Що таке ДНК-вакцина?

ДНК-вакцини, які часто називають вакцинами третього покоління, використовують сконструйовану ДНК, щоб викликати імунологічну відповідь у господаря проти бактерій, паразитів, вірусів та потенційно раку.

Традиційні вакцини

Вакцини, які зараз доступні світовому населенню, включають вакцини проти кору, паротиту, краснухи, сезонного вірусу грипу, правця, поліомієліту, гепатиту В, раку шийки матки, дифтерії, кашлюку та вакцини проти інших захворювань, які є ендемічними для певних регіонів світ.

Багато з цих вакцин забезпечують імунітет, індукуючи антиген-специфічні адаптивні імунні реакції у господаря.

Більш конкретно, ці вакцини піддають імунну систему епітопам, що походять від патогена, що дозволяє імунній системі виробляти антитіла, які можуть розпізнавати та атакувати цього збудника інфекції, якщо щеплений господар зустріне цей збудник у майбутньому.

Хоча звичайні вакцини мають вирішальне значення для запобігання розповсюдженню численних високоінфекційних захворювань, виготовлення цих вакцин часто вимагає, щоб дослідники обробляли живих збудників хвороб. Не тільки поводження з цими патогенами може викликати загрозу безпеці людей, які розробляють вакцину, але також викликає занепокоєння ризик зараження цими патогенами.

Проблеми, пов’язані з розробкою звичайних вакцин, призвели до дослідження кількох альтернативних підходів до вакцин, які можуть бути використані як для інфекційних, так і для неінфекційних захворювань.

Однією з альтернативних вакцин, яка привернула значну увагу, є вакцина на основі ДНК. Вакцина на основі ДНК вважається більш стабільною, економічно ефективною та простішою у використанні, ніж традиційні вакцини.

Як працюють ДНК-вакцини?

Як і будь-який інший тип вакцини, ДНК-вакцини викликають адаптивну імунну відповідь. Основним принципом роботи будь-якої ДНК-вакцини є використання плазміди ДНК, яка кодує білок, що походить від збудника, на який буде націлена вакцина.

Плазмідна ДНК (pDNA) є недорогою, стабільною та відносно безпечною, завдяки чому ця невірусна платформа може вважатися чудовим варіантом доставки генів. Деякі з різних вірусних векторів, які використовувались для отримання пДНК, включають онко-ретровіруси, лентівіруси, аденовіруси, аденоасоційовані віруси та простий герпес-1.

При внутрішньом’язовій ін’єкції ДНК-вакцини пДНК націлюється на міоцити. ДНК-вакцини також можна вводити шляхом підшкірної або внутрішньошкірної ін’єкції для націлювання на кератиноцити. Незалежно від місця ін’єкції, пДНК трансфікує міоцити або кератиноцити. Потім ці клітини зазнають апоптозу.

Клітина, яка зазнає апоптозу, вивільнить невеликі зв’язані з мембраною фрагменти, які відомі як апоптотичні тіла. Ці апоптотичні тіла викликають ендоцитоз клітинного сміття незрілими дендритними клітинами (iDC). Потім активність iDC може ініціювати генерацію екзогенних антигенів, які представлені виключно основним класом гістосумісності II (MHCII).

Подання антигену до MHCII активує хелперний CD4⁺ Т-клітини, які сприяють грунтуванню В-клітин і, зрештою, дозволяють створити гуморальну імунну відповідь. Ця гуморальна імунна відповідь необхідна для активації вироблення CD8⁺ Т-клітини.

Окрім дії на міоцити або кератиноцити, будь-який шлях введення ДНК-вакцини може також трансфектувати антигенпрезентативні клітини (APC), розташовані поблизу місця ін’єкції. Цей прямий шлях трансфекції призводить до ендогенної експресії трансгену та паралельної презентації антигену як через MHCI, так і через MHCII, отримуючи тим самим обидва CD8⁺ та CD4⁺ Т-клітини.

Які ДНК-вакцини зараз розробляються?

В даний час не існує ДНК-вакцин, які були схвалені для широкого використання у людей. Однак кілька вакцин на основі ДНК були схвалені як Управлінням з контролю за продуктами і ліками США (FDA), так і Міністерством сільського господарства США (USDA) для ветеринарного використання, включаючи вакцину проти вірусу Західного Нілу у коней та вакцину проти меланоми проти собаки.

Незважаючи на те, що вакцини на основі ДНК досі не були схвалені для використання серед широкого загалу, було проведено кілька постійних клінічних випробувань на людях проти ДНК-вакцин. За даними Національної медичної бібліотеки США, в даний час в ході клінічних випробувань на людях у США тестується понад 160 різних ДНК-вакцин. За підрахунками, 62% цих випробувань присвячені противакцинозним вакцинам, а 33% застосовуються для вакцин проти вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ).

Одне з перших клінічних випробувань на ДНК-вакцині досліджувало потенційні терапевтичні та профілактичні ефекти ДНК-вакцини проти ВІЛ. Хоча в цьому дослідженні був виявлений певний рівень імуногенності, не було виявлено значущих імунних відповідей. Гіперваріативність ВІЛ дозволяє цьому вірусу вторгнутися в імунну систему господаря за допомогою декількох різних механізмів.

Як результат, вчені, які прагнуть розробити ДНК-вакцину проти ВІЛ, виявили, що для розробки найкращої ДНК-вакцини проти ВІЛ необхідно ретельно оцінити кілька різних стратегій грунтування, підсилюючих речовин та змінених графіків ін’єкцій.

Майбутні напрямки

Незважаючи на те, що в даний час численні вакцини на основі ДНК випробовуються на людях по всьому світу, все ще існує кілька проблем, що дозволяють перенести цей підхід до вакцини в клініку. Однією з найбільших проблем, пов’язаних з ДНК-вакцинами, є низька імуногенність у великих тварин та людей.

Дослідники вважають, що більші кількості ДНК в діапазоні від 5 до 20 мг потрібно вводити людині середнього розміру, щоб підвищити імуногенність вакцин на основі ДНК. Інший виклик вакцин на основі ДНК включає оптимізацію трансфекції, яка може бути досягнута шляхом включення декількох параметрів, таких як гібридний вірусний / еукаріотичний промотор або оптимізація антигенних кодонів.

У сукупності ідеальна ДНК-вакцина дозволить уникнути позаклітинної деградації та успішно потрапити в ядро ​​клітин-мішеней, щоб викликати довгострокову імунну відповідь.