Новый коронавирус – не первый враг, против которого помогает массовая вакцинация. Сотни миллионов людей остались в живых и родили потомков – нас с вами, потому что были изобретены вакцины, оружие против невидимых глазу врагов. Эксперты Всемирной организации здравоохранения утверждают, что еще до появления вакцин от SARS-Cov-2 прививки предотвращали 2-3 миллиона смертей ежегодно. MedAboutMe разбирается в самых опасных инфекциях, которые мы укротили, и видах вакцин. Рассказываем про векторные, аденовирусные и прочие варианты сложных методик создания понятными словами.
Спойлер: слово «вакцина» произошло от коровы, и вот почему.
Как узнать, есть ли аллергия и на какие аллергены?
Пройдите онлайн-тест, чтобы узнать есть ли у вас аллергияОспа и первые попытки вакцинации
Если сегодня вакцины и вакцинация – только один из значительных успехов медицины, то возможность прививания от оспы была действительно самым важным открытием. Только в прошлом веке черная оспа унесла жизни более 300 млн, а что было в прежние века – учету уже не поддается. Так, в шестнадцатом веке по данным историков оспа уничтожила почти 90% населения обеих Америк.
Почти каждый третий из инфицированных оспой умирал, причем часто в муках. У выживших из-за покрывавших тело нарывов оставались глубокие шрамы и, нередко, слепота. Лекарство от черной оспы искали веками. В итоге поиски привели к созданию первой вакцины.
Около тысячи лет назад в Китае уже пытались применить принцип прививания, вызвав у человека слабую форму оспы. Для этого струпья оспенных больных высушивали, толкли и вдыхали или же вымачивали ткань в оспенном гное и вкладывали в уши.
В Африке ту же идею осуществляли уже с помощью «инъекций»: нитки вымачивали в гное, вдевали в иголку и продевали сквозь кожную складку.
В XVIII веке эти методы активно пропагандировались в Британии в качестве защиты от оспы. Помогать они помогали, но вот эффективность таких «вакцин» конкурировала со смертностью: 3% «привитых» заболевали тяжелой формой оспы и погибали.
К тому времени британские фермеры уже знали, что у коров также бывает оспа, и от них можно заразиться. Вот только болеют ею люди намного легче. Когда эта информация попала наконец в руки врачей, появилась действительно надежная и безопасная вакцина от оспы – первая в истории человечества.
Создал ее доктор Эдвард Дженнер. Событие это было настолько значимо, что мы до сих пор помним дату, когда он ввел первую вакцину человеку. Это был Джеймс Филлип, фермерский сын восьми лет от роду, и случилось это 14 мая 1796 года.
В вакцину поверили не сразу, свои исследования Дженнеру пришлось опубликовать за свой счет. Но в итоге британскую армию в приказном порядке поголовно привили новым препаратом и никто из вакцинированных не пострадал.
В вакцине Дженнера больше не сомневались, оспа стала отступать. А почти век спустя препараты для искусственной иммунизации Луи Пастер предложил называть вакцинами, от vache, что на французском означает «корова». Не в честь коров, а чтобы все помнили вклад доктора Дженнера.
Последний случай заражения оспой датирован 1977 годом. Массовая программа вакцинирования от ВОЗ, начатая в 1967 году, и точечное реагирование на локальные вспышки болезни привели к тому, что сегодня живой вирус есть только в двух биологических лабораториях. Одна в России, вторая в США.
«Чума на оба ваших дома»
Чума не просто так завоевала себе место в проклятьях. Первая пандемия этой болезни, которую назвали «Юстиниановой чумой», в шестнадцатом веке убила более половины населения Европы.
В период второй пандемии – «Черной чумы» восемнадцатого века, опять погибла почти половина Европы и треть жителей Азии. Третья стартовала из Китая в девятнадцатом веке и распространилась на весь земной шар, бушуя в течение нескольких десятков лет.
Первая вакцина от чумы появилась только в конце девятнадцатого века. Русский ученый В. Хавкин, ученик Луи Пастера, стал человеком, который изобрел действенное средство профилактики. Последняя пандемия была остановлена благодаря вакцинации.
Полиомиелит: «ужас родителей»
Хотя смертность от полиомиелита не так высока, как от чумы или оспы, но выживших болезнь калечит серьезнее.
Заражение происходит чаще в возрасте до пяти лет. Вирус поражает ткани нервной системы, провоцируя неизлечимые параличи. Если паралич распространяется на легочные мышцы, развивается смертельное удушье.
Единственным шансом на спасение больных с удушьем из-за полиомиелита был аппарат «железные легкие», капсула, в которой создавалась искусственная вентиляция. Создали их в 1920-х годах. В некоторых случаях больные проводили в этой металлической камере все оставшиеся дни.
Долгое время было непонятно, что вызывает полиомиелит и как распространяется инфекция. В заражениях обвиняли воду, воздух, грязные руки, промышленность, этнические группы. Начиналась болезнь в основном летом – пока дети были на каникулах, и охватывала целые города. Возникала паника, детей запирали в домах, не выпуская на улицу.
Вирусная природа болезни была выявлена только в начале двадцатого века, когда возник парадокс: качество питьевой воды в городах улучшили, и количество вспышек увеличилось, люди стали менее внимательно относиться к очистке и кипячению.
Вакцина была создана только в середине двадцатого века, и количество больных на территории США и Европы резко уменьшилось.
История вакцинации знает одну из страшнейших ошибок, приведшую к трагедии. И совершили ее именно во время программы вакцинации от полиомиелита.
Спустя три года после изобретения инъекционной полиовакцины компания Cutter Laboratories не отследила состав и произвела более 100 тыс. доз с живым и не ослабленным вирусом. 10 детей умерли после прививки, 160 остались пожизненно парализованными.
«Ужас родителей» начали повсеместно побеждать только с 1988 года после объявления программы ВОЗ по борьбе с полио, до этого активная вакцинация была только в развитых странах. К 1995 году полиомиелит был побежден в США, через пять лет в Китае, Японии и Южной Корее, к 2002 году в Европе, и всего семь лет назад в Юго-Восточной Азии. Вирус все еще достаточно часто (по отношению к другим странам) встречается в Афганистане, Нигерии, Пакистане – до ста случаев заражения в год.
По данным ВОЗ, прививки от полиомиелита помогли сохранить жизнь полутора миллионам человек и не дали искалечить ноги 18 миллионам.
Малярия: проблема болотной лихорадки
В России малярия – болезнь в основном завозная, хотя есть первые данные о том, что и наши комары потенциально способны переносить возбудителя «болотной лихорадки». Около половины человечества находится в группе риска, а ежегодная смертельная жатва малярии уносит более 400 тысяч населения земного шара. Половина из летальных исходов отмечается на территории Африки.
Переносят возбудителей малярии, одноклеточных бактерий-паразитов, малярийные комары. Лекарства от этой болезни есть, но вот эффективная вакцина для формирования иммунитета пока не создана, хотя работают над ней уже более 30 лет, а затраты составляют около 700 млн долларов. Первые испытания проходит вакцина с эффективностью около 40% и длительностью иммунитета четыре года. Причем необходимо вводить вакцину целых четыре раза.
На данный момент действует программа осушения болотистых местностей, где размножаются малярийные комары, распространения противомоскитных сеток, препаратов, которые подавляют заболевание при приеме на ранней стадии.
Однако уже появляются данные, что бактерия начинает приобретать устойчивость к антималярийным лекарствам.
Туберкулез и вакцина БЦЖ
Чахотка – под таким названием можно встретить туберкулез в литературных источниках. От нее «чахли», покрывались чахоточной бледностью с лихорадочным румянцем, кашляли, худели, умирали целыми семьями, уезжали лечиться на воды и в Кавказские горы. Чахотка была привычным спутником жизни.
В девятнадцатом веке она убила примерно четверть жителей Европы, хотя не так стремительно, как остальные заболевания. Поворотным моментом стало выделение немецким врачом Робертом Кохом микобактерии, возбудителя туберкулеза (ее и назвали палочкой Коха) и создание псевдовакцины «Туберкулин», вещества, позволяющего диагностировать болезнь.
Несколько лет спустя, уже в начале двадцатого века во Франции была создана первая человеческая вакцина БЦЖ. В ее названии зашифрованы имена разработчиков: Альберта Кальметта и Камиля Герена: Bacille Calmette-Guerin, BCG, а в составе – штамм ослабленного возбудителя туберкулеза у коров.
Вакцинация предотвращает развитие тяжелых форм, так что туберкулез все еще остается большой проблемой человечества.
Корь и антипрививочники
Африканская вспышка лихорадки Эбола, напугавшая весь мир, принесла примерно 20 тыс. смертей. В то время как давно известный и привычный вирус кори ежегодно уносит более 200 тысяч жизней, хотя от этой болезни есть эффективная вакцина уже почти 60 лет. А до ее изобретение количество смертей ежегодно превышало 2,5 миллиона.
Причина такой ситуации – антипрививочное движение. Чтобы победить корь, необходима почти поголовная вакцинация: вирус крайне заразен. Для коллективного иммунитета нужен охват не менее 95% населения, чего достичь не удается. В последние годы количество вакцинированных от кори опять падает: активность антипрививочников в социальных сетях и локдаун из-за коронавирусной инфекции вносят свой вклад.
Первый виновник появления отказов от коревых прививок – британский врач Эндрю Уэйкфилд. В 1998 году он подделал данные исследования и опубликовал статью о том, что вакцина MMR (корь-краснуха-паротит) вызывает у детей расстройства аутистического спектра.
Позднее информацию опровергли, Уэйкфилда обвинили в распространении ложных данных, лишили медицинской лицензии, но плоды его недобросовестности мы пожинаем до сих пор.
26 стран в прошлом году из-за локдаунов были вынуждены приостановить плановую вакцинацию от кори. Около ста миллионов детей остались без своевременной прививки, на данный момент только восемь государств возобновили вакцинацию. Эксперты ВОЗ тревожатся из-за потенциальной угрозы новых масштабных вспышек кори, которые особенно угрожают Африканскому континенту.
В России тоже не все гладко с этими прививками: диагнозы «корь» у детей стали регистрироваться чаще, в том числе и в Москве.
Синдром врожденной краснухи
Краснуха считается не такой уж серьезной болезнью, и осложнения от нее у детей развиваются редко. Однако опасна она не только этим. Последняя эпидемия на территории США в середине двадцатого века распространилась на 12,5 млн человек. У двух тысяч краснуха вызвала энцефалит, воспаление тканей головного мозга, 11 тысяч инфицированных женщин прервали беременность, но большинство вынашивало ребёнка. В итоге на свет появилось более 20 тыс. детей с диагнозом «синдром врожденной краснухи», более половины с глухотой, 15% слепые, 10% с умственной отсталостью.
Краснуха относится к опаснейшим заболеваниям для плода: вирус проникает через плацентарный барьер и вызывает врожденные патологии. Профилактика – своевременная диагностика отсутствия антител в крови и вакцинация женщины за 4-6 месяцев до зачатия.
Паротит: свинка как причина бесплодия
Антипрививочная кампания против вакцин от кори логично повлияла не только на вакцинацию от краснухи, но и от эпидемического паротита – «свинки». Это вирусное воспаление лимфоузлов – не самая легкая детская болезнь, особенно для мальчиков. Последние серьезные вспышки были отмечены в США в 2006 и 2010 годах среди подростков и студентов колледжей и в религиозных общинах.
Проблема паротита – его последствия для репродуктивных способностей, вирус влияет на способность яичек производить сперму в каждом четвертом случае средней и тяжелой формы болезни, приводя к мужскому бесплодию.
Как создают вакцины?
Историю борьбы с заболеваниями мы видим сегодня в сокращенном варианте – на примере создания вакцин от коронавирусной инфекции. Менее чем за год – в отличие от десятков и сотен лет поисков в прежние времена – удалось создать несколько вариантов прививок от SARS-CoV-2. Препараты для вакцинации разные, данные, которые публикуются в популярных источниках, часто противоречат друг другу. Разберемся, как же делают эти (и любые другие) вакцины и чем они отличаются.
Этап первый: понять болезнь
Любое заболевание вмешивается в работу организма на физиологическом и биохимическом уровне. Причины болезней разные, вакцины могут быть созданы в основном только от инфекционных патологий (хотя есть «прививки от рака», терапевтические противораковые вакцины с похожим принципом действия – активизацией иммунной системы и нацеливания ее на клетки опухоли).
При внедрении в организм инфекционного агента начинается перехват управления биохимическим аппаратом клеток: возбудитель подстраивает клетки под свои нужды, мешая им работать, как нужно человеку. Так, SARS-CoV-2 нацеливается на дыхательный эпителий, не давая осуществлять необходимый нам процесс газообмена.
Так, лекарство или вакцина должны быть способны:
- К инактивации возбудителя после проникновения в организм до захвата клеток;
- Или к нарушению жизненного цикла возбудителя, чтобы он не смог размножаться тем или иным способом;
- Или к защите остальных клеток-мишеней от этого агента.
Старинные методы, как в примере с оспенными струпьями и гноем, тоже действуют – но это «метод тыка». Для создания эффективного препарата без жертв в процессе испытания действенности надо понимать следующие этапы:
- Какие клетки и какие рецепторы являются мишенью возбудителя;
- Как он внедряется в клетку или как влияет на нее;
- Как именно инфекционный агент заставляет клетку помогать ему размножаться, что он использует при этом;
- Как происходит распространение возбудителя в организме после порабощения клетки;
- Как реагирует на него иммунная система, есть ли риск очень слабой иммунной реакции, когда клетки-киллеры не видят возбудителя, или наоборот, гиперактивного ответа с системным поражением всех без разбора.
Ответы на эти вопросы формируют информационную базу, которая будет фундаментом для этапа разработки препарата – синтеза или биосинтеза вещества, способного нарушать свойства возбудителя и не вредить организму. По этому принципу работают препараты от вируса иммунодефицита человека и гепатита С.
Дополнительную сложность создают способности возбудителей изменяться – вирусы и бактерии мутируют, становятся устойчивыми к лекарствам. Чтобы снижать риск устойчивости, те же препараты от ВИЧ и гепатита С назначаются в комбинации нескольких действующих веществ – так вирусам сложнее быстро реагировать.
Монопрепараты в этом случае менее действенны, например, противовирусный римантадин на территории США признан малоэффективным: штаммы вируса гриппа к нему привыкли.
Самую высокую эффективность в борьбе с болезнями показывают вакцины: их введение приводит к имитации инфекционной болезни и заставляет иммунную систему реагировать, подсказывает ей, кто является врагом и как его уничтожать. В таких препаратах для вакцинации используют белки вирусов – исходные или измененные или живые ослабленные вирусы, как в «живой» вакцине от полиомиелита. Еще один вид вакцин – РНК- и ДНК-вакцины – совсем недавно относился к экспериментальным.
Пандемия COVID-19 резко ускорила процесс создания РНК-вакцин, которые основаны не на вирусных белках или самом возбудителе, а его генах, кодирущих белки вируса. Когда они попадают в организм, клетки начинают синтезировать белки, аналогичные белкам возбудителя, что обучает иммунную систему быстро реагировать. Это препятствует развитию заболевания при столкновении с истинным инфекционном агентом, но болезнь не вызывает даже в слабом ее подобии.
Первой в истории медицины официально признанной эффективной и безопасной вакциной для широкого распространения стал препарат от BioNTech/Pfizer от нового типа коронавируса. Он кодирует тот самый белок, придающий SARS-CoV-2 вид шипов на поверхности сферы.
Этап второй: найти хиты
После сбора базовой информации начинается стадия разработки с тестированием различных веществ в поисках хита (от слова hit, удачный удар). Как правило, такими «хитами» становятся вирусные белки, если речь о противовирусной вакцине.
Порой приходится рассматривать миллиарды веществ, и с этой целью сегодня используют машинные алгоритмы глубокого обучения. Альтернативный вариант – изучение антител уже переболевших людей.
В области поиска новых потенциально активных молекул действующих веществ успешно работает созданная российскими экспертами компания InSilico Medicine.
Третий этап: процесс поиска и тестирования лидов
Как только найдена группа хитов, которые могут связываться с вирусными белками и разрушать их, начинается этап скрининга – проверки безопасности и экономической эффективности веществ. Это период исключения веществ:
- Нестабильных, с ускоренным разложением в окружающей среде или в организме;
- Длительным или затратным синтезом;
- Токсичных – как в прямом воздействии, так и после метаболизма. Впрочем, если при помощи изменения схемы производства получиться добиться вещества, которое будет безвредно удаляться из организма, то хит может быть признан актуальным;
- Плохо растворимых: препарат должен не оседать, а распространяться по всему организму;
- Не способным быстро проникать сквозь клеточную мембрану, слизистые (если введение предполагается назально или перорально).
Все испытания на данном этапе проводятся на клеточных культурах в лабораторных условиях. Те хиты, которые успешно проходят скрининговые фильтры, становятся лидами (lead, «ведущий», практически «лидер»).
А вот лиды проходят тестирование уже на животных с теми же фильтрами. Подтвердившие эффективность и безопасность переводятся в категорию кандидатов.
В среднем от начала процесса до составления списка «кандидатов» проходит 3-7 лет.
Этап четвертый: клинические исследования
И тут пока речь об участии людей в исследованиях не идет: сначала они проводятся на животных. Оценивают уровень токсичности, подбирают дозировки, исследуют влияние на генетический аппарат клеток, репродуктивную способность, потенциальную канцерогенность, воздействие во время беременности и многое другое.
Некоторые препараты могут не исследоваться на отдельные риски. Так, на канцерогенность изучают только те вещества, которые требуются в длительной терапии. А если речь идет о краткосрочном заболевании – как COVID-19 – то необходимости нет.
Весь этот этап доклинических исследований может занять до 5 лет. Если все проходит успешно, переходят к клинической разработке с последовательным и контролируемым тестированием с участием людей.
- На первой фазе клинических испытаний подтверждается первичная безопасность препарата с оценкой диапазона доз, изучается его влияние на организм, уровень биодоступности, особенности взаимодействия с медикаментами, пищей, зависимость от пола и возраста, имеющихся болезней.
- На второй фазе начинается проверка эффективности. Если речь о лекарстве от болезни – то в исследовании участвуют пациенты с целевым заболеванием. При проверке вакцин набирают здоровых участников с последующим наблюдением за пулом добровольцев, которые получили вакцину, и группой, которой ввели плацебо.
- На третьей фазе, которую сейчас проходит часть вакцин от COVID-19, наблюдают уже за массовыми пулами участников и оценивают баланс пользы и побочных реакций. Когда создают прививки, приемлемыми считаются только легкие побочные эффекты, что непросто. Сочетание эффекта и минимального числа тяжелых «побочек» достигается большим трудом.
Такая фаза в среднем может занять до пяти-семи лет. Если же мы говорим о низкомолекулярных препаратах краткосрочного действия, то тестирование ускоренное за счет особенностей веществ. Оно занимает 1-2 года.
Это научно выверенный процесс разработки, официально рекомендованный и задокументированный. Однако часть популярных антивирусных лекарств и «иммуномодуляторов» его не проходит, что вызывает критику со стороны экспертов.
В отношении вакцин такая ситуация неприемлема – и те варианты, которые предлагаются от COVID-19, проходят все этапы и фазы.
Этап пятый: наконец-то можно производить
Собственно, вопрос о производстве встает еще на этапе скрининга лидов. Но даже если синтез прост и недорог, препарат должен быть создан в приемлемой для введения форме – растворе для инъекции, нанесения на слизистую, таблетке, наконец.
Процесс производства должен быть максимально стабильным – вспомним историю с живым и активным полиовирусом в США.
И, конечно, итоговый продукт не должен требовать слишком сложных условий для хранения и транспортировки. Это усложняет распространение.
Например, американскую вакцину Moderna и препарат от Pfizer/BioNTech можно хранить только при температуре -70-80° С. Российский Спутник V от Центра им. Н. Ф. Гамалеи в жидком виде можно хранить при более высокой температуре – до -18° С.
А лиофилизированный Спутник V (Гам-КОВИД-Вак-Лио) и ЭпиВакКорону от новосибирского «Вектора» при температурном диапазоне +2-8° С, что существенно облегчает транспортировку.
Вирусные, инактивированные, пептидные: чем отличаются вакцины?
Но вопросами хранения вакцины не ограничиваются. Разница в самой основе: подходы к созданию вакцин отличаются: препарат может быть вирусным, инактивированным, векторным, с основой в виде нуклеиновых кислот. Споры о сравнительной эффективности ведутся постоянно, кроме того, есть и экспериментальные вакцины нового типа.
Рекомбинантный или векторный тип вакцин сегодня на пике популярности. Производят такие препараты, взяв за основу вирус-носитель или вирусный вектор, то есть часть вируса без патогенных составляющих. Вместо них «вставляется» необходимый элемент – часть генетического кода того возбудителя, против которого создается вакцина.
Этот метод был использован в изготовлении прививок от гепатита В и ротавируса, а также в векторной вакцине от COVID-19 от НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи.
Рассмотрим варианты вакцин по порядку.
Ослабленный вирус
Все та же схема, как с оспенными струпьями, но в современном виде: берем вирус, доводим его до ослабленного состояния (аттенуированного) и используем в составе вакцины. Так были созданы прививки от кори, паротита, краснухи, ветрянки и т. д.
Как ослабить вирус? Для этого нужны... животные. Основное свойство вирусов – приспособление, адаптация к организму хозяина. Если ввести человеческий вирус в клеточную культуру животного, начнутся мутации, чтобы лучше воздействовать на новый организм.
Отбирают варианты, которые стали максимально безопасными для людей, но все еще схожие с «родоначальником», чтобы иммунная система человека при встрече с «диким» исходником распознала его как старого знакомого.
Главный плюс: длительный постпрививочный иммунитет. Однако создание требует особого внимания: вирусные мутации строго контролировать не удается, и есть риск, что аттенуированный вирус снова окрепнет и станет способен вызвать инфекцию. Так что подобные препараты требуют скрупулезных клинических испытаний в течение нескольких лет.
Подобные вакцины начали разрабатывать в США в компании Codagenix (в партнерстве с Индийским институтом сывороток) еще в феврале прошлого года, и в Мельбурнском университете в сотрудничестве с Университетом Неймегена (Нидерланды-США). Пока что COVI-VAC и BCG vaccine на этапе клинических испытаний.
Вирус есть, но его как бы нет: инактивированная вакцина
В составе инактивированных вакцин вирусы есть, однако они не могут проникать в клетки – как понятно из названия, они не активны. Этот метод создания также уже хорошо проверен, например, инактивированные вакцины от полиомиелита и коклюшной инфекции созданы именно этим способом.
Как убивают вирусы? Самыми разными методами: нагревом, дезинфицирующими средствами, облучением и т. д. И хотя вирусные белки в процессе неизменно изменяются (денатурируют), но на химическом уровне они те же, и форма вирусных частиц после «убийства» остается неизменной. Так что иммунная система на них реагирует.
В критике таких вакцин чаще всего упоминают две слабые стороны:
- Инактивированные препараты, как правило, вызывают слабую реакцию со стороны иммунной системы, так что им требуется компаньон-адъювант, вещество, усиливающие иммунный ответ вырабатывать антитела.
Универсальным адъювантом сегодня считается соль алюминия, но применение этих солей сегодня критикуют. Намного более эффективными считаются виросомы, фосфолипидные наночастицы, которые «цепляют» к себе вирусный белок и притворяются полноценным вирусом. Иммунная система быстрее распознает такое «чучело» инфекционного агента и атакует активнее, чем просто вирусный белок.
- Второй повод для критики: недостаточно стойкий иммунитет, что требует повторных вакцинаций.
Большой плюс: инактивированные вирусы безопаснее живых, даже очень ослабленных, так как мутировать в них нечему.
Однако в разработке вакцин от коронавируса ученые учли факт реакции только на белок и усовершенствовали схему, так что иммунная система также получила возможность реагировать на матрикс и оболочку вируса.
Сегодня зарегистрированы китайские Sinopharm, BBIBP-CorV и CoronaVac, индийская Covaxin, российский КовиВак .
Создателям Sinovac помогла компания Dynavax из США: в составе вакцины использован американский адъювант, который отлично зарекомендовал себя в препарате от гепатита В. Это помогло китайцам сэкономить массу времени и зарегистрировать препарат первыми.
Векторные вакцины
Для векторных вакцин берут не исходный вирус-виновник болезни, а совсем другой. Например, аденовирус. В его геном встраивается участок нужного нам вируса, и в итоге на оболочке безобидного «чистого» аденовируса появляется новый белок-антиген. Такие подготовленные вирусы называют «вектор».
Когда этот генетически модифицированный вектор вместе с новым белком-антигеном попадает в организм с прививкой, иммунный ответ вырабатывается по той же схеме, что и после введения «живой» вакцины с ослабленным вирусом.
Скорее всего, в ближайшем будущем мы увидим векторы, которые будут способны размножаться, что поможет поддерживать иммунитет в напряжении дольше. Такая векторная реплицирующаяся вакцина создается в Пекине.
Кроме того, есть кандидаты (на стадии разработки), которые относятся и к векторным, и к инактивированным вакцинам: вирусный вектор, отображающий белок на оболочке, перед введением «убивают». Это считается максимально безопасным вариантом – такой вектор не будет размножаться даже при ослабленном иммунитете, и можно осуществлять контроль над уровнем антигена. Такие варианты пока что на стадии доклинических испытаний.
Большой плюс такой вакцины: работает она так же хорошо, как введение ослабленного вируса, но мутировать этот вирус, опять-таки, не способен. Кроме того, в процессе создания нет нужды в контакте с живым вирусом. Такие векторные вакцины можно производить в больших количествах, они вызывают хороший ответ В- и Т-клеток.
Существенный недостаток (который удачно обошли создатели «Спутника V»): если у человека есть иммунитет к вектору – например, он недавно перенес аденовирусную инфекцию, вызванную именно данным типом вируса, то иммунная система будет быстрее атаковать вектор и не успеет обучиться распознаванию целевого белка.
Чтобы этого избежать, можно, как российский разработчики, включать в состав два типа векторов, или же применять вирусы, редко встречающиеся у людей или не вызывающие особенного иммунного ответа.
К таким зарегистрированным нереприцирующимся векторным вакцинам относят российский Гам-КОВИД-Вак (Спутник V), китайский Convidicea (CanSino Biologics), AZD1222 (Oxford/AstraZeneca на основе аденовируса вируса шимпанзе) и вакцина производства Johnson & Johnson.
Опасения вызывает также недостаточная изученность подобных вакцин: их пытались сделать для профилактики гриппа, рака, ВИЧ-инфекции, лихорадки Эбола, но не всегда успешно. С другой стороны, аденовирусы, вернее, их оболочки – прекрасные носители, отличающиеся безопасностью, достаточной простостой для модификации и недолгим иммунным ответом после аденовирусной инфекции, так что в вакцинах от новой коронавирусной инфекции этот метод создания оказался весьма успешным.
Это интересно!
Ученые российской лаборатории генной инженерии МФТИ обратили внимание на другой вариант вектора-носителя – аденоассоциированный вирус. Это первое в мире применение данных вирусов в производстве вакцин. Хорош этот вариант тем, что болезней у человека, видимо, не вызывает – эти вирусы могут размножаться, только если рядом есть аденовирус.
В генной терапии эти мелкие вирусы востребованы давно, и уже есть зарегистрированные препараты, созданные на их основе. Например, лекарство от наследственной потери зрения из-за генетической мутации. Аденоассоциированные вирусы – весьма привлекательный кандидат для создания вакцин, и в МФТИ проводят исследования по использованию их в качестве векторов для борьбы с ковидом. Эксперты обещают, что их препарат будет не только безопасен, но и эффективен от многих штаммов нового коронавируса.
ДНК-вакцины
В таком препарате есть плазмида – кольцевая молекула ДНК. Это код, который «раздает инструкции», как создавать вирусный белок. Когда такая молекула ДНК попадает в человеческую клетку, она встраивается в ее геном. Благодаря этому клетка начинает производить вирусный белок-антиген, а иммунная система начнет на него реагировать и вырабатывать антитела.
Чтобы донести такую плазмиду с инструкцией и помочь ей проникнуть в клетку, ее встраивают в генную последовательность носителя – это безобидный вирус. Он срабатывает как «шприц», внедряясь в клетку и оставляя там свой измененный геном.
В данном случае от исходного вируса остается исключительно пустая оболочка и ничего больше, в отличие от векторных вакцин.
Плюсы такого метода похожи на результативность векторных вариантов: стойкость иммунитета сравнима с вакцинацией аттенуированным вирусом, а недостатки «живой» вакцины отсутствуют. Кроме того, такие вакцины помогают вырабатывать не только гуморальный («основной» иммунный ответ), но и клеточный иммунитет, что ранее считалось возможным только при использовании живых вирусов. ДНК-вакцины достаточно легко производить в больших масштабах – плазмиды выращивают при помощи неприхотливых бактерий E. coli, а сами плазмидные ДНК весьма стабильны.
Направление это новое, так что проблема – в недостаточной изученности. Регистрацию прошла только одна прививка – от вируса Зика, и то для животных. Зато есть множество перспективных разработок: ДНК-вакцины от кариеса (одного из его возбудителей из группы стрептококков), сахарного диабета 1 типа и аутоиммунных болезней.
На этапе клинических испытаний находятся следующие ДНК-вакцины от COVID-19: INO-4800 от Inovio Pharmaceuticals, AG0301-COVID19, ZyCoV-D, GX-19, CORVax, препараты от Symvivo и Entos Pharmaceuticals.
РНК-вакцины
Хотя звучит РНК похоже на ДНК, разница принципиальная. Структура у вирусной молекулы в РНК-вакцине – от матричной РНК (мРНК). Она никуда не встраивается, а остается «шаблоном», транслирующим вирусный белок.
мРНК, облаченная в липидную наночастицу, вводится в организм, где липиды сливаются с мембранной оболочкой клеток-мишеней (в случае с коронавирусом – легочного эпителия) и станет шаблоном для синтеза антигена. В ответ на это уже наши клетки будут так же, как и после применения ДНК-вакцины, производить вирусные белки, а иммунная система начнет вырабатывать антитела и охотиться на эти протеины. Но в ДНК клетки ничего встраиваться не будет.
Дополнительный (помимо отсутствия пугающих многих людей слов про изменение клеточной ДНК) плюс – в схожести липидной частицы-носителя мРНК с вирусом, так что есть вероятность формирования иммунного ответа на саму частицу тоже. Такая дополнительная реакция – гуморальный и клеточный иммунитет – проявляется раньше и длится дольше.
Помимо этого мРНК создается быстро и стоит в производстве недорого, что тоже плюс.
Есть еще и вариант вакцины, в которую включается самореплицирующаяся РНК, что требует меньшей дозы для прививки.
Перспективы у РНК-вакцин большие, и появились они еще до пандемии коронавируса. Так, на этапе разработки находятся вакцины от цитомегаловируса и вируса Зика. Но, как и в случае с ДНК-вакцинами, информации хотелось бы побольше.
Одна из особенностей таких вакцин – требование ультранизких температур для хранения. Примеры из зарегистрированных: Comirnaty (Pfizer/BioNTech/Fosun Pharma) от международной команды ученых и штатовская Moderna.
В российской компании BIOCAD также ведутся разработки трех вариантов вакцин с разным содержанием дозировок мРНК.
Вакцины из белков
Для таких препаратов берут «кусочки», частички вируса. Если ДНК- и РНК-вакцины заставляют наш организм вырабатывать белки-антигены, то тут вводится практически уже все готовое для ответной реакции иммунной системы. Вводят не один белок, а целый коктейль, и он быстро провоцирует ответные действия.
Рекомбинантные белковые вакцины могут быть на основе белков, вирусоподобных частиц и активных доменов рецептора.
Яркий пример – вакцина от гриппа FluBlok, зарегистрированная, лицензированная, с большим опытом производства.
Плюсы очевидны: ничто не мутирует, не реплицируется, не изменяет генетической код клетки. Этим белкам даже не надо никуда проникать – они появляются в организме, и этого достаточно. Уровень безопасности, пожалуй, самый высокий, в том числе и при производстве: «живой» вирус там не нужен. Процесс тестирования быстр и прост.
Минусов больше, и они существенные. Во-первых, нужно довольно много белков-антигенов, чтобы вакцина была эффективной.
Проблему массового производства белков-антигенов решают оригинально, экспрессируя рекомбинантные белки в клетках насекомых, млекопитающих, растений, дрожжевых грибков. Так, компания Sanofi использует для этого... гусениц. Вернее, их клетки, в которых «штампуются» антигены вирусов гриппа. Однако это все равно сложный и затратный процесс.
Во-вторых, есть вероятность нестойкости иммунитета, примерно на уровне инактивированной вакцины. Однако для быстрого создания коллективного иммунитета во время эпидемий и пандемий такой защиты хватит, чтобы приостановить распространение инфекции.
Ну и, как в случае других инъекционных препаратов для вакцинации, нет ожиданий по формированию устойчивого иммунитета слизистых оболочек.
Такие инновационные вакцины от COVID-19 есть у России (ЭпиВакКорона) и Китая (ZF 2001 от Института микробиологии).
Создание вакцин – дело долгое, это длительный поиск, проверки и перепроверки, команды экспертов и профессионалов, средства, усилия. В «докоронавирусные времена» одну вакцину разрабатывали в среднем 10 лет. С единственным исключением: прививки от лихорадки Эбола были созданы в рекордно короткий срок, всего за пять лет! Так что сегодня мы наблюдаем в буквальном смысле чудо, и не одно. Пандемия подстегнула научную работу и заставила человечество сделать огромный шаг вперед. В свою очередь это открыло новые перспективы лечения других заболеваний, в том числе тех, с которыми мы давно боремся.
