Istoria, principiile, compoziţia, clasificarea şi fabricarea vaccinurilor

Istoria, principiile, compoziţia, clasificarea şi fabricarea vaccinurilor

Autor: dr. Teodora (Străjeri) Olariu (Vannes, Franţa)

Vaccinarea este una din cele mai importante descoperiri ale medicinii şi constituie un progres major în prevenirea bolilor infecţioase.

Principiul vaccinarii este de a induce o protecţie durabilă şi eficientă faţă de agentul patogen (în principal bacterie sau virus) responsabil de boala infecţioasă, şi aceasta fără a provoca simptome clinice sau efecte secundare.[1]

Vaccinurile sunt preparate antigenice ce induc la o persoana un răspuns imunitar activ, capabil să evite apariţia bolii sau de a atenua manifestarile clinice. Această protecţie  bazată pe capacitatea sistemului imunitar de a recunoaşte, memoriza şi ameliora răspunsul imun  faţă de antigen la o a doua întâlnire permite, dacă o proporţie importantă din populaţie este vaccinată, o protecţie colectivă şi face vaccinarea eficientă. Vaccinul permite reducerea riscului de complicaţii şi mortalitatea în cazul unei expuneri ulterioare a agentului infecţios.

1) Istoria principiilor vaccinării

Primele principii ale vaccinării datează din secolul al VII-lea când budiştii indieni beau venin de şarpe în scopul de „a se imuniza” împotriva efectului acestei toxine.

Apoi a apărut variolizarea, dar originile nu sunt cunoscute, primele urme datează din secolul al X-lea în China, iar primele scrieri despre metoda variolizării sunt raportate în secolul al XVIII-lea în China. Variolizarea practicată în secolul al XVI-lea în India însemna a injecta subcutanat puroi uscat ce provenea din pustulele de variolă. Această tehnică a fost introdusă în Europa în 1721, când Lady Mary Wortley Montagu a variolizat-o pe fiica sa cu ajutorul doctorului Charles Maitland, în Anglia. Tot în acea perioadă, în America, Cotton Mather a utilizat această tehnică pe propriul băiat în perioada epidemiei de variolă.

În 1758, Francis Home, medic scoţian, a publicat rezultatele inoculării de variolă la om. În 1774, Benjamin Jesty, crescător englez de animale, realizează prima „vaccinare”, prin inocularea variolei de la vacă la cei doi copii şi la soţia sa. Cu ajutorul numeroşilor oameni de cercetare din acea perioadă vaccinarea a înlocuit variolizarea.

Între 1870 şi 1885, cu ajutorul cercetările lui Louis Pasteur au apărut principiile moderne ale vaccinării. El a dezvoltat primele vaccinuri vii atenuate împotriva holerei, apoi împotriva antraxului, boala cărbunelui. În 1885, Joseph Grancher, elevul lui Pasteur, a vaccinat cu succes împotriva rabiei (turbarii), boălă provocată de muşcătura căinelui, doi copii după o schemă stabilită de Pasteur.

Sfârşitul secolului al XIX-lea a fost o perioadă bogată pentru microbiologie (prin izolarea diferiţilor agenţi patogeni responsabili de diverse boli infecţioase precum tifoida, pesta, holera, difteria, tetanosul) şi pentru imunologie (prin înţelegrea noţiunii de imunitate celulară, fagocite, relaţie anticorpi/atingeni) ce a permis înţelegerea principiilor vaccinării.

Secolul al XX-lea a văzut apariţia unui mare număr de vaccinuri diferite datorită progreselor imunologice şi microbiologice. Compoziţia vaccinurilor s-a îmbogăţit în această perioadă cu vaccinuri vii atenuate, vaccinuri cu germeni întregi inactivi, vaccinuri subunitare (utilizând anatoxine, proteine, polizaharide, polizaharide conjugate) şi vaccinuri conjugate, rezultate din ingineria genetică, fără a uita adjuvanţii imunităţii pentru a obţine un răspuns imunitar eficient şi durabil.

Secolul al XXI-lea ne aduce vaccinuri a acizilor nucleici, vaccinuri ARN. Tehnologia este mediatizată de puţin timp, dar ea face obiectul  multor cercetători de mai multe decenii şi se confruntă cu obstacole tehnice, deoarece mărimea moleculelor ARN este de 10 ori mai mare decât un antigen sub formă de proteină dintr-un vaccin tradiţional. Trebuia găsit sistemul de transport a acestor molecule în interiorul celulelor. În 2020, pentru transportul ARN-ului s-au utilizat  particule nanolipidice.[2]

2) Principiile imunologiei

Principiul vaccinării este de a injecta o formă atenuată sau inactivă de agent infecţios, sau anumite componente a agentului infecţios în organism pentru a-l pregăti pentru un contact ulterior cu agentul patogen. Întâlnirea între organism şi agentul patogen în timpul vaccinării permite dezvoltarea celulelor imunitare cu „memorie”, capabile să recunoască imediat agentul patogen dacă persoana s-ar expune în mod natural.

Interreacţia între sistemul imunitar „înnăscut” şi sistemul imunitar „dobândit” este esenţială pentru obţinerea unei memorii imunitare. La implementarea acestei acţiuni participă mulţi „actori” în mod secvenţial şi comun. În linii generale, celulele prezentatoare de antigen fac legătura între cele două sisteme imunitare; limfocitele T (LTCD4) induc un răspuns imunitar prin activarea limfocitelor B, care vor produce plasmocite şi la rândul lor imunoglobuline (sau anticorpi) protectoare.

Anticorpii în faza iniţială, la primul contact cu antigenul au o afinitate scăzută (IgM), apoi o afinitate puternică (IgG si IgA). La al doilea contact antigenul va activa limfocitele B cu „memorie” şi plasmocitele vor secreta imunoglobulinele cu afinitate puternică (IgG şi IgA) în cantitate mare şi într-o perioadă scurtă. Limfocitele T (LTCD8) recunosc antigenul străin şi distrug celulele infectate.

Există două tipuri de răspuns: primar, produs de prima injecţie şi răspunsul secundar, indus de a 2-a injecţie realizată la o anumită distanţă de prima injecţie. La aceste răspunsuri sunt implicaţi toţi „actorii” imunităţii înnăscute şi dobândite.

Principiile vaccinurilor cu acizi nucleici ARN este un pic diferit de cel explicat mai sus, chiar dacă ideea de bază constă în a confrunta sistemul imunitar cu o „momeală” pentru a-l forţa de a dezvolta anicorpi contra virusului. În cazul acestor vaccinuri, este vorba de a produce fragmente de agent infecţios direct de către celulele persoanelor vaccinate. Pentru aceasta, nu virsusul în formă atenuată este injectat ci doar moleculele ARN ce codează proteinele agentului infecţios. Celulele persoanelor vaccinate (în principal celulele musculare şi celulele sistemului imunitar de la locul de injecţie) sunt în măsură să fabrice proteinele care vor declanşa răspunsul imunitar.

3) Compoziţia şi clasificarea vaccinurilor

Cele două mari clase de vaccinuri cunoscute până de curând erau vaccinurile vii atenuate şi vaccinurile inerte (cu germeni întregi sau subunitari).

Obiectivul oricărui vaccin este de a induce un răspuns imunitar protector, specific agentului infecţios, producând anticorpi.

Un vaccin trebuie să posede câteva mari caracteristici care depind de compoziţia vaccinului: să fie eficient, să inducă o memorie imunitară şi o protecţie durabilă, să posede o mare securitate de utilizare, să fie uşor de administrat ca mod de utilizare şi număr de administrare.

Vaccinurile vii atenuate

Ele conţin agentul infecţios viu cu putere patogenă slăbită şi induc o formă atenuată, chiar asimptomatică de boală. Protecţia imunitară este apropiată celei care apare după o expunere naturală, se obţine rapid, dar expune la risc de boală vaccinală persoanele cu sistem imunitar slăbit şi femeile însărcinate. Răspunsul imunitar este complet, nu necesită adjuvanţi, calea de administrare de regulă este subcutanată şi necesită un număr limitat de doze (de regulă una sau două).

Vaccinurile inerte

Aceste vaccinuri sunt lipsite de orice putere infecţioasă şi includ vaccinuri cu germeni întregi şi vaccinuri subunitare. Sunt capabile să inducă un răspuns imunitar protector, dar necesită administrări repetate, utilizarea de adjuvanţi ai imunităţii şi injecţii repetate de-a lungul întregii vieţi.

Vaccinurile cu germeni întregi

Conţin în totalitate corpul bacterian sau particule virale inactive obţinute prin metode chimice sau termice. Această compoziţie permite obţinerea unei imunităţi importante, apropiată de cea naturală, fără risc de a dezvolta boala vaccinală datorită absenţei agentului infecţios, dar există reacţii inflamatorii asociate acestui vaccin.

Vaccinurile subunitare

Ele sunt compuse de fracţiuni antigenice ce corespund fracţiei active de patogen şi induc anticorpi suficienţi pentru a dezvolta răspuns vaccinal. Necesită de regulă o vaccinare iniţială urmată de mai multe injecţii de-a lungul întregii vieţi. În funcţie de patogen, subunitatea poate fi obţinută prin diferite moduri: plecând de la agentul infecţios sau prin inginerie genetică cu producerea unei proteine recombinate.

Astfel, numeroase vaccinuri subunitare sunt obţinute de la fracţii de agent patogen: anatoxine (pentru difterie, tetanos), proteine (pentru pertussis/tusea convulsivă, rabia/turbarea, ş.a.), poliozide din structura bacteriilor (pentru pneumococ, meningococ, Salmonella typhi, Haemophilus).

Vaccinurile obţinute din recombinare genetică (de exemple pentru Hepatita B, papillomavirus) au o foarte bună imunogenicitate datorită proteinelor obţinute prin inginerie genetică, aproape identice cu particulele agentului patogen.

Pentru obţinerea acestor vaccinuri este necesară adăugarea de adjuvanţi sau conjugarea de proteine imunogenice ce ajută la inducerea unui răspuns solid şi durabil a antigenului administrat. Există adjuvanţi pe bază de săruri minerale (aluminiu, fosfat de calciu) şi/sau fosfolipide care sunt administrate în acelaşi timp cu antigenul. Vaccinurile conjugate permit o protecţie durabilă şi au un mare interes datorită imunogenicităţii de la vârsta de 2 luni.

4) Fabricarea vaccinurilor

Ciclul de producţie a unui vaccin tradiţional este laborios şi implică mulţi ani până la validarea lui. Producătorii trebuie să ţină cont de aspectele reglementate de fabricare biologică a antigenilor bacterieni şi virali, de dezvoltarea liniilor celulare, de obţinerea antigenului prin inginerie genetică, de recoltarea, concentraţia, purificarea, inactivarea şi stabilitatea antigenului, de calitatea altor componenţi utilizaţi şi rămâne o producţie cu flux tensionat, consecinţă a numeroaselor  controale de calitate şi a politicii vaccinale, etc.[3]

Pentru vaccinurile ARN procesele de dezvoltare şi fabricare a vaccinurilor tradiţionale sunt eliminate. Moleculele ARN sunt proteine virale obţinute prin sinteza enzimatică şi sunt produse mult mai repede. În plus, deoarece nu sunt viruşi întregi şi nu se folosesc adjuvanţi în dezvoltarea acestor vaccinuri, doar simple molecule de acizi nucleici, vaccinurile sunt mai bine tolerate de către organisme. Aceste molecule vor juca rol dublu: de a exprima proteinele virale şi de a stimula sistemul imunitar fără adjuvanţi chimici.

*

De-a lungul secolelor, de la primele imunizări până în zilele noastre s-au dezvoltat principiile de vaccinare şi s-au dezvoltat mai multe vaccinuri. Multe boli infecţioase au fost controlate în cea mai mare parte a lumii, dar doar variola a fost eradicată până în momentul de faţă, datorită campaniei de vaccinare a Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii. Alte boli infecţioase ar putea fi eliminate în anumite regiuni ale lumii şi eradicate în următorii ani. Dar există numeroase obstacole induse de complexitatea anumitor boli  infecţioase precum tuberculoza, paludismul, virusul imunodeficienţei umane (HIV), precum şi de apariţia sau reapariţia unor noi agenţi patogeni. De asemenea, eficacitatea şi toleranţa vaccinurilor este legată de vârstă şi de alte mecanisme complexe.[4]

Pentru vaccinurile ARN nu există risc de transformare a genomului sau de a transmite ARN-ul la descendenţi deoarece el nu intră în nucleul celulei. Materialul nostru genetic se află în nucleul celulei. Injectarea este locală, celulele care primesc ARN-ul codant sunt în principal celulele musculare, în nici un caz nu ajung până la celulele organelor de reproducere şi nu poate fi transmis de la o generaţie la alta. ARN-ul codant nu rămâne mult timp în organism, el produce doar ce trebuie pentru a antrena sistemul imunitar să reacţioneze în caz de infecţie „naturală”.

Înţelegerea principiilor vaccinării permite ameliorarea vaccinurilor deja existente, dezvoltarea de noi vaccinuri în scopul luptei împotriva bolilor infecţioase, dar există încă în continuare obstacole, în special legate de agentul patogen ţintă, de viitorii candidaţi la vaccinare şi mai ales de acceptarea vaccinării în interiorul anumitor societăţi.

[1] E. Canoui et O. Launay, „Histoire et principes de la vaccination”, în Revue des Maladies Respiratoires, Vol 36 No1, janvier 2019, p. 74-81.

[2] Communiqué de presse INSERM – 2020.

[3] B. Soubeyrand, „De la fabrication d’un vaccin à sa mise à disposition en pharmacie”, în Revues des Maladies Respiratoires, Vol 35, No10, décembre 2018, p. 1005-1019.

[4] B. Autran, „Altération des réponses vaccinales avec l’âge”, în Revue des Maladies Respiratoires, Vol 36, No. 9, novembre 2019.

Foto. Teodora (Străjeri) Olariu