Από την πανδημία του COVID-19 ακούμε συνεχώς για εμβόλια βασισμένα σε mRNA, φορείς, DNA, πρωτεΐνες, καθώς και για αδρανοποιημένα(νεκρά) αλλά και ζωντανά, (εξασθενημένα) εμβόλια. Ποια είναι η διαφορά ; Πρόκειται για διαφορετικούς τύπους σκευασμάτων εμβολίων τα οποία έχουν όλα ως αποτέλεσμα να διεγείρουν μια ανοσολογική απόκριση και να προστατεύουν από μια συγκεκριμένη ασθένεια.

Ιστορία των εμβολίων: Οι πρώτες προσπάθειες για την πρόληψη μολυσματικών ασθενειών ξεκίνησαν το 1000 μ.Χ. στην Κίνα, όπου χρησιμοποιήθηκε ακατέργαστο περιεχόμενο από φυσαλίδων ευλογιάς για να εμβολιαστούν υγιείς άνθρωποι. Ως αποτέλεσμα παρατηρήθηκαν λιγότεροι θάνατοι ανάμεσα σε αυτούς που είχαν «εμβολιαστεί», σε σύγκριση με εκείνους που δεν είχαν εμβολιαστεί.

Κατά τις τελευταίες δεκαετίες του 1700, ο Edward Jennerπαρατήρησε ότι οι αγελάδες αγελάδες που είχαν μολυνθεί με την αγελαδοπανώλη (εκδοχή της ευλογιάς για τις αγελάδες), προστατεύονταν από την ευλογιά. Έτσι, στα τέλη της δεκαετίας του 1790, ο Jenner εμβολίασε άτομα με αγελαδοπανώλη και διαπίστωσε ότι προστατεύονταν από την ευλογιά. Αυτή η μέθοδος απέσπασε έντονη κριτική από το κοινό λόγω παραπληροφόρησης και δημιουργίας μύθων.

Ωστόσο, η συγκεκριμένη μέθοδος έγινε ιδιαίτερα δημοφιλής τον 19ο αιώνα με τους μαζικούς παγκόσμιους εμβολιασμούς, καθώς η εξάλειψη της ευλογιάς από τον κόσμο επιτεύχθηκε τη δεκαετία μεταξύ 1967-1977.

Ζωντανά (εξασθενημένα) εμβόλια

Αυτός ο τύπος εμβολίου περιέχει μια εξασθενημένη μορφή του παθογόνου (ιός ή βακτήριο) που προκαλεί την ασθένεια. Ενώ το αποδυναμωμένο παθογόνο μπορεί ακόμη να αναπαράγεται μέσα στο σώμα, δεν προκαλεί τη νόσο. Προκαλεί ισχυρές ανοσοαποκρίσεις, όπως αντισώματα κατά του παθογόνου, οδηγώντας σε ανοσία και προστασία από τη νόσο. Τα ζωντανά (εξασθενημένα) εμβόλια είναι σε θέση να διεγείρουν μια ισχυρή και διαρκής ανοσολογική απόκριση, που συχνά οδηγεί σε ισόβια ανοσία και προστασία.

Αυτή η σύνθεση εμβολίου μιμείται εκείνη της φυσικής λοίμωξης. Ωστόσο, ενδέχεται να ενέχουν κίνδυνο για άτομα με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα, όπως τα άτομα που λαμβάνουν μεταμοσχεύσεις ή χημειοθεραπεία. Αυτά τα εμβόλια απαιτούν αυστηρές θερμοκρασίες ψυχρής αλυσίδας για να διατηρήσουν τη δραστικότητά τους, πράγμα που μπορεί να είναι δύσκολο σε χώρες με περιορισμένους πόρους. Παραδείγματα τέτοιων εμβολίων, περιλαμβάνουν το εμβόλιο Ιλαράς, Παρωτίτιδας, Ερυθράς (MMR), το εμβόλιο της Ανεμοβλογιάς, το εμβόλιο της Πολιομυελίτιδας από το στόμα, το εμβόλιο του Δάγκειου πυρετού, του Αναπνευστικού συγκυτιακού ιού, του ιού Ζίκα, το εμβόλιο της Χολέρας, το εμβόλιο Bacille-Calmette-Guerin (BCG) κατά της Φυματίωσης.

Αδρανοποιημένα (νεκρά) εμβόλια

Σε μια προσπάθεια να καταστήσουν τα εμβόλια πιο ασφαλή από τη μέθοδο του ζωντανού (εξασθενημένου) εμβολίου, η λύση ήταν να καταστρέψουν το παθογόνο με τη θανάτωσή του, διατηρώντας παράλληλα την ικανότητά του να ενεργοποιεί ανοσοαποκρίσεις. Αυτά τα εμβόλια περιέχουν παθογόνους μικροοργανισμούς (ιούς ή βακτήρια) που έχουν αδρανοποιηθεί (θανατωθεί), είτε με χημικές ουσίες (βήτα-προπιολακτόνη ή φορμαλδεΰδη), είτε με θερμότητα, είτε ακτινοβολία. Ενώ το αδρανοποιημένο παθογόνο δεν είναι πλέον σε θέση να προκαλέσει τη νόσο, εξακολουθεί να ενεργοποιεί ανοσολογικές αποκρίσεις. Ένα παράδειγμα θανατωμένου εμβολίου είναι εκείνο κατά της Πολιομυελίτιδας που αναπτύχθηκε από τον Salk το 1960, το οποίο περιλάμβανε την επεξεργασία του ιού με διάφορες χημικές ουσίες.

Το εμβόλιο αυτό είχε τεράστιο αντίκτυπο στη συχνότητα εμφάνισης του εμβολίου προτού αντικατασταθεί από το ζωντανό εξασθενημένο εμβόλιο που αναπτύχθηκε από τον Sabin το 1973.

Αυτά τα εμβόλια είναι σταθερά και δεν απαιτούν χαμηλές θερμοκρασίες για την αποθήκευσή τους, γεγονός που διευκολύνει την αποθήκευση και τη διανομή τους. Είναι κατάλληλα για άτομα με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα που μπορεί να μην είναι σε θέση να λάβουν ζωντανούς εξασθενημένους τύπους εμβολίων. Παραδείγματα αδρανοποιημένων ή θανατωμένων εμβολίων περιλαμβάνουν το αδρανοποιημένο εμβόλιο Πολιομυελίτιδας (IPV), το εμβόλιο Ηπατίτιδας Α, το εμβόλιο Κοκκύτη, το εμβόλιο Δάγκειου πυρετού και ορισμένα εμβόλια γρίπης. Πρόσφατα, το εμβόλιο Sinovac CoronaVac, το εμβόλιο Bharat Biotech Covaxin και τα εμβόλια Sinopharm αναπτύχθηκαν για το COVID-19 και εγκρίθηκαν με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται σε ορισμένες χώρες.

Καταστροφές

Παρά την πρόοδο στην ανάπτυξη εμβολίων με παραδοσιακές μεθόδους για αρκετές βασικές ασθένειες, υπήρξαν αρκετές καταστροφές, όπως η καταστροφή του Τύφου το 1904, της Διφθερίτιδας στις ΗΠΑ, την Αυστρία, τη Ρωσία, την Κίνα, την Αυστραλία το 1928, η του Lubeck το 1932 καθώς και αυτή του Cutter το 1955, οι οποίες ήταν αποτέλεσμα ανεπαρκούς εξασθένησης, μόλυνσης, ανεπαρκών συντηρητικών, ανεπαρκούς θέρμανσης (θανάτωση) των παθογόνων μικροοργανισμών. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι καταστροφές οδήγησαν σε βελτιωμένες διαδικασίες, σε σχέση με την ασφάλεια των εμβολιαστικών σκευασμάτων, ενώ συνέβαλαν επίσης στη βελτίωση της σταθερότητας, της αποτελεσματικότητας, του κόστους και οδήγησαν σε ρυθμιστικά μέτρα για τη διασφάλιση κατάλληλων και βελτιωμένων εργαστηριακών συνθηκών και την εκπαίδευση του προσωπικού.

Έννοιες στην ανάπτυξη ασφαλέστερων και αποτελεσματικών εμβολίων

Η ευαισθητοποίηση του κοινού σε θέματα υγείας και ασφάλειας είναι σήμερα σε πολύ υψηλότερα επίπεδα από ό,τι ήταν πριν από 70 ή περισσότερα χρόνια. Τα εμβόλια πρέπει τώρα να πληρούν υψηλότερες προδιαγραφές ασφάλειας και βιοχημικού χαρακτηρισμού από ό,τι στο παρελθόν. Ορισμένα από τα εμβόλια που αναπτύχθηκαν στο παρελθόν δεν θα πληρούσαν ούτε στο ελάχιστο τα κριτήρια που απαιτούνται σήμερα. Συνεπώς, απαιτείται η χρήση νέων μοριακών και βιολογικών τεχνολογιών οι οποίες έχουν καταστεί διαθέσιμες τις τελευταίες δεκαετίες.

Οι πρόοδοι στους τομείς της χημείας, της βιοχημείας, της δομικής βιολογίας, της ανοσολογίας, της γενετικής, συμπεριλαμβάνονται πλέον στην ανάπτυξη νέων και βελτιωμένων εμβολίων, σε μια προσπάθεια να μεταβούμε από τα παραδοσιακά εμβόλια ζώντων ιών στα θεωρητικά «ασφαλέστερα και εξαιρετικά καθαρισμένα» αλλά «λιγότερο ανοσογόνα» εμβόλια. Ως εκ τούτου, οι νέες βελτιωμένες μέθοδοι ανάπτυξης εμβολίων περιλαμβάνουν διαφορετικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων των τεχνολογιών πρωτεϊνών, DNA, ιικών φορέων και mRNA και παραδίδονται σε κατάλληλη σύνθεση για τη διέγερση της ανοσολογικής απάντησης. Τα εμβόλια αυτά, ωστόσο, απαιτούν πολλαπλές δόσεις ή αναμνηστικές ενέσεις για την επίτευξη της βέλτιστης ανοσίας. Τι είναι λοιπόν αυτά;

1.Εμβόλια βασισμένα σε πρωτεΐνες (υπομονάδες)

Περιέχουν εξαιρετικά καθαρισμένα θραύσματα των μολυσματικών περιοχών του παθογόνου σε μορφή πρωτεΐνης και χρησιμοποιούνται για τη διέγερση της ανοσολογικής απόκρισης. Αυτά τα εμβόλια απαιτούν συχνά ένα πρόσθετο διεγερτικό (adjuvant), το οποίο ενισχύει την ανοσολογική απόκριση στην πρωτεΐνη. Τα εμβόλια με βάση τις πρωτεΐνες θεωρούνται γενικά ασφαλή, καθώς δεν περιέχουν ζωντανούς παθογόνους μικροοργανισμούς ή γενετικό υλικό. Αυτά τα εμβόλια είναι σταθερά και δεν απαιτούν αυστηρή αποθήκευση στην ψυκτική αλυσίδα, γεγονός που διευκολύνει τη διανομή και τη χορήγησή τους. Παραδείγματα εμβολίων με βάση τις πρωτεΐνες περιλαμβάνουν το εμβόλιο της Ηπατίτιδας Β, το εμβόλιο του ιού των ανθρώπινων θηλωμάτων (HPV) που συγκεντρώνονται ως μικρά σωματίδια που μοιάζουν με ιούς. Αρκετά εμβόλια κατά του Μελανώματος, του HIV, της Ηπατίτιδας Β και του καρκίνου βρίσκονται σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους, με ορισμένα από αυτά να παρουσιάζουν μακροχρόνια αποτελεσματικότητα. Ένα παράδειγμα εμβολίου με βάση την πρωτεΐνη COVID-19 είναι το εμβόλιο Novavax.

2. Εμβόλια ιικών φορέων

Το ιδανικό εμβόλιο για πολλές ασθένειες είναι ένα ζωντανό εξασθενημένο παράγωγο του παθογόνου που μπορεί να προκαλέσει προστατευτική ανοσία του παθογόνου χωρίς να προκαλέσει παρενέργειες. Εμπόδια στην ανάπτυξη τέτοιων εμβολίων, ωστόσο, δημιουργούν οι δυσκολίες στην καλλιέργεια του παθογόνου στο εργαστήριο και οι δυσκολίες στην εξασθένηση του παθογόνου. Μια στρατηγική υπέρβασης αυτών των εμποδίων είναι η εισαγωγή των γονιδίων του παθογόνου σε έναν μη παθογόνο οργανισμό. Ο αβλαβής ιός χρησιμεύει ως φορέας (vector) για την έκφραση των γονιδίων που κωδικοποιούν τμήματα του παθογόνου. Ο φορέας παραδίδει γενετικό υλικό, με τη μορφή mRNA ή DNA, του ιού ή του παθογόνου που ενδιαφέρει στα κύτταρα του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος και παράγεται πρωτεΐνη, η οποία στη συνέχεια διεγείρει την ανοσολογική απόκριση κατά της στοχευόμενης νόσου. Διάφοροι ακίνδυνοι φορείς έχουν χρησιμοποιηθεί σε ανθρώπινες κλινικές δοκιμές κατά διαφόρων ασθενειών τα τελευταία 30 χρόνια, συμπεριλαμβανομένων των ιών vaccinia, avipox, του ιού της Φυσαλιδώδους Στοματίτιδας, του αδενοϊού (adenovirus), των λιπιδικών φορέων. Πιο πρόσφατα, το εμβόλιο COVID-19 της Johnson & Johnson χρησιμοποίησε έναν τροποποιημένο αδενοϊό ως φορέα και το εμβόλιο Oxford-AstraZeneca χρησιμοποίησε μια τροποποιημένη έκδοση ενός αδενοϊού χιμπατζή.

3. Εμβόλια με βάση το DNA

Η ανοσοποίηση με ένα μικρό, κυκλικό κομμάτι DNA που περιέχει τις γενετικές οδηγίες για την παραγωγή μιας συγκεκριμένης ιικής ή παθογόνου πρωτεΐνης μπορεί να είναι ωφέλιμη για τη χρήση εμβολίων, επειδή δεν εμπλέκεται κανένας μολυσματικός παράγοντας. Το 1990 παρατηρήθηκε ότι η έγχυση DNA στους μυς των ποντικών, προσλαμβάνεται από τα κύτταρα και εκφράζεται ως πρωτεΐνη. Αυτό έφερε επανάσταση στην έννοια των εμβολίων, καθώς, σε αντίθεση με τις πρωτεΐνες που παρασκευάζονται σε δοκιμαστικούς σωλήνες, το DNA μπορούσε να εγχυθεί και να μετατραπεί σε πρωτεΐνες μέσα σε ζωντανά κύτταρα, τα οποία δεν χρειάζεται να περάσουν από τα δαπανηρά στάδια καθαρισμού για την παραγωγή πρωτεϊνών. Με την πάροδο των ετών αναπτύχθηκαν διάφορες μέθοδοι για την αποτελεσματική μεταφορά του DNA στα κύτταρα, ενώ τα τελευταία 25 χρόνια έχουν ολοκληρωθεί αρκετές κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους για διάφορες ασθένειες με διέγερση ανοσολογικών αποκρίσεων κατά της στοχευόμενης ασθένειας και καλά προφίλ ασφάλειας. Τα εμβόλια DNA παράγονται γρήγορα και εύκολα και μπορούν να αποθηκευτούν χωρίς την απαίτηση για αποθήκευση σε ψυκτική αλυσίδα. Το εμβόλιο INO-4800 με βάση το DNA έχει λάβει έγκριση για κλινικές δοκιμές φάσης ΙΙΙ σε ανθρώπους σε ορισμένες χώρες για να αξιολογηθεί έναντι του COVID-19.

4. Εμβόλια με βάση το mRNA

Αυτά τα εμβόλια χρησιμοποιούν ένα μικρό κομμάτι mRNA που κωδικοποιεί τις οδηγίες για την παραγωγή συγκεκριμένων πρωτεϊνών του ιού ή του παθογόνου. Το mRNA στοχεύει στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και μόλις βρεθεί μέσα στα κύτταρα, το mRNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνη, η οποία διεγείρει την ανοσολογική απόκριση. Τα εμβόλια με βάση το mRNA μπορούν να αναπτυχθούν σχετικά γρήγορα σε σύγκριση με τις προσεγγίσεις εμβολίων που περιγράφονται παραπάνω. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν απαιτούν την καλλιέργεια ή την αδρανοποίηση του πραγματικού παθογόνου. Τέτοια εμβόλια μπορούν να τροποποιηθούν γρήγορα ώστε να στοχεύουν νέες παραλλαγές ή στελέχη ενός ιού ή παθογόνου και δεν περιέχουν ζώντες παθογόνους μικροοργανισμούς ούτε χρησιμοποιούν ιικούς φορείς, μειώνοντας τον κίνδυνο πρόκλησης της νόσου. Τις τελευταίες δεκαετίες πραγματοποιήθηκαν αρκετές κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους με τη χρήση τέτοιων εμβολίων, ωστόσο απαιτήθηκε περαιτέρω έρευνα για τη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητάς τους να εισέλθουν στα κύτταρα. Παράλληλα, τα νανοσωματίδια χρησιμοποιήθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν τα τελευταία 50 χρόνια για τη χορήγηση φαρμάκων και χρησιμοποιήθηκαν για τη χορήγηση εμβολίων. Ως εκ τούτου, τα εμβόλια Pfizer-BioNTech και Moderna COVID-19, αποτελούνται από mRNA εγκλωβισμένο σε λιπιδικά νανοσωματίδια και χρησιμοποιούνται ως επείγουσα χρήση και πλήρη έγκριση σε ορισμένες χώρες. Αυτά τα εμβόλια έχουν δείξει υψηλή αποτελεσματικότητα στη διέγερση ανοσολογικών αποκρίσεων και στην πρόληψη ή/και στην ελαχιστοποίηση των συμπτωμάτων που σχετίζονται με τη νόσο COVID-19.

Εμβόλια κατά των μη μολυσματικών παθογόνων μικροοργανισμών

Καθώς τα περισσότερα εμβόλια που περιγράφονται είναι κατά των ιών και των βακτηρίων, η ίδια ιδέα μπορεί να εφαρμοστεί για τη δημιουργία εμβολίων κατά του καρκίνου, των αυτοάνοσων νοσημάτων και ακόμη και κατά του εθισμού στα ναρκωτικά. Τέτοια εμβόλια έχουν αναπτυχθεί χρησιμοποιώντας πρωτεΐνες ή πεπτίδια (μικρές πρωτεΐνες) με αποτελεσματικότητα σε πειραματόζωα και σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους. Το μέλλον υπόσχεται ότι ορισμένα από αυτά τα εμβόλια θα διατεθούν στο εμπόριο για την πρόληψη ασθενειών. Για περισσότερες πληροφορίες, διαβάστε τις δημοσιεύσεις της Βάσως Αποστολόπουλου κάνοντας αναζήτηση στην Pubmed ή στη Scopus.