что такое деактивированный вирус
Что такое деактивированный вирус
Следует отметить, что наряду с очевидными достижениями в области инактивированных вирусных вакцин иммуногенность ряда препаратов отвечает лишь минимальным требованиям, а при некоторых заболеваниях (корь, респираторно-синцитиальная инфекция) вообще не удалось получить сколько-нибудь выраженного протективного эффекта за счет применения этого класса препаратов. Объясняется это тем, что во многих случаях трудно достичь сочетания гарантированной безопасности и высокой эффективности.
Это относится, прежде всего, к вакцинам против особо опасных возбудителей, при изготовлении которых приоритет отдается безопасности, даже если это идет в ущерб эффективности. Например, вирус гепатита А в культуральной среде в присутствии формалина (1:4000) не выявляли через 97 ч инкубации при 35°С. Однако для полной гарантии инактивации вируса его инкубировали при указанных условиях в течение 10 дней. При изготовлении вакцин против других особо опасных заболеваний продолжительность инактивации вируса обычно превышает минимальную в 2 и более раз, что, естественно, сказывается на снижении их иммуногенности.
Возникающие трудности удается в значительной мере преодолеть, если для изготовления инактивированной вакцины используют аттенуированные штаммы вируса. Это обстоятельство позволяет несколько ослабить режим инактивации вируса без существенного риска уменьшения безопасности препарата. Классическим примером такого решения может служить изготовление многочисленных инактивированных вакцин против бешенства из аттенуированных штаммов вируса. Даже полностью авирулентный для мышей штамм (TAG-1) вируса бешенства оказался в равной мере пригодным для изготовления живой и инактивированной вакцин. Показана возможность приготовления инактивированной вакцины из аттенуированных штаммов полиовируса, сравнимой по иммуногенности с вакциной из вирулентных штаммов. В нашей лаборатории получены иммуногенные инактивированные препараты из аттенуированных вакцинных штаммов вирусов болезни Ауески, катаральной лихорадки овец и других сложноустроенных вирусов.
Анализ приведенных данных показывает, что, несмотря на то, что основные принципы контроля инактивированных вакцин на авирулентность одинаковы, методы испытания конкретных вакцин могут существенно отличаться. Индивидуальный подход определяется свойствами вируса, особенностями болезни, чувствительностью биологических моделей. Наиболее универсальным и общепризнанным методом является испытание инактивированных препаратов в чувствительных культурах клеток. Однако при оценке безопасности некоторых вакцин пользуются сложным комплексным подходом.
Анализируя сказанное, можно заключить, что одной из проблем получения инактивированных вакцин является изыскание безупречного способа инактивации вирусов, обеспечивающего необратимое повреждение его репликативного механизма при полном сохранении исходной антигенной структуры. Поскольку решить эту задачу во многих случаях пока не удалось, иммуногенность инактивированных вакцин повышают за счет использования концентрированных вирусных суспензий и адъювантов. Для приготовления инактивированных вакцин против различных заболеваний применяют химические методы инактивации вирусов. Внимание исследователей к формальдегиду по-прежнему не ослабевает; несмотря на недостаточную иммуногенность формолвакцин против некоторых инфекций, существует необходимость изыскивать новые методы инактивации, позволяющие полностью подавлять инфекционность вирусов без существенного изменения антигенных свойств вакцин. Перспективным является использование азиридинов, глютаральдегида и бета-пропиолактона, а также применение нетрадиционных способов инактивации вирусов.
В повышении иммуногенности инактивированных вакцин важная роль принадлежит адъювантам. Несмотря на крупные успехи в создании инактивированных вакцин, многие из них пока не обеспечивают такой напряженной и длительной защиты, как живые. Несмотря на это, против некоторых болезней созданы достаточно эффективные инактивированные вирусные вакцины, являющиеся на сегодня единственно приемлемыми препаратами для специфической профилактики.
Иммуногенность инактивированной вакцины в значительной степени зависит от наличия и вида адъюванта. Включение ГОА в состав вакцин увеличило их активность во много раз. В вакцинах для человека в качестве адъюванта используют только ГОА. В вакцинах для животных используют различные адъюванты. Для крупного и мелкого рогатого скота в качестве адъюванта чаще применяют ГОА с сапонином. Для свиней чаще применяют эмульгированные вакцины. Эмульгированные моно- и поливалентные вакцины оказались более иммуногенными не только для свиней, но и для крупного рогатого скота.
Вакцины с масляным адъювантом создавали у телят более выраженный и продолжительный иммунитет, чем ГОА-вакцина. У 1-месячных телят с колостральным иммунитетом отсутствовал иммунный ответ на введение водных антигенов, тогда как аналогичные телята, привитые вакциной с масляным адъювантом, реагировали иммунологически так, как взрослые животные.
Иммуногенность инактивированных вакцин для птиц подобным образом зависит от вида адъюванта.
Что такое деактивированный вирус
В промышленное производство вирусных препаратов с нарастающей скоростью вовлекаются все новые и новые вирусные агенты. Подавляющее большинство новых объектов относится к классу так называемых «оболочечных вирусов». Наблюдается тенденция быстрого сокращения периода между открытием очередного возбудителя и организацией лабораторных и промышленных производств инактивированных препаратов.
Требования по безопасности ужесточаются в связи с необходимостью во многих случаях приготовления концентратов вирусных антигенов. Следует отметить, что инактивация должна быть не только эффективной, но и максимально щадящей (селективной). Иными словами, сопутствующие изменения в структуре вирусных частиц и их компонентов должны быть минимальными. Однако механизм инактивирующих воздействий во многих отношениях недостаточно выяснен и их использование зачастую носит эмпирический характер.
Так как вирионы в центре агрегатов, образованных клеточными и сывороточными компонентами, могут быть защищены от инактивации, разрушение и удаление агрегатов различными методами очистки вирусной суспензии является важным этапом перед инактивацией. При изготовлении цельновирионных не-реплицирующихся вакцин используют химические и физические методы инактивации вирусов.
Химические методы инактивации вирусов
Из химических соединений наиболее часто используют два главных типа инактиваторов: ретикулирующие (разрыхляющие) агенты и алкилирующие агенты.
К ретикулирующим агентам относятся альдегиды, в том числе формальдегид, глютаральдегид и глицидальдегид, из которых наиболее часто используют формальдегид. К алкирующим агентам относятся бетапропиолактон, этиленимин и другие азиридины.
Механизм действия инактивирующих агентов, вероятно, заключается в следующем: 1) взаимодействуя с нуклеиновыми кислотами, они делают невозможной их репликацию; 2) вызывают ретикуляцию белков.
Механизм действия инактивирующих агентов лучше изучен применительно к белкам, чем к нуклеиновым кислотам, хотя в целом остается не полностью выясненным. Инактивация вирусов, кажется, основывается на двойном действии ретикуляции белков, взаимодействующих с клеточными рецепторами, и блокаде репликации нуклеиновых кислот. Необходимая концентрация инактивирующих агентов зависит, главным образом, от относительной концентрации белков и нуклеиновых кислот в инактивируемой среде. Температура и гомогенность инактивируемого субстрата также играют ключевую роль в кинетике инактивации вируса.
Возможность обратимости изменений реактивных групп (аминогруппа лизина, фенольные ядра тирозина) необходимо учитывать, особенно в случае использования формальдегида.
Полнота инактивации вируса должна определяться сразу после изготовления вакцины.
Наиболее общепринятыми инактивирующими агентами являются формальдегид, бета-пропиолактон и этиленимин. Одним из преимуществ бета-пропиолактона, используемого для изготовления вакцины против бешенства, и этиленимина, применяемого в изготовлении вакцины против ящура, является то, что они полностью гидролизуются в течение нескольких часов с образованием нетоксичных продуктов.
Формальдегид инактивирует вирусы благодаря высокой реакционной способности в отношении белков и нуклеиновых кислот. Он вступает в соединение не только с вирусными частицами, но и с многочисленными компонентами среды, в которую его добавляют.
Механизм инактивации вирусов формальдегидом сложен и характеризуется двумя типами реакций. Взаимодействие формальдегида с нуклеиновой кислотой и белками вируса протекает, соответственно, по типу реакции первого и второго порядка. Наиболее существенна для инактивации первая, которая, однако, в значительной мере зависит от второй.
Взаимодействуя с нуклеиновыми кислотами и белками, формальдегид реагирует в основном с аминогруппами. Присоединение формальдегида к аминогруппам пуринов и пиримидинов уничтожает матричную и информационную активность нуклеиновых кислот.
Формальдегид с большей скоростью взаимодействует с аминогруппами аминокислот и белков с образованием метилольных производных, чем с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот. Сложилось представление, что с белками и нуклеиновыми кислотами вирусов формальдегид реагирует в две стадии. Вначале, в результате взаимодействия формальдегида с амино- или иминогруппами, быстро образуются весьма нестабильные метилольные производные, а затем, в результате вторичных реакций — бисметиленовые производные.
Продукты взаимодействия формальдегида с аминокислотами способны вступать в реакцию с нуклеиновыми кислотами значительно быстрее, чем сам формальдегид.
Во второй стадии происходит медленное взаимодействие первичных продуктов реакции с другими группами белков, в результате чего образуются ковалентно связанные димеры полипептидов. При этом уплотняется белковая оболочка и уменьшается ее проницаемость. Вследствие этого снижается скорость инактивации вируса. Под влиянием формальдегида в вирионах клещевого энцефалита образовывались гликопротеиновые димеры и комплекс РНК с белками нуклеокапсида. Последний отличался высокой стабильностью и разрушался только РНКазой. Предполагается, что образование этого комплекса — основной механизм инактивации вируса. Гликопротеин, экстрагированный из инактивированного вируса, обладал нормальной антигенной и иммуногенной активностью.
Следует отметить, что реакция формальдегида с аминогруппами обратима, то есть при удалении избытка реагента или разбавлении раствора активность нуклеиновой кислоты может быть восстановлена. Процесс взаимодействия вируса с формальдегидом зависит от таких факторов, как концентрация реагента, температура, рН среды.
При оптимальных условиях инактивации взаимодействие формальдегида с белками многих вирусов не оказывает значительного влияния на их антигенные свойства. Однако ряд вирусов теряет значительную часть антигенной активности при инактивации формалином. Это особенно касается оболочечных вирусов и, прежде всего, вирусов кори и респираторно-синцитиального (PC) вируса. Например, инактивирован-ная формалином вакцина против PC-вируса вызывала образование антител к белку F, которые не подавляли его инфекционную и симпластообразующую активность. Более того, вакцинация приводила к осложнению течения болезни при последующем ее возникновении. Вероятно, под действием формалина изменяются эпитопы гликопротеина, ответственные за индукцию вируснейтрализующих антител.
Это касается, прежде всего, поверхностного F белка, ответственного за протективный иммунитет. Однако многие из вирусов, которые относительно хорошо переносят инактивацию формалином, оказываются весьма чувствительными к изменениям ее условий. Повышение концентрации формальдегида в десять и более раз по сравнению с оптимальной (0,1%-ной) приводило к морфологическим изменениям поверхностного антигена вируса гепатита В и снижению его активности, а увеличение продолжительности обработки очищенного полиовируса сопровождалось значительным повреждением капсида некоторых вирионов. С целью смягчения повреждающего действия формальдегида на антигенность и иммуногенность вирусов стали применять стабилизирующие вещества. Установлено, например, что добавление арилдона (5,4 М) не влияет на инактивацию аттенуированных и вирулентных штаммов полиовируса формалином (1:4000, 37°С) и, в то же время, способствует сохранению иммуногенности за счет стабилизации D-антигена.
Национальный Фармацевтический журнал
Войти на сайт
ВАКЦИНЫ ПРОТИВ COVID-19 И АДЪЮВАНТЫ, УЛУЧШАЮЩИЕ ИХ СВОЙСТВА.
Лилия Харисовна Каримова, к. х. н., Директор по развитию бизнеса ООО «Эр Ликид» (бизнес-направление фармацевтика и нутрицевтика SEPPIC)
Новый адъювант для профилактических вакцин компании SEPPIC
Различают несколько основных типов вакцин:
• вакцины на основе цельного (полногеномного) ослабленного вируса;
• инактивированные вакцины на основе полностью нежизнеспособного вируса;
• векторные вакцины;
• генетические вакцины (ДНК и РНК вакцины);
• субъединичные вакцины на основе отдельных компонентов патогена, таких как белки, пептиды или генетический материал (например, белковые или рекомбинантные вакцины). Разработчики из различных стран на основании накопленных знаний и имеющихся у них результатов и методов исследований выбирают для разработки тот тип вакцины, который считают наиболее действенным для обеспечения эффективной защиты людей от вируса SARS-CoV-2 (Рис.1).
На настоящий момент среди вакцин-кандидатов против COVID-19, зарегистрированных в списке ВОЗ, можно найти практически все из вышеназванных типов вакцин. Коротко напомним, что представляет собой каждый из них и чем они отличаются друг от друга.
ВЕКТОРНЫЕ ВАКЦИНЫ
Векторные вакцины – это также вакцины на основе живых вирусов, однако здесь есть небольшой, но очень важный нюанс: это вакцины на основе хорошо изученных и достаточно безобидных для человека вирусов («векторов» или вспомогательных транспортных вирусов) с встроенными в них фрагментами генома «злого вируса» (Рис. 3). В случае векторных вакцин в геном хорошо изученного и, в целом, безобидного вируса, например, аденовируса («вектора»), путём генетических модификаций встраивается небольшой ген – участок генома SARS-CoV-2. При вводе в организм такой векторной вакцины генетически модифицированные вспомогательные вирусы провоцируют такой же сильный иммунный ответ на белки-антигены SARS-CoV-2, как в случае «живой» полногеномной вирусной вакцины.
Преимущество указанных вакцин, по замыслу разработчиков, в той же высокой эффективности, что и у вакцин на основе живых ослабленных вирусов, но в большей управляемости в связи с достаточной изученностью и предсказуемостью «вектора»-носителя. Векторные вакцины начали разрабатываться и изучаться относительно недавно, поэтому к массовому применению вакцин этого типа ученые также подходят с должной и необходимой осторожностью.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВАКЦИНЫ
Еще два перспективных типа вакцин против COVID-19, разрабатываемые мировым сообществом, – вакцины на основе нуклеиновых кислот, а именно, ДНК- и РНК-вакцины. В случае ДНК-вакцины нуклеотидная последовательность, кодирующая антиген SARS-CoV-2, встраивается в вектор – бактериальную плазмиду – небольшую стабильную кольцевую молекулу ДНК, способную к автономной репликации. Сама по себе плазмида не вызывает нужного специфического иммунного ответа, для этого, собственно, в неё и вшивают гены иммуногенных белков. Указанный модифицированный геном направляется в клетку, встраивается в ее ядро и образует вирусный белок (антиген), индуцирующий иммунный ответ.
Согласно замыслу разработчиков, ДНК-вакцины не могут вызвать заражение SARS-Cov-2, однако иммунитет, который они обусловливают, должен оказаться таким же сильным, как в случае «живых» вакцин. Тем не менее, влияние ДНК-вакцин на живые организмы изучено еще в меньшей степени, чем влияние векторных вакцин, поэтому вряд ли в ближайшее время ДНК-вакцины будут допущены к массовому применению на людях. 
Также несколькими производителями вакцин в мире разрабатываются вакцины против COVID-19 на основе РНК. Это вакцины, которые содержат вирусную молекулу – матричную РНК (сокращенно мРНК). Как и в случае с ДНК-вакцинами, вирусная молекула представляет собой некий шаблон, с которого организмом напрямую считывается формула вирусного белка. Но в отличие от ДНК-вакцин, в этом случае мРНК не встраивается в клеточный геном. Липидные наночастицы с мРНК вводятся при вакцинации в организм, проникают через мембрану клетки-мишени внутрь нее и становятся шаблоном для синтеза вирусных белков-антигенов. Собственные клетки организма начинают синтезировать вирусные белки, вызывая иммунный ответ организма (Рис. 5).
В случае применения РНК-вакцины получается двойной иммунный ответ: с одной стороны, выработку антител вызывают вирусные белки, с другой стороны, сами липидные частицы с мРНК могут стимулировать иммунный ответ, так как «похожи на вирус» и воспринимаются организмом соответственно. Разработчики предполагают, что при вакцинации РНК-вакцинами из-за их «двойного действия» в организме быстро возникнет сильный и стойкий иммунитет.
В случае генетических вакцин преимуществом является их относительно быстрое и экономически выгодное производство: небольшую молекулу мРНК можно довольно быстро воссоздать, наработка нужного антигена обойдется недорого. Это делает вакцину доступной широким массам. Тем не менее иммунологи очень осторожно относятся к РНК-вакцинам, так как из-за малого периода их изучения никто не знает наверняка, как именно мРНК будет вести себя в живом, особенно в репродуктивном, организме.
СУБЪЕДИНИЧНЫЕ ВАКЦИНЫ
Одним из самых безопасных типов вакцин в настоящее время считаются субъединичные вакцины, то есть вакцины на основе белков или фрагментов вируса (Рис. 6), не имеющих в своем составе ни ДНК, ни РНК как, например, белковые вакцины.
Попадая в организм при вакцинации, смесь фрагментов вирусных белков-антигенов также способна вызывать иммунный ответ. При этом такая вакцина абсолютно безопасна, здесь невозможны мутации вируса, поэтому вызвать у человека заболевание COVID-19 такая вакцина не может. Недостатком субъединичных вакцин является довольно длительный и сложный процесс наработки и очистки – получить достаточное для вакцинации очищенное количество вирусного белка не так легко. Кроме того, в чистом виде белковые вакцины не вызывают сильный иммунный ответ, поэтому недостаточно эффективны. В связи с этим при разработке белковых вакцин очень важно:
а) усилить иммунный ответ, вводя в состав белковых вакцин соединения, усиливающие их эффективность (эти вещества называют адъюванты),
б) увеличить количество нарабатываемой вакцины также за счет добавления к наработанному вирусному белку существенного количества того же адъюванта.
ИНАКТИВИРОВАННЫЕ ВАКЦИНЫ
Наконец, мы подошли к еще одному безопасному и перспективному типу вакцин – инактивированным вакцинам. Здесь так же, как и в случае «живых» вакцин на основе ослабленного вируса используется цельный геном SARS-Cov-2, но в случае инактивированных вакцин вирус полностью деактивирован либо высокой температурой, либо дезинфицирующими составами, либо определенным видом излучения, что делает его совершенно нежизнеспособным. Этот инактивированный вирус никогда не сможет инфицировать клетку. Тем не менее по структуре «неживой» инактивированный вирус остается полным аналогом «живого» вируса и поэтому вызывает в организме иммунный ответ. Проблема в том, что в чистом виде инактивированные вирусы индуцируют существенно более низкий иммунный ответ, нежели живые, пусть даже и ослабленные вирусы. В связи с этим в составах инактивированных вакцин так же, как и в случае субъединичных вакцин используют адъюванты – вещества, которые значительно усиливают иммунный ответ, делая эти вакцины схожими по эффективности с живыми.
Основываясь на вышесказанном, мы склоняемся к выводу, что наиболее безопасными для человека являются субъединичные и инактивированные вакцины. Для повышения эффективности указанных безопасных вакцин до уровня более иммуногенных «живых», векторных или генетических вакцин необходимо применение в их составах современных адъювантов. Что же такое адъюванты и какова их роль в вакцинах?
АДЪЮВАНТЫ – КЛЮЧЕВАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЭФФЕКТИВНЫХ И БЕЗОПАСНЫХ ВАКЦИН
Адъювант (от лат. adjuvans – «помогающий, поддерживающий») – соединение или комплекс веществ, используемых для усиления иммунного ответа при введении одновременно с антигеном.
Адъюванты на протяжении десятилетий применяются для улучшения иммунного ответа на вакцинные антигены. Включение адъювантов в состав вакцин направлено на усиление, ускорение и продление специфического иммунного ответа до желаемого уровня. Таким образом, адъюванты играют ключевую роль в получении эффективного и длительного иммунитета.
Использование адъювантов в вакцинах позволяет:
• Усилить краткосрочный иммунный ответ;
• Увеличить продолжительность иммунитета, то есть сократить частоту требуемых бустерных иммунизаций;
• Направить иммунный ответ (гуморальный или клеточный иммунитет);
• Уменьшить антигенную нагрузку при сохранении эффективности вакцины;
• Улучшить иммунный ответ у ослабленных или иммунокомпроментированных вакцинируемых лиц;
• Снизить себестоимость вакцины;
• Повысить стабильность вакцины.
Интерес к адъювантам для вакцин резко возрос в 2000-е годы. Ведущие фармацевтические компании-производители путем применения адъювантов разработали более эффективные и безопасные вакцины против гриппа.
В последние годы появляется все больше и больше новых вакцин-кандидатов как для профилактики инфекционных заболеваний, так и для терапии самых тяжелых заболеваний человечества. В связи с низкой иммуногенностью таких вакцин во многих случаях требуется введение в их состав адъювантов. Новые достижения в области аналитической биохимии, очистке макромолекул, технологии рекомбинантной ДНК, улучшенное понимание иммунологических механизмов и патогенеза заболевания позволили улучшить техническую основу разработки и применения адъювантов.
В настоящее время известно довольно много эффективных адъювантов, которые классифицируются по природе происхождения, механизму действия и физическим или химическим свойствам.
Так, в современных вакцинах широко применяются гели гидроксида алюминия, фосфаты алюминия или кальция, препараты на основе масляных эмульсий и ПАВ, дисперсные адъюванты, например, виросомы, структурные комплексы сапонинов и липидов и многие другие типы адъювантов.
Как уже упоминалось выше, наиболее эффективно и поэтому чаще всего адъюванты используются в следующих категориях вакцин:
• вакцины на основе белков (рекомбинантные субъединичные);
• инактивированные;
• векторные вакцины (для уменьшения дозы).
Для каждой вакцины адъювант подбирается таким образом, чтобы получить оптимальное соотношение эффективности указанной вакцины (получение сильного и продолжительного иммунного ответа) и ее безопасности для человека (минимальная реактогенность и отсутствие побочных эффектов).
К сожалению, немаловажным аспектом уже зарегистрированных в настоящее время адъювантов является их недоступность широкому кругу разработчиков. Практически все имеющиеся на настоящий момент современные адъюванты, применяемые в профилактических вакцинах, за исключением соединений алюминия, являются собственностью крупнейших фармацевтических компаний (см. табл. 2). В первую очередь, к ним относятся адъюванты для приготовления эмульсионных вакцин. Эти адъюванты на настоящий момент считаются наиболее перспективными в профилактических вакцинах, но остаются при этом и наименее доступными, так как были специально разработаны крупными биофармацевтическими компаниями исключительно для вакцин собственного производства.
Эти недоступные широкому кругу разработчиков адъюванты ведущих фармацевтических компаний отлично зарекомендовали себя в составах готовых вакцин указанных производителей. К примеру, эмульсионные адъюванты масло-в-воде MF59, AS03 и AF03 продемонстрировали высокую эффективность в вакцинах против гриппа. Сегодня вакцинами на их основе провакцинировано >120 миллионов человек, их профиль безопасности и иммуногенности тщательно и глубоко изучен и подтвержден на значительном количестве клинических испытаний (см. табл. 3).
НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ И БЕЗОПАСНЫЙ АДЪЮВАНТ GMP КАЧЕСТВА ДЛЯ ШИРОКОГО КРУГА РАЗРАБОТЧИКОВ ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ВАКЦИН
Франсуа Бертран, руководитель направления разработки и производства адъювантов компании Seppic, в своем выступлении по поводу выпуска адъюванта SEPIVAC TM SWE на мировой рынок сказал: «Указанная разработка иллюстрирует наше общее стремление привнести готовый эффективный и общедоступный адъювант в мировое сообщество разработчиков вакцин. Мы твердо верим, что SEPIVAC TM SWE ускорит разработку новых профилактических вакцин для людей и будет способствовать более здоровому будущему человечества во всем мире».