποίηση των πεπτιδικών αλληλουχιών για την επαγωγή αποκρίσεων ειδικών για ένα στέλεχος παθογόνου, ενώ εξασφαλίζεται η απουσία παθογονικών ή τοξικών επιμολυντικών ουσιών. Τα συνθετικά πεπτίδια μπορούν να τροποποιηθούν ή να συζευχθούν σε μακρομοριακές δομές ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι ανεπιθύμητες ενέργειες και να βελτιωθεί η φυσικοχημική σταθερότητα και ανοσογονικότητα τους.

Παρά τα προαναφερθέντα πλεονεκτήματα, η τεχνολογία των εμβολίων συνθετικών πεπτιδίων παρουσιάζει κάποιες πρακτικές και θεωρητικές δυσκολίες. Για παράδειγμα, ο περιορισμός της ανοσολογικής απόκρισης μόνο σε συγκεκριμένους επίτοπους μειώνει το εύρος της απόκρισης και οδηγεί στην επιλογή κυττάρων τελεστών που είναι ανίκανα να αποκριθούν σε «παραλλαγές διαφυγής» των στελεχών των παθογόνων. Επιπλέον, δεδομένου ότι η επιλογή των επίτοπων περιορίζεται μόνο στις γραμμικές μορφές τους, οι επίτοποι που αναδιαμορφώνονται δομικά είναι δύσκολο να αναπαρασταθούν. Ευτυχώς, η συγκρότηση των πεπτιδίων σε κατάλληλες «ραχοκοκαλιές», οι οποίες μιμούνται τη φυσική στερεοδιαμόρφωση των επίτοπων, έχει επιτρέψει την επαγωγή βελτιωμένων ανοσολογικών αποκρίσεων. Παρά τις όποιες πρακτικές και θεωρητικές δυσκολίες, η τεχνολογία των εμβολίων συνθετικών πεπτιδίων είναι εξαιρετικά ευέλικτη και έχει μεγάλες δυνατότητες είτε ως αυτόνομη στρατηγική είτε σε συνδυασμό με τις άλλες εμβολιαστικές τεχνολογίες.

Τοξικογενή εμβόλια

Για την παρασκευή των τοξικογενών εμβολίων (αλλιώς γνωστά ως εμβόλια τοξοειδών) χρησιμοποιούνται αδρανοποιημένες τοξίνες, οι οποίες είναι επιβλαβείς ουσίες που παράγονται και εκκρίνονται από τα βακτήρια. Αυτά τα εμβόλια επάγουν μια ανοσολογική απόκριση έναντι του παράγοντα που προκαλεί την ασθένεια, δηλαδή την τοξίνη, παρά έναντι του ίδιου του βακτηρίου. Οι βακτηριακές τοξίνες προκαλούν αρκετές ασθένειες όπως τη διφθερίτιδα, τον τέτανο, την αλλαντίαση, τη χολέρα, την ψευδομεμβρανώδη κολίτιδα κα.

Η αδρανοποίηση των τοξινών τυπικά επιτυγχάνεται μέσω χημικών (πχ. φορμαλδεΰδη) ή φυσικών (πχ. pH, θερμότητα) μεθόδων, οι οποίες προκαλούν αλλαγές σε συγκεκριμένα αμινοξέα και επάγουν μικρές στερεοδιαμορφωτικές αλλαγές στη δομή της τοξίνης. Γενικά, εφαρμόζονται διαδικασίες ήπιας αδρανοποίησης ώστε να εξαλειφθούν οι δυσμενείς βιολογικές επιδράσεις των τοξινών ενώ διατηρούνται οι φυσικοχημικές ιδιότητες, η δομή και η ανοσογονικότητα τους. Η αδρανοποίηση με φορμαλδεΰδη υπό συγκεκριμένες συνθήκες θεωρείται ανώτερη συγκριτικά με την αδρανοποίηση μέσω θερμότητας, καθώς διατηρεί τη δευτεροταγή/τριτοταγή δομή των τοξινών, βελτιώνει τη θερμική σταθερότητα και μειώνει τη συσσωμάτωση τους, οδηγώντας έτσι σε υψηλή ανοσογονικότητα.

Η ανοσοποίηση με αδρανοποιημένες τοξίνες δημιουργεί ανοσολογικές αποκρίσεις που διαμεσολαβούνται από τα αντισώματα, τα οποία αποτρέπουν και εξουδετερώνουν τις κυτταροπαθολογικές επιδράσεις των βακτηριακών τοξινών στους ιστούς, μειώνουν τη διεισδυτικότητα των βακτηρίων και καθιστούν τον εισβάλλοντα μικροοργανισμό ακίνδυνο. Παρόλο που η ανοσολογική απόκριση δεν στοχεύει το βακτήριο, αλλά τις παραγόμενες τοξίνες, τελικά τα βακτήρια που προκαλούν την ασθένεια εξαλείφονται μέσω ενός ή όλων από τους ακόλουθους τρόπους: τη δραστηριοποίηση των κυττάρων του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος, τη χρήση άλλων θεραπευτικών μεθόδων (πχ. αντιβιοτικά) και τον ανταγωνισμό μεταξύ των παθογόνων βακτηρίων και αυτών του φυσιολογικού μικροβιώματος.

Τα τοξικογενή εμβόλια είναι ασφαλή, σταθερά και κατάλληλα για μακροχρόνια αποθήκευση, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις χρειάζεται να παρασκευαστούν με την προσθήκη ανοσοενισχυτικών. Τα τοξικογενή εμβόλια συχνά προκαλούν τοπικές αντιδράσεις στο σημείο της ένεσης που συχνά υποχωρούν σε 48 έως 72 ώρες κατόπιν της ανοσοποίησης και οι οποίες συνήθως προκαλούνται από το χρησιμοποιούμενο ανοσοενισχυτικό. Συμπερασματικά, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας αδρανοποίησης και η επιλογή του ανοσοενισχυτικού αποτελούν παράγοντες-κλειδιά για τη διασφάλιση της επιτυχίας αυτής της εμβολιαστικής τεχνολογίας.

Πίνακας 6. Παραδείγματα πολυσακχαριδικών εμβολίων που έχουν λάβει έγκριση από τον FDA1 και τον EMA2

Πολυσακχαριδικά εμβόλια

Η τεχνολογία των πολυσακχαριδικών εμβολίων βασίζεται στη χρήση πολυμερών υδατανθρακών (τεϊχοϊκά οξέα, πεπτιδογλυκάνες, γλυκοπρωτεΐνες) που φυσιολογικά συνθέτουν την πολυσακχαριδική κάψα ορισμένων βακτηριακών παθογόνων. Παραδείγματα τέτοιων βακτηρίων που φέρουν πολυσακχαριδική κάψα είναι τα Haemophilus influenzae, Neisseria meningitidis και Streptococcus pneumoniae, τα οποία προκαλούν απειλητικές για τη ζωή λοιμώξεις όπως μηνιγγίτιδα, σήψη και πνευμονία.

Πίνακας 7. Παραδείγματα συζευγμένων πολυσακχαριδικών εμβολίων που έχουν λάβει έγκριση από τον FDA1 και τον EMA2

Η χρήση των πολυσακχαριτών για την ανάπτυξη εμβολίων είναι καίρια όταν οι μέθοδοι αδρανοποίησης αποδεικνύονται αναποτελεσματικές. Δεδομένου ότι οι πολυσακχαρίτες δεν υποβάλλονται σε επεξεργασία και δεν παρουσιάζονται στα μόρια MHC όπως οι πρωτεΐνες, οι ανοσολογικές αποκρίσεις που επάγονται μέσω των πολυσακχαριδικών εμβολίων είναι ανεξάρτητες από τα Τ κύτταρα και δεν διαμεσολαβούνται από τα CD4+ και CD8+ Τ κύτταρα. Αντ’ αυτού, ένας συγκεκριμένος υπότυπος Β κυττάρων στον σπλήνα (CD21+ B κύτταρα της οριακής ζώνης) διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο στην ανίχνευση και τη δέσμευση γυμνών ή επικαλυμμένων με τα μόρια του συμπληρώματος πολυσακχαριδικών αντιγόνων – αυτή η αλληλεπίδραση τελικά ενεργοποιεί τα Β κύτταρα για να εκκρίνουν αντισώματα IgM.

Παρά τη σχετική αποτελεσματικότητα σε ενήλικες, η τεχνολογία των πολυσακχαριδικών εμβολίων έχει αποδειχθεί ανεπιτυχής στην επαγωγή προστατευτικών ανοσολογικών αποκρίσεων σε παιδιά μικρότερα των 2 ετών, καθώς τα βρεφικά CD21+ B κύτταρα της οριακής ζώνης δεν έχουν ακόμα αναπτυχθεί πλήρως και δεν μπορεί να επαχθεί η ανοσολογική απόκριση μέσω των αντισωμάτων IgM. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η προσθήκη ανοσοενισχυτικών και ο σχηματισμός συζευγμάτων έχουν χρησιμοποιηθεί για την επαγωγή απόκρισης μέσω των Τ κυττάρων και τη βελτίωση της ανοσογονικότητας αυτής της εμβολιαστικής τεχνολογίας.

Τα συζεύγματα πολυσακχαριτών παράγονται με την ομοιοπολική πρόσδεση του πολυσακχαρίτη με μία πρωτεΐνη-μεταφορέα, όπως είναι το τοξοειδές της διφθερίτιδας ή το τοξοειδές του τετάνου. Ο μηχανισμός δράσης ενός συζευγμένου πολυσακχαριδικού εμβολίου είναι όμοιος με αυτόν των πολυσακχαριδικών εμβολίων. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, η συζευγμένη πρωτεΐνη και ο πολυσακχαρίτης παρουσιάζονται σε μόρια MHC τάξης ΙΙ, οδηγώντας σε αναγνώριση από τους υποδοχείς TCR και ενεργοποίηση της απόκρισης μέσω των Th κυττάρων. Συνεπώς, βελτιώνεται η ποιότητα των αντισωμάτων που παράγονται (IgG έναντι IgM) αλλά και η ανοσολογική μνήμη.

Πίνακας 8. Παραδείγματα εμβολίων ιικών φορέων που έχουν λάβει έγκριση από τον FDA1 και τον EMA2

Εμβολιαστικές πλατφόρμες επόμενης γενιάς

Η ανάπτυξη εμβολίων κατά αναδυόμενων παθογόνων που έχουν τη δυναμική να προκαλέσουν πανδημία δεν είναι εφικτή χρησιμοποιώντας τις συμβατικές εμβολιαστικές τεχνολογίες, λόγω εγγενών παρασκευαστικών ζητημάτων που έχουν συζητηθεί στις προηγούμενες ενότητες. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν εμβολιαστικές πλατφόρμες που θα επιτρέπουν την ταχεία και αποτελεσματική αντιμετώπιση απειλητικών πανδημιών. Ένα άλλο επιθυμητό χαρακτηριστικό των νέων εμβολιαστικών τεχνολογιών είναι η δυνατότητα προσαρμογής του σχεδιασμού του εμβολίου (όμοια με την προσαρμογή μιας μαγειρικής συνταγής), η οποία καθιστά εφικτή τόσο τη γοργή απόκριση αλλά και τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή, η οποία συνδέεται με μικρότερο ενεργειακό αποτύπωμα, χαμηλότερο κόστος και ευκολότερη εγκατάσταση και παραγωγή στις περισσότερες γεωγραφικές περιοχές του πλανήτη. Η ανάπτυξη των ιικών φορέων για τη γονιδιακή θεραπεία και η χρήση των νουκλεϊκών οξέων για την κωδικοποίηση αντιγόνων, σε συνδυασμό με τα νεότερα τεχνολογικά επιτεύγματα της μοριακής βιολογίας και βιοπληροφορικής, έχουν επιτρέψει την ανάπτυξη εμβολιαστικών πλατφόρμων που πληρούν τα παραπάνω κριτήρια. Ωστόσο, οι νέες τεχνολογίες δεν μπορούν να παράγουν εμβόλια που χρησιμοποιούν μη πρωτεϊνικά αντιγόνα (πχ. πολυσακχαρίτες), καθώς αυτά δεν κωδικοποιούνται από τα νουκλεϊκά οξέα, και συνεπώς, οι συμβατικές τεχνολογίες θα παραμείνουν το σημείο αναφοράς για την παραγωγή τέτοιων εμβολίων.

Στις ακόλουθες ενότητες γίνεται αναφορά στις εμβολιαστικές τεχνολογίες της επόμενης γενιάς, τους μηχανισμούς δράσης, τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς τους.

Εμβόλια βακτηριακών φορέων

Η χρήση ζωντανών βακτηριακών κυττάρων έχει αναδειχθεί ως μία ενδιαφέρουσα προσέγγιση παραγωγής νέων εμβολίων με υποσχόμενα ερευνητικά αποτελέσματα. Οι βακτηριακοί φορείς διακρίνονται σε μη παθογόνους και εξασθενημένους παθογόνους. Τα βακτήρια χρησιμοποιούν τις βλεννογόνες μεμβράνες του οργανισμού για να εισέλθουν σε αυτόν και να προκαλέσουν λοίμωξη, καθιστώντας τα κατάλληλα ως φορείς εμβολίων για χορήγηση στους βλεννογόνους και επαγωγή βλεννογονικής ανοσίας. Παρόλα αυτά, το μεγαλύτερο μειονέκτημα των εμβολίων βακτηριακών φορέων είναι ο κίνδυνος μόλυνσης ειδικά σε παιδιά, ηλικιωμένους και ανοσοκατασταλμένα άτομα. Συνεπώς, μη παθογόνα βακτήρια, όπως τo είδος Lactobacillus, μπορεί να είναι πιο ταιριαστοί φορείς εμβολίων. Στον αντίποδα, οι τεχνικές γενετικής μηχανικής έχουν καταστήσει δυνατή την αναγνώριση και διαγραφή κρίσιμων βακτηριακών γονιδίων λοιμοτοξικότητας, επιτρέποντας την εξασθένηση επικίνδυνων βακτηρίων ώστε αυτά να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βακτηριακοί φορείς εμβολίων που δεν θα μπορούν να ανακτήσουν τη μολυσματικότητα τους.

Εμβόλια ιικών φορέων

Τα εμβόλια που χρησιμοποιούν ιικούς φορείς προέρχονται από ιούς που έχουν κατασκευαστεί γενετικά για να κωδικοποιούν τα γονίδια ενός ή περισσότερων αντιγόνων – δηλαδή τα γονίδια των αντιγόνων έχουν κλωνοποιηθεί στο γενετικό υλικό ενός ιού που αποτελεί τον ιικό φορέα. Οι ιικοί φορείς μπορεί να είναι έτσι κατασκευασμένοι ώστε να μην μπορούν να αντιγραφούν στα κύτταρα του ξενιστή (το εμβολιαζόμενο άτομο δηλαδή) αλλά να διατηρούν την ικανότητα μόλυνσης και έκφρασης του κλωνοποιημένου αντιγόνου στα κύτταρα του ξενιστή. Από την άλλη, κάποιοι ιικοί φορείς που χρησιμοποιούνται ως εμβόλια διατηρούν την αντιγραφική τους ικανότητα (πχ. το εμβόλιο ενάντια στον ιό Έμπολα, που χρησιμοποιεί ως ιικό φορέα τον ιό της φυσαλιδώδους στοματίτιδας). Γενικά, οι ανίκανοι προς αντιγραφή ιικοί φορείς είναι πιο ασφαλείς και παρασκευάζονται ευκολότερα.

Η εμβολιαστική πλατφόρμα των ιικών φορέων συνήθως μιμείται τη φυσική μόλυνση για να επάγει ισχυρές χυμικές και κυτταρικές (CD4+ και CD8+) αποκρίσεις. Οι παρατηρούμενες ισχυρές ανοσολογικές αποκρίσεις με τα εμβόλια των ιικών φορέων οφείλονται σε μια σωρεία παραγόντων όπως τον ευρύ τροπισμό, την ιδιαίτερα υψηλής απόδοσης επιμόλυνση των κυττάρων του ξενιστή με τους ιικούς φορείς, την ισχυρή έκφραση των γονιδίων των αντιγόνων λόγω των πολύ αποτελεσματικών ρυθμιστικών περιοχών που καθοδηγούν τη γονιδιακή μεταγραφή (προαγωγείς – promoters) και τη μακροζωία της γονιδιακής έκφρασης των αντιγόνων και της έμφυτης ανοσογονικότητας του ιικού φορέα.

Οι ιικοί φορείς χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο για την παραγωγή προφυλακτικών εμβολίων χάρη στην ευελιξία της συγκεκριμένης εμβολιαστικής πλατφόρμας και την ικανότητα για ταχεία ανάπτυξη σε περίπτωση επιδημίας ή πανδημίας. Επιπρόσθετα της υψηλής ανοσογονικότητας τους, τα εμβόλια των ιικών φορέων παρασκευάζονται εύκολα, και σε κάποιες περιπτώσεις είναι πιο ασφαλή συγκριτικά με τα εμβόλια αδρανοποιημένων ή ζώντων εξασθενημένων παθογόνων. Χάρη στην υψηλή τους ανοσογονικότητα, τα εμβόλια ιικών φορέων συνήθως προορίζονται για μία μόνο χορήγηση ή ως ένα επιμέρους συστατικό ενός ετερόλογου εμβολιαστικού σχήματος.

Ανάμεσα στους σημαντικούς περιορισμούς αυτής της εμβολιαστικής πλατφόρμας περιλαμβάνονται η προϋπάρχουσα ανοσία του οργανισμού στον ιικό φορέα και η μειούμενη αποτελεσματικότητα των επακόλουθων χορηγήσεων εξαιτίας της αναπτυσσόμενης ανοσίας έναντι του ιικού φορέα.

Εμβόλια DNA

Κατόπιν της ανάδυσης της τεχνολογίας των εμβολίων συνθετικού DNA στις αρχές της δεκαετίας του 1990, η εφαρμογή τους έχει ερευνηθεί εκτενώς έναντι αρκετών παθογόνων (πχ. ιοί HIV, Έμπολα, HPV, Ζίκα, SARS-CoV-2). Τα εμβόλια DNA είναι μεγάλα, πολυανιονικά μόρια, ευαίσθητα στις νουκλεάσες (ένζυμα που αποδομούν τα νουκλεϊκά οξέα) και παρουσιάζουν λιγότερο αποτελεσματική παθητική είσοδο στα κύτταρα. Ως εκ τούτου, διάφορες μέθοδοι (gene gun, ηλεκτροδιάτρηση, συστήματα νανοσωματιδίων) εφαρμόζονται κλινικά για να αυξηθεί η πρόσληψη του συνθετικού DNA σε ζώντες οργανισμούς (in vivo).

Το συνθετικό DNA που χορηγείται στον μυ θεωρητικά διαμολύνει τα μυοκύτταρα, τα κερατινοκύτταρα και τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα που βρίσκονται στον μυϊκό ιστό. Το DNA που εισέρχεται στα κύτταρα μεταφέρεται στον πυρήνα, μεταγράφεται σε αγγελιαφόρο RNA (messenger RNA – mRNA) και εξάγεται από τον πυρήνα για να μεταφραστεί σε πρωτεΐνη. Το παραγόμενο αντιγόνο μπορεί να παρουσιαστεί σε μόρια MHC τάξης Ι και ΙΙ – γεγονός που εξηγεί μερικώς την ισχυρή απόκριση των Τ κυττάρων. Τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα που εκφράζουν το αντιγόνο μπορεί να μετακινηθούν απευθείας στον κοντινό λεμφικό ιστό ώστε να επάγουν την ανοσολογική απόκριση. Στον αντίποδα, τα αντιγόνα που εκφράζονται στα μυικά κύτταρα μπορεί να προκαλέσουν τοπικές αποκρίσεις. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα διάφορα βήματα της ανοσολογικής απόκρισης μετά από τη χορήγηση ενός εμβολίου DNA, ο αναγνώστης καλείται να ανατρέξει στην πρωτότυπη πηγή (παρατίθεται στο τέλος του παρόντος άρθρου). Είναι σημαντικό, ωστόσο, να αναφερθεί ότι τα εμβόλια DNA μπορούν να επάγουν τόσο τη χυμική όσο και την κυτταρική ανοσία, μια ικανότητα χάρη στην οποία διαφοροποιείται αυτή η εμβολιαστική πλατφόρμα από τις πιο συμβατικές τεχνολογίες που έχουν περιγραφεί παραπάνω.

Συγκριτικά με τις συμβατικές εμβολιαστικές πλατφόρμες, τα εμβόλια DNA παρασκευάζονται πιο γρήγορα, πιο εύκολα και με λιγότερο κόστος. Επιπρόσθετα, τα εμβόλια DNA είναι επιδεκτικά λυοφιλοποίησης, θερμοσταθερά και επιδεικνύουν μεγάλη φαρμακευτική σταθερότητα, η οποία επιτρέπει τη μακροχρόνια αποθήκευση τους. Οι πρόσφατες και συνεχόμενες τεχνολογικές και επιστημονικές εξελίξεις έχουν επιφέρει τη βελτίωση της δραστικότητας και της ασφάλειας των εμβολίων DNA.

Παρόλα αυτά, ζητήματα ασφαλείας εγείρονται εξαιτίας της πιθανότητας ενσωμάτωσης του χορηγούμενου συνθετικού DNA στο γονιδιωματικό DNA που βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων. Βέβαια, τα πειραματικά δεδομένα υποδηλώνουν ότι ο κίνδυνος ενσωμάτωσης του συνθετικού DNA στο γονιδιωματικό DNA είναι μόνο υποθετικός, με τα όποια καταγεγραμμένα εξαιρετικά σπάνια συμβάντα να είναι πολύ πιο κάτω από τα όρια του FDA. Αν και μέχρι πολύ πρόσφατα, τα εμβόλια DNA λάμβαναν έγκριση μόνο για κτηνιατρική χρήση, το φθινόπωρο του 2021 έλαβε έγκριση για χρήση στους ανθρώπους το πρώτο εμβόλιο DNA, έναντι του SARS-CoV-2, στην Ινδία.[4] Το τοπίο αναμένεται να αλλάξει ακόμα περισσότερο και περισσότερα εμβόλια DNA θα είναι διαθέσιμα για χρήση σε ανθρώπους, μιας και πολυάριθμες είναι οι κλινικές μελέτες εμβολίων DNA που βρίσκονται σε εξέλιξη.

Πίνακας 9. Παραδείγματα εμβολίων mRNA που έχουν λάβει έγκριση από τον FDA1 και τον EMA2

Εμβόλια mRNA

Το σκεπτικό της θεραπευτικής χρήσης του mRNA ξεπρόβαλλε πριν από περισσότερο από τρεις δεκαετίες, όταν επιστήμονες – μεταξύ των οποίων κι ένας Έλληνας, ο Γεώργιος Δημητριάδης – παρουσίασαν τις πρώτες αποδείξεις ότι το ενδογενώς (κυτταρικά) παραγόμενο και μεταγραφόμενο in vitro (σε συνθήκες κυτταροκαλλιεργειών) mRNA μπορούσε να χορηγηθεί σε κύτταρα και ζώα για να εκφραστεί σε πρωτεΐνη. Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα των μελετών που ακολούθησαν αυτή την ανακάλυψη, παρουσιάστηκαν σημαντικοί περιορισμοί όπως η ισχυρή φλεγμονή και η μειωμένη μετάφραση in vivo εξαιτίας του μικρού χρόνου ημιζωής των μορίων mRNA. Επιπρόσθετα αυτών, η παρεμπόδιση της μετάφρασης του mRNA εξαιτίας της φλεγμονής, η φυσικοχημική αστάθεια, η αυξημένη ευαισθησία στις νουκλεάσες και η πολύ χαμηλή ικανότητα διαμόλυνσης των εμβολίων mRNA περιόρισαν ακόμα περισσότερο την κλινική και θεραπευτική εφαρμογή της εμβολιαστικής πλατφόρμας του mRNA. Χάρη όμως στις πολύ πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, που περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων την ανακάλυψη ικανών και ασφαλών συστημάτων χορήγησης (λιπιδικά νανοσωματίδια), αλλά και εξαιτίας της ανάγκης που παρουσιάστηκε λόγω της πανδημίας COVID-19, τα πρώτα εμβόλια mRNA έχουν ήδη λάβει έγκριση και χρησιμοποιούνται στους ανθρώπους κατά του SARS-CoV-2.

Τα εμβόλια mRNA διακρίνονται σε 3 κύριες κατηγορίες: α) εμβόλια συμβατικού mRNA, β) εμβόλια αυτο-πολλαπλασιαζόμενου (self-amplifying) mRNA, και γ) εμβόλια κυκλικού mRNA. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τους βιολογικούς μηχανισμούς και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της καθεμιάς κατηγορίας εμβολίων mRNA, ο αναγνώστης καλείται να ανατρέξει στην πρωτότυπη πηγή. Γενικώς, οι ανοσοαποκρίσεις στα εμβόλια mRNA εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το σύστημα χορήγησης, την ανοσογονικότητα του κωδικοποιημένου αντιγόνου και τη μακροζωία και τον υποκυτταρικό εντοπισμό της έκφρασης του αντιγόνου. Μεταξύ των οδών χορήγησης των εμβολίων mRNA, η ενδομυική και η ενδοδερμική σχετίζονται με την υψηλότερη ανοσογονικότητα. Συγκριτικά με τα εμβόλια συνθετικού DNA, τα εμβόλια mRNA μετά από την είσοδο τους στα κύτταρα κατευθείαν μεταφράζονται στο κυτταρόπλασμα και οι παραγόμενες πρωτεΐνες υπόκεινται σε επεξεργασία και παρουσίαση στα μόρια MHC τάξης Ι και ΙΙ, ακολουθούμενες από παρουσίαση στα CD4+ και CD8+ Τ κύτταρα στους παρακείμενους λεμφαδένες. Καθώς τα εμβόλια mRNA δεν χρειάζεται να εισέλθουν στον κυτταρικό πυρήνα, η κινητική έκφρασης των κωδικοποιημένων αντιγόνων είναι πολύ ταχύτερη από αυτή των εμβολίων DNA, και συνήθως κορυφώνεται περίπου 4 ώρες κατόπιν της χορήγησης. Επίσης, σε σχέση με τις συμβατικές τεχνολογίες, τα ενδομυικώς και ενδοδερμικώς χορηγούμενα εμβόλια mRNA σχετίζονται με μια πιο μακρόβια αντιγονική παρουσίαση, εξαιτίας της διαρκούς έκφρασης του αντιγόνου για μέχρι και 10 μέρες από τη στιγμή της χορήγησης.

Σε σύγκριση με τις τεχνολογίες των εμβολίων DNA και των ιικών φορέων, τα εμβόλια mRNA πρακτικά δεν παρουσιάζουν κανέναν κίνδυνο ενσωμάτωσης στο γονιδίωμα. Επιπρόσθετα, έχουν μεγαλύτερη αποδοτικότητα κόστους και παρασκευάζονται πιο εύκολα. Ωστόσο, τα ζητήματα της μειωμένης σταθερότητας σε θερμοκρασία δωματίου, η υψηλή αντιδραστικότητα και το σχετικά στενό παράθυρο ασφαλείας αποτελούν τους κυριότερους περιορισμούς της πλατφόρμας των εμβολίων mRNA. Μελλοντικά, η ανάπτυξη δραστικών και βιοαποικοδομήσιμων λιπιδίων, καθώς και νέων, πιο κατάλληλων σκευασμάτων, πολύ πιθανά θα διευθετήσει τα μειονεκτήματα των εμβολίων mRNA.

Προκλήσεις και ευκαιρίες στην ανάπτυξη εμβολίων

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της δημόσιας υγείας τίθεται από την ανάδυση νέων παθογόνων με υψηλότερη μεταδοτικότητα, δείκτη θνητότητας ή δυνατότητα ανοσοδιαφυγής. Η ανάπτυξη εμβολίων κατά των παθογόνων που διαφεύγουν της ανοσολογικής απόκρισης (πχ. HIV, φυματίωσης, ελονοσίας) δεν έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα επιτυχής και παραμένει μία μεγάλη πρόκληση για την επιστημονική κοινότητα μέχρι και σήμερα.

Ένα άλλο δύσκολο εμπόδιο αποτελεί η γενετική μεταβλητότητα κάποιων συγκεκριμένων παθογόνων και η ικανότητα τους να μεταλλάσσονται ταχύτατα, χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να διαφεύγουν από την ανοσολογική απόκριση και καταστούν τα ήδη υπάρχοντα εμβόλια αναποτελεσματικά. Σε κάποιο βαθμό, οι πλατφόρμες επόμενης γενιάς, που εύκολα και γρήγορα μπορούν να προσαρμοστούν σε αναδυόμενα παθογόνα, θα μπορούσαν να επιλύσουν εν μέρει αυτό το ζήτημα.

Ταυτόχρονα, οι συντονισμένες προσπάθειες μεταξύ των κρατών για την επιτήρηση και παρακολούθηση παθογόνων που έχουν το δυναμικό να εξελιχθούν σε επιδημία ή πανδημία είναι ένας ακόμα σημαντικός παράγοντας για τη γρήγορη και αποτελεσματική αντιμετώπιση αυτών των παθογόνων. Προς την ίδια κατεύθυνση, οι εθνικές και διεθνείς προσπάθειες για την επίλυση ζητημάτων διαθεσιμότητας των ακατέργαστων συστατικών υλικών των εμβολίων, παράλληλα με την αυξημένη προθυμία όλων των πλευρών να μοιραστούν την πνευματική ιδιοκτησία και τα διαθέσιμα παρασκευασμένα εμβόλια, θα βοηθήσουν ώστε να ξεπεραστούν τα ζητήματα πρόσβασης στα εμβόλια.

Οι πλατφόρμες επόμενης γενιάς θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν ώστε να ανιχνευθούν περισσότερο συντηρημένες ανοσογονικές αλληλουχίες και να υπερκεραστεί το εμπόδιο της αντιγονικής ποικιλομορφίας στα παθογόνα που παρουσιάζουν γενετική μεταβλητότητα. Η μηχανική μάθηση και οι υπολογιστικές αναλύσεις μπορούν άλλωστε να συνεισφέρουν στην κατανόηση των ανοσογονικών συστατικών των παθογόνων και στην πρόβλεψη των προτύπων εξέλιξης τους. Επιπρόσθετα, η βαθύτερη κατανόηση της ανοσοβιολογίας μπορεί να συνδράμει στην ανάπτυξη εμβολίων με δυνατότητα πρόκλησης ισχυρότερης ανοσολογικής απόκρισης σε ειδικούς πληθυσμούς, όπως στους ηλικιωμένους και τους ανοσοκατεσταλμένους.

Συμπεράσματα

Η πρόσφατη διαδεδομένη εμφάνιση άκρως μολυσματικών ασθενειών όπως αυτών των ιών Έμπολα, MERS και SARS-CoV-2 επανέφερε στο προσκήνιο την καίρια σημασία του εμβολιασμού ενάντια σε θανατηφόρα παθογόνα. Οι συμβατικές εμβολιαστικές τεχνολογίες όρισαν την ανάπτυξη εμβολίων κατά τον προηγούμενο αιώνα, προστατεύοντας αποτελεσματικά από ασθένειες με υψηλά ποσοστά αναπηρίας και θνησιμότητας όπως η ευλογιά, η πολιομυελίτιδα και η ιλαρά. Αν και είναι καλά κατανοητές και αποτελεσματικές, αυτές οι τεχνολογίες περιορίζονται όχι μόνο από την αργή, εμπειρική και δαπανηρή ανάπτυξη τους αλλά και από τη βραχύβια προστασία που παρέχουν έναντι πολλών παθογόνων. Οι τεχνολογικές εξελίξεις της γενετικής μηχανικής και των τεχνικών κυτταροκαλλιεργειών θα μπορούσαν να συνεισφέρουν στη μείωση του κόστους, στην ενίσχυση της παραγωγής, στην αύξηση της τεχνογνωσίας και στη βελτίωση της ικανότητας ταχύτερης απόκρισης σε ταχέως αναδυόμενα και απειλητικά για τη δημόσια υγεία παθογόνα. Οι εμβολιαστικές πλατφόρμες επόμενης γενιάς, όπως τα εμβόλια mRNA και DNΑ, προσφέρουν μία συναρπαστική και πολλά υποσχόμενη οδό για την ανάπτυξη εμβολίων, ειδικά κατά σύνθετων παθογόνων με υψηλή ικανότητα ανοσοδιαφυγής, λόγω του χαμηλού κόστους, της ασφάλειας, της υψηλής δραστικότητας και της ταχείας μαζικής ανάπτυξης τους. Επιπρόσθετα, αυτές οι νέες τεχνολογίες πιθανά να προσφέρουν επιτυχημένες θεραπευτικές λύσεις για μη μολυσματικές ασθένειες όπως είναι ο καρκίνος. Αναμφίβολα, η περαιτέρω χρηματοδότηση και αποτελεσματική παρακολούθηση των νέων δεδομένων που προκύπτουν θα συνεισφέρουν στον καθορισμό μιας νέας εποχής εμβολιολογίας και στον μετριασμό παρόντων και μελλοντικών απειλών δημόσιας υγείας.

https://hellenicmedicalreview.gr/