Современная классификация вакцин

История создания вакцин.

Под общим названием вакцин объединяют все препараты, получаемые как из самих патогенных микроорганизмов  или их компонентов, так и продуктов  их жизнедеятельности, которые применяются  для создания активного иммунитета у животных и людей.

Историю создания вакцин профилактики можно разделить на три периода:

1. Бессознательные попытки на  заре научной медицины искусственно заражать здоровых людей и животных выделениями от 
больных с легкой формой заболевания.

2. Создание большого количества инактивированных вакцин.

3. Создание и применение живых,  убитых, субъединичных вакцин.

Первый период ознаменовался гениальным открытием живых вакцин Э. Дженнером (1796) и Л. Пастером (1880). Хотя в основе этих открытий лежали опыт и наблюдения (Э. Дженнер), знание этиологии и сознательный эксперимент (Пастер), главным в этот почти столетний период было искусственное заражение с последующим переболеванием, то есть вызвать «легкую болезнь» с тем, чтобы человек не заболел ею в тяжелой смертельной форме. Вакцина Дженнер а против оспы, вакцины Пастера против холеры кур (1880), сибирской язвы (1880–1883), рожи свиней (1882–1883), бешенства (1-S81–1886) содержали живых возбудителей болезни, ослабленных различными методами: возбудитель холеры кур – длительным хранением культур в бульоне, воздействием на возбудителя сибирской язвы повышенной температурой (42,5 °С), пассажем возбудителя рожи через организм голубей и кроликов, пассированием вируса бешенства через организм кроликов.

В 1884 году Л.С. Ценковский в России, используя принцип аттенуации (ослабления) по Пастеру, приготовил свои вакцины против сибирской язвы. В 1908 году Wall и Leclainche получили вакцину против эмкара из культур возбудителя, выращенных при 43–44° С, или культуры, выращенные в средах со специфической сывороткой. Затем подобные живые вакцины были получены против холеры людей (Хавкин В., в Индии, 1890–1896; Nikole, 1912). В 1897 году Р. Кох в практику профилактических прививок против чумы крупного рогатого скота предложил живой вирус из желчи убитых, больных или павших от чумы животных. Эти прививки давали отход до 30%. Вскоре Ненцкий, Забер и Выжникевич заменили их «симультанными» прививками, то есть одновременным введением с живым вирусом специфической сыворотки.

На этом первый, самый ранний период разработки живых вакцин заканчивается, вместе с ним заканчивается и  первый период развития иммунологии.

Второй период характеризуется  изготовлением вакцин из убитых бактерий и открытием большого количества возбудителей заболеваний. И смело  можно сказать, что не было такого микроорганизма, который бы в убитом состоянии не использовался в  качестве вакцины. Официальным началом  этого периода следует считать 1898 год (Kolle Pieiffer), он дал богатые плоды для медицины и ветеринарии в создании так называемых корпускулярных вакцин. В то же время он принес науке много удивительных открытий и разочарований. Этот период не закончен и сейчас, так как из-за отсутствия эффективных профилактических препаратов мы пользуемся убитыми корпускулярными вакцинами при целом ряде инфекций, хотя имеются совершеннейшие методы аттенуации микроорганизмов.

В разработке живых вакцин этот период сыграл печальную роль. Он задержал их развитие более чем на 20 лет. Но в то же время в этот период бытовало мнение о недостаточной эффективности  убитых вакцин. Ученые не оставляли  поисков все новых и новых  живых вакцин, как наиболее эффективных  и экономичных профилактических препаратов.

В третий период (с 1930 года) в равной мере получили развитие живые, убитые и так называемые химические вакцины  из очищенных антигенов, то есть третий период характеризуется развитием  обоих направлений.

Сторонники применения убитых вакцин, ссылаясь на факты осложнений при  применении живых вакцин в ветеринарной практике, отвергали их и стремились усовершенствовать убитые вакцины. Способы улучшения убитых вакцин были связаны с применением различных  физических и химических агентов  для обезвреживания микробов, подбором штаммов с полноценными антигенами, введение «щадящих» режимов инактивации культур микробов, использованием очищенных, так называемых протективных, антигенов (химических вакцин). Уделялось немало работ вопросам «депонирования» убитых и химических вакцин, методам их аппликации, кратностям, интервалам, дозам введения, а также проблеме ревакцинаций. При этом были достигнуты большие успехи. Но все же проблема ликвидации инфекционных болезней успешно не решалась.

Изготовление живых вакцин в 20–60-х годах текущего века не стояло на месте. Разработки получения живых вакцин проводились, нo несколько более замедленными темпами, чем убитых вакцин. Лишь в последние 20–30 лет мы становимся свидетелями широкого производства живых вакцин и замены ими убитых вакцин, не всегда являющихся эффективными.

Современная классификация  вакцин и технология их производства.

Вакцины (Vaccines) - препараты, предназначенные для создания активного иммунитета в организме привитых людей или животных. Основным действующим началом каждой  вакцины  является иммуноген, т. е. корпускулярная или растворенная субстанция, несущая на себе химические структуры, аналогичные компонентам возбудителя заболевания, ответственным за выработку иммунитета.

Вакцины состоят из действующего начала - специфического антигена; консерванта  для сохранения стерильности (в инактивированных вакцинах); стабилизатора, или протектора, для повышения сроков сохраняемости антигена; неспецифического активатора (адъюванта), или полимерного носителя, для повышения иммуногенности антигена (в химических, молекулярных вакцинах). Специфические антигены, содержащиеся в вакцине, в ответ на введение в организм вызывают развитие иммунологических реакций, обеспечивающих устойчивость организма к патогенным микроорганизмам. В качестве антигенов при конструировании вакцин используют: живые ослабленные (аттенуированные) микроорганизмы; неживые (инактивированные, убитые) цельные микробные клетки или вирусные частицы; извлеченные из микроорганизмов сложные антигенные структуры (протективные антигены); продукты жизнедеятельности микроорганизмов - вторичные метаболиты (например, токсины, молекулярные протективные антигены): антигены, полученные путем химического синтеза или биосинтеза с применением методов генетической инженерии.

В первую очередь вакцины  делятся на живые и инактивированные (убитые).

Живые вакцины

Живые вакцины получают из дивергентных (естественных) штаммов микроорганизмов, обладающих ослабленной вирулентностью для человека, но содержащих полноценный набор антигенов (например, вирус коровьей оспы), и из искусственных (аттенуированных) штаммов микроорганизмов. Технология производства таких вакцин наиболее проста, так как при наличии уже ослабленного штамма достаточно культивировать его в условиях, подходящих для данного вида микроорганизмов. При получении аттенуированного штамма можно использовать несколько методов:

1. Биологический. Проводятся путем многократного пассажирования в организме невосприимчивых животных или воздействия на культуру антибиотиками.
2. Физический. Воздействуя УФ-излучением, изменением температуры при культивировании.
3. Химический. Осуществляется добавлением веществ, ослабляющих вирулентность микроорганизма.

  Нужно следить за тем, чтобы в процессе культивирования культура микроорганизмов оставалась чистой и не приобретала патогенных свойств. Культивирование проводят в биореакторах методом периодического глубинного культивирования. Биомассу обычно извлекают на стадии стационарной фазы, когда количество микробных клеток максимально. Далее биомассу очищают от культуральной жидкости, концентрируют и стандартизируют. После чего добавляют криопротектороы и подвергают леофильной сушке. Ампулы запечатывают, маркируют и несколько экземпляров подвергают контролю. Анализируя свойства живых вакцин следует выделить, как положительные так и их отрицательные качества.

Положительные стороны: по механизму  действия на организм напоминают "дикий" штамм, может приживляться в организме  и длительно сохранять иммунитет (для коревой  вакцины  вакцинация в 12 мес. и ревакцинация в 6 лет), вытесняя "дикий" штамм. Используются небольшие дозы для вакцинации и поэтому вакцинацию легко проводить организационно. Последнее позволяет рекомендовать данный тип  вакцин  для дальнейшего использования.

Отрицательные стороны: живая  вакцина  корпускулярная - содержит 99% балласта и поэтому обычно достаточно реактогенная, кроме того, она способна вызывать мутации клеток организма (хромосомные аберрации), что особенно опасно в отношении половых клеток. Живые  вакцины  содержат вирусы-загрязнители (контаминанты), особенно это опасно в отношении обезьяннего СПИДа и онковирусов. К сожалению, живые  вакцины  трудно дозируются и поддаются биоконтролю, легко чувствительны к действию высоких температур и требуют неукоснительного соблюдения холодовой цепи. Хотя живые  вакцины требуют специальных условий хранения, они продуцируют достаточно эффективный клеточный и гуморальный иммунитет и обычно требуют лишь одно бустерное введение. Большинство живых  вакцин вводится парентерально. На фоне преимуществ живых  вакцин  имеется и одно предостережение, а именно: возможность реверсии вирулентных форм, что может стать причиной заболевания вакцинируемого. По этой причине живые  вакцины должны быть тщательно протестированы.

Так же к живым вакцинам относят  генно-инженерные вакцины и вакцины  из рекомбинантных штаммов. Генно-инженерные вакцины – это препараты, полученные с помощью биотехнологии, которая, по сути, сводится к генетической рекомбинации. Для начала получают ген, который должен быть встроен в геном реципиента. Небольшие гены могут быть получены методом химического синтеза. Для этого расшифровывается число и последовательность аминокислот в белковой молекуле вещества, затем по этим данным узнают очерёдность нуклеотидов в гене, далее следует синтез гена химическим путем. Крупные структуры, которые довольно сложно синтезировать получаются путем выделения (клонирования), прицельного выщепления этих генетических образований с помощью рестриктаз. 
Полученный одним из способов целевой ген с помощью ферментов сшивается с другим геном, который используется в качестве вектора для встраивания гибридного гена в клетку. Вектором могут служить плазмиды, бактериофаги, вирусы человека и животных. Экспрессируемый ген встраивается в бактериальную или животную клетку, которая начинает синтезировать несвойственное ей ранее вещество, кодируемое экспрессируемым геном. Далее процесс культивирования происходит обычным образом.

В качестве реципиентов экспрессируемого гена чаще всего используется E. coli, B. subtilis, псевдомонады, дрожжи, вирусы, некоторые штаммы способны переключаться на синтез чужеродного вещества до 50% своих синтетических возможностей – эти штамм называются суперпродуцентами.  
Иногда к генно-инженерным вакцинам добавляется адъювант.

Инактивированные  вакцины.

Неживые вакцины подразделяют на молекулярные (химические) и корпускулярные. Молекулярные вакцины конструируют на основе специфических протективных антигенов, находящихся в молекулярном виде и полученных путем биосинтеза или химического синтеза. К этим вакцинам можно отнести также анатоксины, которые представляют собой обезвреженные формалином молекулы токсинов, образуемых микробной клеткой (дифтерийный, столбнячный, ботулинический и др.). Корпускулярные вакцины получают из цельных микроорганизмов, инактивированных физическими (тепло, ультрафиолетовое и другие излучения) или химическими (фенол, спирт) методами (корпускулярные, вирусные и бактериальные вакцины), или из субклеточных над-молекулярных антигенных структур, извлеченных из микроорганизмов (субвирионные вакцины, сплит-вакцины, вакцины из сложных антигенных комплексов). Этапы культивирования инактивированных вакцин отличаются от таковых живых вакцин только тем, что после накопления биомассы происходит инактивация микроорганизмов одним из методов. В данном случае культивирование завершают в конце фазы логарифмического роста, так именно в этот период микроорганизмы наиболее патогенны. Инактивацию проводят в аппарате-культиваторе. После инактивации производят концентрирование убитых микроорганизмов или их частей и производят внесение адъювантов. Адъюванты являются обязательной частью именно инактивированных вакцин, так как способствуют образованию подкожного депо вакцинного антигена, более медленное его распределение по организму и образованию более эффективного иммунного ответа. Адъюванты могут быть минерально-солевыми, водно-масляными и синтетические. Инактивированные вакцины в основном жидкие.

Положительные стороны: корпускулярные убитые  вакцины  легче дозировать, лучше очищать, они длительно хранятся и менее чувствительны к температурным колебаниям. Отрицательные стороны:  вакцина  корпускулярная - содержит 99 % балласта и поэтому реактогенная, кроме того, содержит агент, используемый для умерщвления микробных клеток (фенол). Еще одним недостатком инактивированной вакцины является то, что микробный штамм не приживляется, поэтому вакцина слабая и вакцинация проводится в 2 или 3 приема, требует частых ревакцинаций, что труднее в плане организации по сравнению с живыми вакцинами. Инактивированные вакцины выпускают как в сухом (лиофилизированном), так и в жидком виде. Инактивированные вакцины могут быть корпускулярными, субъединичными и молекулярными.

Вакцины, содержащие убитые микроорганизмы и их структурные компоненты, относят к группе корпускулярных вакцинных препаратов. Подобные вакцины получают путем инактивации бактерий или вирусов одним из способов. Такой препарат содержит полный набор антигенов возбудителя.

Субъединичные вакцины состоят из фрагментов антигена, способных обеспечить адекватный иммунный ответ. Эти вакцины могут быть представлены как частицами микробов, так и получены в лабораторных условиях с использованием генно-инженерной технологии.

Молекулярные вакцины  в свою очередь делятся на анатоксины, синтетические, генно-инженерные, ДНК-содержащие и идиотип-антиидиотипические.

Анатоксины, используемые в качестве  вакцин, индуцируют специфический иммунный ответ. Для получения вакцин  токсины чаще всего обезвреживают с помощью формалина. Для получения анатоксинов существует специальный технологический процесс. Сначала подбирают питательную среду и в это же время наиболее вирулентный штамм микроорганизма, продуцирующий нужный экзотоксин. Далее получают посевной материал и проводят культивирование. После накопления биомассы, не извлекая ее из биореактора, проводят детоксикацию культуральной жидкости формалином в течение 30 дней при температуре 37 градусов. Если после этого в культуральной жидкости присутствует экзотоксин, то процесс повторяют, пока токсин не будет инактивирован окончательно. После этого проводят очистку культуральной жидкости сепарированием. Далее проводят сорбцию анатоксина на геле ГОА или алюмокалиевых квасцах и концентрируют препарат. Выпускают анатоксины в сухом или жидком виде. После концентрирования проводят расфасовку, маркировку и контроль препарата.

Синтетические вакцины.

В 1974 г. М.Села впервые описал искуственно полученный пептид, вызывающий образование антител к белку лизоциму. При определенных условиях синтетические пептиды могут обладать такими же свойствами, как и естественные антигены, выделенные из возбудителей инфекционных заболеваний. Синтезированы и испытаны полисахариды, аналогичные естественным антиегнам, например, сальмонеллезным полисахаридам. Молекула синтетических вакцин может содержать разнородные участки (эпитопы), которые способны формировать иммунитет к разным видам инфекций. Экспериментальные синтетические вакцины получены против дифтерии, холеры, стрептококковой инфекции, гепатита В, гриппа, ящура, клещевого энцефалита, против пневмококковой и сальмонеллезной инфекций. У синтетических пептидов нет недостатков, характерных для живых вакцин (возврат патогенности, остаточная вирулентность, неполная инактивация и т.п.). Синтетические вакцины обладают высокой степенью стандартности, обладают слабой реактогенностью, они безопасны.