Co to jest szczepionka DNA?

Szczepionki DNA, które są często określane jako szczepionki trzeciej generacji, wykorzystują zmodyfikowane DNA w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej u gospodarza przeciwko bakteriom, pasożytom, wirusom i potencjalnie rakowi.

Tradycyjne szczepionki

Szczepionki, które są obecnie dostępne dla światowej populacji obejmują szczepionki przeciwko odrze, śwince, różyczce, wirusowi grypy sezonowej, tężcowi, polio, wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, rakowi szyjki macicy, błonicy, krztuścowi oraz szczepionki na inne choroby, które są endemiczne w niektórych regionach świat.

Wiele z tych szczepionek zapewnia odporność poprzez indukowanie adaptacyjnych odpowiedzi odpornościowych swoistych dla antygenu u gospodarza.

Dokładniej, szczepionki te narażają układ odpornościowy na epitopy pochodzące z patogenu, co umożliwia układowi odpornościowemu wytworzenie przeciwciał, które mogą rozpoznać i zaatakować ten czynnik zakaźny, jeśli zaszczepiony gospodarz napotka w przyszłości ten patogen.

Chociaż konwencjonalne szczepionki mają kluczowe znaczenie dla zapobiegania rozprzestrzenianiu się wielu wysoce zakaźnych chorób, produkcja tych szczepionek często wymaga od naukowców radzenia sobie z żywymi patogenami. Obchodzenie się z tymi patogenami może nie tylko stwarzać obawy dotyczące bezpieczeństwa dla osób opracowujących szczepionkę, ale także ryzyko zanieczyszczenia tymi patogenami.

Wyzwania związane z opracowaniem konwencjonalnych szczepionek doprowadziły do ​​zbadania kilku alternatywnych podejść do szczepionek, które mogą być stosowane zarówno w przypadku chorób zakaźnych, jak i niezakaźnych.

Jedną z alternatywnych szczepionek, która zyskała duże zainteresowanie, jest szczepionka oparta na DNA. Szczepionka oparta na DNA jest uważana za bardziej stabilną, opłacalną i łatwiejszą w obsłudze niż tradycyjne szczepionki.

Jak działają szczepionki DNA?

Jak każdy inny rodzaj szczepionki, szczepionki DNA wywołują adaptacyjną odpowiedź immunologiczną. Podstawową zasadą działania każdej szczepionki DNA jest użycie plazmidu DNA, który koduje białko pochodzące z patogenu, w który będzie skierowana szczepionka.

Plazmidowy DNA (pDNA) jest niedrogi, stabilny i stosunkowo bezpieczny, dzięki czemu ta niewirusowa platforma może być uważana za doskonałą opcję dostarczania genów. Niektóre z różnych wektorów wirusowych, które zostały użyte do uzyskania pDNA obejmują onko-retrowirusy, lentiwirusy, adenowirusy, wirusy związane z adenowirusami i Herpes simplex-1.

Kiedy podaje się domięśniową iniekcję szczepionki DNA, pDNA będzie celować w miocyty. Szczepionki DNA można również podawać przez wstrzyknięcie podskórne lub śródskórne, do docelowych keratynocytów. Niezależnie od miejsca wstrzyknięcia, pDNA transfekuje miocyty lub keratynocyty. Komórki te następnie przejdą apoptozę.

Komórka, która przechodzi apoptozę, uwolni małe fragmenty związane z błoną, znane jako ciała apoptotyczne. Te ciała apoptotyczne wywołują endocytozę resztek komórkowych przez niedojrzałe komórki dendrytyczne (iDC). Aktywność iDC może następnie zapoczątkować wytwarzanie egzogennych antygenów, które są prezentowane wyłącznie przez główną klasę zgodności tkankowej II (MHCII).

Prezentacja antygenu do MHCII aktywuje pomocniczy CD4⁺ Limfocyty T, które przyczyniają się do pobudzania limfocytów B i ostatecznie umożliwiają wytworzenie humoralnej odpowiedzi immunologicznej. Ta humoralna odpowiedź immunologiczna jest wymagana do aktywacji produkcji CD8⁺ Limfocyty T.

Oprócz działania na miocyty lub keratynocyty, każda droga podania szczepionki DNA może również transfekować komórki prezentujące antygen (APC) znajdujące się w pobliżu miejsca wstrzyknięcia. Ta bezpośrednia droga transfekcji powoduje endogenną ekspresję transgenu i równoległą prezentację antygenu zarówno przez MHCI, jak i MHCII, dając w ten sposób zarówno CD8⁺ i CD4⁺ Limfocyty T.

Jakie szczepionki DNA są obecnie opracowywane?

Obecnie nie ma szczepionek DNA, które zostałyby zatwierdzone do powszechnego stosowania u ludzi. Jednak kilka szczepionek opartych na DNA zostało zatwierdzonych zarówno przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA), jak i Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) do użytku weterynaryjnego, w tym szczepionkę przeciwko wirusowi Zachodniego Nilu u koni oraz szczepionkę przeciwko czerniakowi. psy.

Chociaż szczepionki oparte na DNA nie zostały jeszcze zatwierdzone do powszechnego użytku, przeprowadzono kilka trwających badań klinicznych szczepionek DNA na ludziach. Według Narodowej Biblioteki Medycznej USA ponad 160 różnych szczepionek DNA jest obecnie testowanych w badaniach klinicznych na ludziach w Stanach Zjednoczonych. Szacuje się, że 62% tych prób dotyczy szczepionek przeciwnowotworowych, a 33% dotyczy szczepionek przeciwko ludzkiemu wirusowi niedoboru odporności (HIV).

W jednym z pierwszych badań klinicznych szczepionki DNA badano potencjalne efekty terapeutyczne i profilaktyczne szczepionki DNA przeciwko HIV. Chociaż w tym badaniu wykryto pewien poziom immunogenności, nie stwierdzono znaczących odpowiedzi immunologicznych. Hiperzmienność wirusa HIV pozwala temu wirusowi zaatakować układ odpornościowy gospodarza poprzez kilka różnych mechanizmów.

W rezultacie naukowcy, którzy chcą opracować szczepionkę opartą na DNA przeciwko HIV, odkryli, że w celu zaprojektowania najlepszej szczepionki DNA przeciwko HIV należy dokładnie ocenić kilka różnych strategii torowania, środków wzmacniających i zmienionych harmonogramów iniekcji.

Przyszłe kierunki

Mimo że wiele szczepionek opartych na DNA jest obecnie testowanych na ludziach na całym świecie, wciąż istnieje kilka wyzwań, które stoją na przeszkodzie, aby to podejście do szczepień mogło zostać przeniesione do kliniki. Jednym z największych wyzwań związanych ze szczepionkami DNA jest ich niska immunogenność u większych zwierząt i ludzi.

Naukowcy uważają, że większe ilości DNA w zakresie od 5 do 20 mg musiałyby zostać wstrzyknięte średniej wielkości człowiekowi, aby zwiększyć immunogenność szczepionek opartych na DNA. Innym wyzwaniem związanym ze szczepionkami opartymi na DNA jest optymalizacja transfekcji, którą można osiągnąć poprzez włączenie kilku parametrów, takich jak hybrydowy promotor wirusowy/eukariotyczny lub optymalizacja kodonów antygenowych.

Podsumowując, idealna szczepionka DNA pozwoli uniknąć degradacji pozakomórkowej i skutecznie wejdzie do jądra komórek docelowych, aby wywołać długotrwałą odpowiedź immunologiczną.