Вакцины и сыворотки

Одним из важнейших направлений прикладной микробиологии является создание эффективных препаратов для иммунопрофилактики и иммунотерапии инфекционных заболеваний. Среди таких препаратов различают:

1) вакцины и анатоксины — препараты для индукции в организме специфического иммунного ответа с формированием активного противоинфекционного иммунитета за счет мобилизации механизмов иммунологической памяти;

2) иммунные сыворотки и иммуноглобулины — препараты, содержащие готовые специфические антитела (иммуноглобули­ны), введение которых в организм приводит к немедленному приобретению пассивного гуморального иммунитета, способного защитить организм от интоксикации или инфекции.

Название «вакцины» было дано Л. Пастером всем прививочным препаратам, полученным из микроорганизмов и их продуктов. Э. Дженнером была получена первая живая вакцина, содержащая вирус коровьей оспы (vaccinus — коровий), идентичный по антигенным свойствам вирусу натуральной оспы человека, но маловирулентный для человека. Таким образом, первый вакцинный штамм был заимствован из природы. Заслугой Л. Пастера была разработка принципов направленного получения вакцинных штаммов — селекция спонтанных мутантов с пониженной вирулентностью и сохранными иммуногенными свойствами путем культивирования их в определенных условиях или пассирования через организм устойчивых к данной инфекции животных. Исходя из этих принципов были получены вакцины первого поколения: против бешенства, туберкулеза, чумы, туляре­мии, сибирской язвы, полиомиелита, кори, паротита и др.

Вакцины - препараты, полученные из бактерий, вирусов и других микроорганизмов, их химических компонентов, продуктов жизнедеятельности или искусственным  рекомбинантним путем, которые применяются для активной иммунизации людей и животных с целью профилактика и лечения инфекционных болезней.

Различают:

• моновакцины, предназначенные для профилактики одного инфекционного заболевания (противокоревая, против гепатита В, брюшнотифозная и т.д.);

• поливалентные вакцины, в состав которых входят антигенные комплексы из разных штаммов одного вида микроорганизмов (противогриппозная);

• комбинированные или ассоциированные вакцины, которые содержат антигенные комплексы несколько видов микроорганизмов, обеспечивающие формирование иммунитета против нескольких заболеваний одновременно (АКДС – адсорбированная коклюшно-дифтерийно-столбнячная вакцина).

Требования, предъявляемые к вакцинам:

Вакцина должна быть:

• иммуногенной, т. е. должна обеспечивать длительную и надежную противоинфекционную защиту;

• безопасной (ареактогенной), т. е. должна индуцировать протективный иммунитет с минимальными побочными эффектами для большинства вакцинированных;

• доступной для массового использования, что определяется низкой себестоимостью и простым способом введения;

• должна обладать достаточной биологической стабильностью при транспортировке и хранении.

Виды вакцин

В зависимости от состояния иммуногена выделяют различные виды вакцин: живые, инактивированные, химические а также анатоксины.

Живые вакцины создают, как правило, напряженный иммунитет, сходный с постинфекционным. В большинстве случаев достаточно бывает однократной вакцинации живой вакциной, так как вакцинный штамм может размножаться и персистировать в организме. Вакцинные штаммы утрачивают свои патогенные свойства и теряют способность вызывать у человека инфекционное заболевание, но сохраняют способность размножаться в месте введения, а в дальнейшем в лимфатических узлах и внутренних органах. Инфекция, искусственно вызванная введением вакцины, продолжается в течение определенного времени, не сопровождается клинической картиной заболевания и стимулирует образование иммунитета к патогенным штаммам микроорганизмов. В единичных случаях могут возникнуть заболевания, вызванные непосредственно введением вакцины. Иногда причиной является ослабленный иммунитет прививаемого, иногда — остаточная вирулентность вакцинного штамма.

Применение живых вакцин опасно для людей (особенно детей) с врожденными или приобретенными иммунодефицитными состояниями, на фоне которых возбудители с пониженной вирулентностью могут вызвать тяжелые инфекционные осложнения.

Живые вакцины создают более длительный и прочный иммунитет, чем инактивированные и химические вакцины. Иногда для создания такого прочного иммунитета достаточно однократного введения вакцины. Именно в связи с тем, что вакцины изготовлены на основе живых микроорганизмов, следует соблюдать ряд требований для сохранения вакцин. Требования, обеспечивающие сохранение жизнеспособности микроорганизмов:

• живые вакцины следует хранить и транспортировать при температуре 4-8 °С;

• замораживание живых вакцин не оказывает существенного влияния на их активность;

• живые вакцины быстро утрачивают иммуногенные свойства в результате нагревания и иногда при комнатной температуре;

• потеря вакуума (нарушение целостности ампул) может привести к гибели препарата, вызванной проникновением воздуха и влаги; если содержимое ампулы изменило свой внешний вид или на ампуле заметны трещины, такие ампулы следует уничтожить;

• в процессе работы с вакцинами (то есть при вскрытии ампул, растворении вакцин и обработке инструментов) обязательно нужно следить за тем, чтобы препарат не подвергался воздействию повышенной температуры и не соприкасался с дезинфицирующими веществами, которые способны инактивировать микроорганизмы. В том случае, если вакцину наносят на кожу и предварительно обрабатывают кожу эфиром или спиртом, препарат следует наносить после испарения жидкостей;

• эффективность вакцинации может быть значительно понижена вследствие применения иммуноглобулинов, сульфаниламидов и антибиотиков за несколько дней до введения вакцины и через месяц — полтора после. Живыми являются вакцины против гриппа, кори, эпидемического паротита, полиомиелита, сибирской язвы, туберкулеза, туляремии, чумы, бруцеллеза и др

(Инактивированные) Убитые вакцины готовят из микроорганизмов, обладающих максимально выраженной иммуногенностью, инактивированных прогреванием, УФ-лучами или химическими веществами (формалином, фенолом, спиртом и др.) в условиях, исключающих денатурацию антигенов. Примерами убитых вакцин могут служить вакцины против коклюша, лептоспироза, клещевого энцефалита.

Различают цельноклеточные, субъединичные, рекомбинантные вакцины и сплит-вакцины.

Цельноклеточные (цельновирионные) вакцины приготовляют путем лиофилизированного высушивания (при низкой температуре в условиях вакуума), нагревания или обработки химическими веществами (формалином, формальдегидом). К ним относятся вакцины против коклюша (АКДС), вирусного гепатита А («Вакта», «Аваксим», «ГЕП-А-ин-ВАК»), клещевого энцефалита («Концентрированная сухая вакцина»), «Инактивированная цельновирионная гриппозная вакцина», «Холерная вакцина», «Лептоспирозная концентрированная жидкая вакцина» и др.

Субъединичные вакцины

Субъединичные вакцины содержат только поверхностные антигены, что позволяет уменьшить в вакцине содержание белка и, следовательно, снизить ее аллергенность. К субъединичным вакцинам относятся вакцины против пневмококковой («Пневмо 23»), менингококковой («Менинго А+С»), ге-мофильной («Акт-ХИБ») инфекций, гриппа («Гриппол», «Агриппал S1», «Инфлювак») и др.

Рекомбинантные вакцины

Рекомбинантные вакцины относятся к новому поколению иммунных препаратов, произведенных посредством встраивания антигена вируса в геном дрожжевых клеток. Представителем данной группы является вакцина против вирусного гепатита В («Энджерикс», «Комбиотех»).

Хранение и применение инактивированных вакцин:

• эта группа препаратов теряет свою иммуногенность и увеличивает реактогенность при замораживании;

• вакцины должны храниться при температуре 4-8°С;

• для создания длительной защиты требуется неоднократное введение инактивированных вакцин (так как их эффективность ниже, чем у живых).

Следует учитывать, что аттенуированный или убитый возбудитель, с точки зрения современной иммунлогии, это множество  различны  антигенных детерминант, из которых «протективностью», т. е. способностью индуцировать защитный иммунитет, обладают очень немногие. В связи с этим целесообразно усовершенствование вакцин путем использования компонентов бактериальных клеток и вирионов, обладающих наиболее выраженным протективным действием, и очистки вакцинных препаратов от токсичных или аллергизирующих компонентов. Выделение из бактериальных клеток компонентов, соответствующих протективным антигенам, позволило получить вакцины второго поколения — химические. По сравнению с убитыми и живыми вакцинами химические вакцины менее реактогенны. Примером может служить холерная вакцина, которая состоит из двух компонентов: холерогена-анатоксина и ЛПС, извлеченного из холерных вибрионов. Аналогами бактериальных химических вакцин являются вирусные субъединичные (расщепленные) вакцины, содержащие лишь некоторые наиболее иммуногенные компоненты вирионов. Примером является противогриппозная вакцина, включающая гемагглютинин и нейраминидазу, т. е. именно те антигены, против которых вырабатываются вируснейтрализующие антитела. Субъединичные вакцины оказались наименее реактогенными, но и наименее иммуногенными.

Для повышения иммуногенности химических и субъединичных вакцин к ним добавляют разного рода адъюванты (adjuvans — помогающий, поддерживающий): гидрооксид алю­миния, алюминиево-калиевые квасцы, фосфат алюминия и др. Те же адъюванты добавляют для повышения иммуногенности и к препаратам анатоксинов.

А натоксины получают путем обработки токсинов формалином (0,3 % раствор) при температуре 37 °С в течение 30 дней. При этом токсин утрачивает ядовитость, но сохраняет способность индуцировать синтез антитоксических антител. Анатоксинами широко пользуются для выработки активного антитоксического иммунитета при специфической профилактике столбняка, диф­терии и других инфекций, возбудители которых продуцируют экзотоксины.

Достижения современной фундаментальной иммунологии и молекулярной биологии позволяют получить в чистом виде анти­генные детерминанты (эпитопы). Правда, изолированная анти­генная детерминанта иммуногенностью не обладает. Поэтому создание вакцин новых поколений требует конъюгации антиген­ных детерминант с молекулой-носителем. В качестве носителей можно использовать как природные белки, так и синтетические полиэлектролиты. Конструирование таких искусственных вакцин позволяет соединить несколько эпитопов разной специфичности с общим носителем, ввести в такой комплекс необходимую адъювантную группировку.

Векторные вакцины. Векторные вакцины чаще всего готовятся на основе вируса висповакцини. В геном вируса одновременно вносят гены, которые кодируют антигенные детерминанты разных возбудителей  (вирусов бешенства, гриппа, ВИЧ, гепатита  В,  простого герпеса и тому подобное). Прививку осуществляют таким модифицированным вирусом висповакцины. В качестве векторов также используют аденовирусы, полиовирус, вирус ветрянки. Таким образом, векторные вакцины позволяют провести иммунизацию одномоментно против нескольких заболеваний, индуцируя эффективный иммунный ответ.

Антиидиотипические вакцины. Важные в иммуногенном отношении антигены некоторых  бактерий не имеют белковой структуры, что не позволяет их получить генно-инженерным способом. Поэтому начато создание антиидиотипних вакцин. Антиидиотипные вакцины – это  антитела (антитела второго  порядка), которые несут настоящий внутренний образ детерминант антигена и  вызывают при его отсутствии адекватный иммунный ответ. В данное  время разрабатывают такие вакцины против стрептококковой инфекции и гепатита В.

Другой принцип используется при создании вакцин сле­дующего поколения — генноинженерных: на основе картирования геномов микроорганизмов гены, контролирующие нужные антигенные детерминанты, переносят в геном других микроорганиз­мов и клонируют в них, добиваясь экспрессии этих генов в новых условиях.

Сравнительно недавно была обоснована принципиальная возможность получения вакцин на основе антиидиотипических антител. Это объясняется близким структурным сходством между эпитопом антигена и активным центром антиидиотипического антитела, распознающим идиотипический эпитоп антитела к данному антигену. Показано, например, что антитела против антитоксического иммуноглобулина (антиидиотипические) могут иммунизировать животное подобно анатоксину.

Вакцинация должна обеспечивать доставку антигенных эпитопов к иммунокомпетентным клеткам, при этом необходимо иск­лючить возможность изменения их структуры под действием ферментов. Одно из перспективных решений этой проблемы свя­зано с использованием липосом — микроскопических пузырьков, состоящих из двуслойных фосфолипидных мембран. Благодаря их сходству с клеточными мембранами липосомы не токсичны для организма, а заключенное в них вещество защищено от разбавления и деградации в крови. Липосомы способны адсорбироваться на клетках, причем их содержимое медленно поступает внутрь клетки. Фагоцитирующие клетки могут захватывать липосомы путем эндоцитоза с последующей деградацией их мембран. Антигены, включенные в состав поверхностной мембра­ны липосом, приобретают свойства адъюванта — способность вызывать сильный иммунный ответ. Другие антигены можно вводить в содержимое липосом. В эксперименте такие «липосомные» вакцины вызывали тысячекратное усиление иммунного ответа.

Часть вакцин используется для обязательной плановой вак­цинации детского населения: полиомиелитная   вакцина, коревая, паротитная, АКДС.

Другие вакцины обязательны для введения определенным контингентам в определенных районах (например, вакцина против клещевого энцефалита) или при опасности профессиональных контактов с возбудителем (например, вакцины против зооантропонозных инфекций). Только по эпидемиологическим по­казаниям начинают применять вакцины, предназначенные для предупреждения распространения эпидемий, например эпидемии гриппа.

При необходимости проведения массовой вакцинации населе­ния по эпидемиологическим показаниям в настоящее время применяют безыгольный струйный инъектор. В основе безыгольного метода введения препарата лежит способность тонкой струи жидкости, выходящей под большим давлением, пробивать кожу и проникать на определенную глубину. Преимуществами такого метода являются: высокая производительность и экономичность, техническая простота соблюдения стерильности, исключение возможности  передачи так называемых «шприцевых» инфекций. (гепатит В, СПИД) и безболезненность.

Общими требованиями к вакцинным препаратам являются: высокая иммуногенность (способность обеспечивать надежную противоинфекционную защиту), ареактогенность (отсутствие выраженных побочных реакций), безвредность и минимальное сенсибилизирующее действие.

До настоящего времени далеко не все вакцинные препараты отвечают этим требованиям. Применение многих вакцинных препаратов у определенной части вакцинированных людей сопровождается побочными реакциями и осложнениями. Частично осложнения являются следствием антигенной перегрузки, особенно у детей 1-го года жизни. В течение 1-го года жизни ребенок, как правило, получает 4—5 вакцинных препаратов. В течение первых 10 лет жизни «календарь прививок» создает высокую антигенную нагрузку на иммунную систему детского организма. Результатом может быть сенсибилизация, сопровождающаяся развитием гетероаллергии. Некоторые живые вакцины (против бешенства, против желтой лихорадки) у детей с иммунодефи-цитными состояниями оказываются энцефалитогенными. Осложнение при плановой вакцинации могут быть связаны с несоблюдением противопоказаний. К числу отдаленных осложнений вакцинации можно отнести развитие аутоиммунных заболеваний за счет действия перекрестно реагирующих антигенов в составе некоторых вакцин.

Значительно более ограничено применение вакцин с целью иммунотерапии, в основном при инфекциях с хроническим, за­тяжным течением. С этой целью применяют, например, убитые вакцины: стафилококковую, гонококковую, бруцеллезную. В одних случаях курс вакцинотерапии может оказывать иммуностимулирующее, в других — десенсибилизирующее действие.

Иммунные сыворотки и иммуноглобулины

При многих бактериальных и вирусных инфекциях антитела играют защитную роль, нейтрализуя экзотоксины и внеклеточные вирусы, способствуя очищению организма от бактерий. Однако накопление достаточного количества антител наблюдается, как правило, не ранее чем через 2—3 нед после начала заболевания. Поэтому искусственное создание пассивного иммунитета путем введения препаратов иммунных сывороток или иммуноглобулинов показано при многих инфекциях как с целью серотерапии, так и с целью экстренной серопрофилактики (при непосредственной угрозе заболевания).

Иммунные сыворотки получают путем многократной иммунизации (гипериммунизации) лошадей, от которых можно получить сравнительно много крови. Например, антитоксическую сыворотку получают путем гипериммунизации лошадей соответствующим анатоксином с последующей обработкой иммунной сыворотки для концентрации антител и очистки от балластных веществ  методами  ферментирования и диализа («Диаферм»). Силу антитоксических сывороток измеряют в международных единицах (ME) по способности нейтрализовать определенную дозу токсина.

Поскольку антитоксические лошадиные сыворотки являются гетерологичными, они могут вызывать, особенно при повторном введении в организм, аллергические реакции на чужеродный (лошадиный) белок. С этим связано правило обязательного предварительного контроля на чувствительность организма к ло­шадиному белку: путем постановки внутрикожной пробы с лошадиной сывороткой в разведении 1:100 в объеме 0,1 мл. Введение антитоксической лошадиной сыворотки допустимо лишь в случае отсутствия выраженной кожной реакции в течение 20—30 мин.

Целесообразно как можно более раннее введение антитокси­ческих иммунных сывороток, начиная от момента заражения, так как антитела способны нейтрализовать ядовитое действие токсина только до его адсорбции на клетке-«мишени».

Дальнейшее усовершенствование препаратов для создания пассивного иммунитета привело к выделению из иммунных сывороток очищенных и концентрированных препаратов — иммуноглобулинов. Расширяется использование гомологичных чело­веческих сывороток как основы для получения гомологичных иммуноглобулинов. Препараты иммуноглобулинов, полученные из нормальной или иммунной сыворотки и плазмы крови человека, в настоящее время широко применяются в медицинской практике.

Сырьем для приготовления нормального иммуноглобулина че­ловека может служить пул плазмы крови доноров, пул сыворотки плацентарной крови. Использование нормального иммуноглобулина человека для экстренной профилактики и лечения кори, коклюша, менингококковой инфекции, полиомиелита, скарлатины обусловлено присутствием антител против соответствующих возбудителей в крови взрослых людей. Присутствие этих антител может быть результатом бытовой иммунизации, перенесенных инфекций или вакцинации против них.

От специально иммунизированных доноров получают сыво­ротку крови для приготовления иммуноглобулинов целенаправленного действия для экстренной профилактики и лечения столбняка, клещевого энцефалита, гриппа, стафилококковой инфекции. Противостолбнячный донорский иммуноглобулин используют для экстренной профилактики столбняка у лиц, у ко­торых обнаружена повышенная чувствительность к лошадиному белку. Противоэнцефалитный иммуноглобулин получают из сывороток крови людей, проживающих в местах распространения данного заболевания, содержащих достаточно высокий уровень специфических противовирусных антител. Показанием к профи­лактическому введению такого препарата могут служить случаи выявления клещей на теле человека, находящегося в эндемическом районе. Гетерологичные препараты иммуноглобулинов с высокими титрами специфических антител могут быть приготовлены из сывороток гипериммунизированных животных.

Перспективы дальнейшего совершенствования препаратов для создания пассивного иммунитета связаны с получением препаратов моноклональных антител на основе гибридом из клеток человека. Такие препараты будут обладать наиболее целенаправленным действием при минимальных возможностях осложнений.