Прививки от COVID-19: что в пробирке?

Пандемия коронавирусной инфекции стала мощным толчком для развития иммунологии и появления новых вакцин по всему миру. Россия — одна из стран, в которых были созданы оригинальные препараты, причём сразу трёх типов: цельновирионные, векторные и белковые. Как они работают, какими свойствами обладают и в чем кардинальное отличие между вакцинами?

Инактивированные цельновирионные вакцины

Традиционная вакцинация основывается на использовании двух типов микробиологических препаратов, обеспечивающих развитие иммунного ответа: живых ослабленных и инактивированных вакцин. И сегодня большая часть применяемых препаратов этой группы принадлежат именно к этим классам. Живые аттенуированные вакцины к определённым вирусам относительно легко создать. Они вызывают мощный иммунный ответ, зачастую пожизненный. В то же время при их применении, преимущественно у пациентов с низким иммунитетом, так, на фоне химиотерапии или беременности, живой, пусть и ослабленный вирус, может стать источником заражения [1]. Этих недостатков лишены инактивированные вакцины. Именно они и применяются для борьбы с CОVID-19.

В инактивированных вакцинах возбудитель заболевания убит или инактивирован. Инактивация антигенов вируса/бактерии обычно осуществляется за счёт нагревания или действия химических веществ, таких как формальдегид или бета-пропиолактон. Изредка инактивацию проводят радиационным способом. Обработка антигенов необратимо нарушает способность возбудителя размножаться, но сохраняет иммунногенную структуру. Особенно важное значение имеет сохранение структурной целостности антигенных эпитопов поверхностных антигенов. Благодаря этому инактивированный патоген при введении вакцины стимулирует генерацию клеточно-опосредованного и гуморального иммунного ответа. При этом компоненты инактивированных вакцин не способны проникать внутрь клетки и стимулировать активацию Т-лимфоцитов. Однако со временем иммунный ответ снижается, что требует введения дополнительных бустерных доз [1].

Примеры доступных сегодня инактивированных вакцин — вакцины против гриппа, полиомиелита, гепатита А, бешенства, дифтерии, коклюша и столбняка.

Механизм действия цельновирионных вакцин максимально приближён к естественному механизму формирования иммунитета. При их введении антительный ответ формируется на антигены всех частей вируса, включая белковую оболочку и генетический материал [2].

Достоинства

Положительными свойствами инактивированных вакцин являются их стабильность и высокий профиль безопасности, особенно по сравнению с живыми. Инактивированный возбудитель не может мутировать и вновь стать патогенным. Как правило, вакцины этого типа не требуют хранения при экстремально низких температурах, поэтому они просты в транспортировке и доступны, что особенно важно для развивающихся стран [1].

Недостатки

Среди слабых сторон инактивированных вакцин — недостаточно мощный иммунный ответ, в том числе в сравнении с живыми. Ещё одним ограничивающим фактором можно считать необходимость введения бустерных доз для поддержания иммунитета против инфекции. Кроме того, инактивированные вакцины имеют достаточно высокую аллергенность, что связано с наличием в их составе большого количества неродственных структурных антигенов вируса [1].

Инактивированные вакцины не противопоказаны пациентам с иммуносупрессивным или иммунодефицитным состоянием, однако у данной категории пациентов может не развиться достаточный иммунный ответ, поэтому приём препаратов, угнетающих функцию иммунной системы, не рекомендован примерно за 1 месяц до и после вакцинации [3].

Инактивированная цельновирионная вакцина от COVID-19

В отечественном ФНЦ исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М. П. Чумакова РАН была разработана инактивированная вакцина «КовиВак» (зарегистрирована в феврале 2021 года). Предварительная иммунологическая эффективность составила 85 %, однако разработчики не исключают, что полноценный иммунный ответ может быть другим [2].

При создании вакцины используются дополнительные вещества — адъюванты (алюминия гидроксид), которые усиливают иммунный ответ, но вместе с тем повышают аллергенность [3].

В целом «КовиВак» может быть отнесена к вакцинам «мягкого» действия: она практически не вызывает поствакцинальных реакций, из побочных эффектов возможно лишь небольшое повышение температуры тела и покраснение в месте инъекции [2, 3].

Векторные вакцины

Векторные вакцины — это инновационные препараты, созданные с помощью генной инженерии, в которых объединены несколько защитных антигенов в один вирусный вектор. В их основе — ДНК-вакцина, относительно недавно разработанная иммунологами. Она представляет собой кольцевую ДНК-плазмиду, кодирующую конкретный антиген. Плазмиды содержат лишь небольшие молекулы ДНК, обособленные от хромосом и способные к автономной репликации. Векторная вакцина обеспечивает эффективную стимуляцию гуморального и клеточного иммунного ответа на белковые антигены [1, 4].

Следует отметить, что использование генетического материала для доставки генов в терапевтических целях используется на протяжении многих лет — первые эксперименты по переносу ДНК в живые клетки животных проводились ещё в 50‑х годах прошлого века.

Методология производства и механизм действия векторной вакцины

Используемые в составе ДНК-вакцин плазмиды обычно содержат 2 единицы: единицу экспрессии антигена (вектор) и производственную единицу. Плазмиду конструируют с использованием рекомбинантных ДНК-технологий, помещают в питательную среду, где она производит множество копий, которые после очищения и используют в качестве вакцин [1, 4].

В роли плазмидного вектора, который экспрессирует белок вируса, могут выступать различные агенты. Чаще всего это аденовирусы, отличающиеся высокой способностью к экспрессии трансгена, тропностью к вирусам, а также возможностью инфицировать как делящиеся, так и неделящиеся клетки. ДНК вектора содержит ген для производства нужного белка-антигена [1, 4].

Плазмида ДНК-вакцины после введения в организм поглощается клетками, а затем начинает транскрибироваться в РНК и в результате — в белок, запускающий иммунный ответ, вызывая устойчивый Т-клеточный ответ, в отличие от цельновирионных вакцин, обеспечивающих только гуморальный иммунитет.

Сегодня в мире используются несколько вирусных вакцин против COVID-19, а как и против вируса Эболы.

Достоинства

Плазмидные векторы могут быть быстро сконструированы и произведены, что позволяет в короткие сроки наладить масштабное производство векторных вакцин. Они являются термостойкими, не требуют хранения при экстремально низких температурах. Ещё одно важное преимущество векторных вакцин — высокий терапевтический потенциал при хронических вирусных инфекциях, в частности, вирусе гепатита, ВИЧ. Непрерывная экспрессия вирусного антигена, вызванная вакциной, создаёт предпосылки для мощного терапевтического иммунного ответа, который не может быть получен с помощью традиционных вакцин [2, 4].

Важно, что генетический материал, который доставляют векторные вакцины, не интегрируется в геном, поскольку не проникает в клеточное ядро. Большинство вирусных векторов не способны к репликации, потому что гены, нужные для этого, удалены.

ДНК-вакцины обеспечивают выработку иммунитета за счёт реакции на определённые патогенные белки. Однако у многих возбудителей внешние капсулы состоят из полисахаридов, что ограничивает возможности применения векторных вакцин.

Векторные вакцины против COVID-19

В НИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи был разработан иммунобиологический препарат «Гам-Ковид-Вак» («Спутник V»), ставший первой в мире вакциной против COVID-19. «Гам-Ковид-Вак» создан на основе живых аденовирусов человека, лишённых способности реплицироваться вследствие делеции частей его генома. Это двухкомпонентная векторная вакцина, оба её компонента состоят из рекомбинантного аденовирусного вектора на основе аденовируса человека 26 и 5 серотипов. В ДНК каждого компонента встраивается ген SARS-CoV-2, кодирующий S-белок, который и вызывает иммунный ответ [2].

По данным исследования, опубликованного в The Lancet, эффективность препарата составила 91,6 % [5].

Пептидные вакцины

Синтетические пептидные вакцины представляют собой синтезированные из аминокислот и организованные в единую молекулу (или надмолекулярный комплекс) или механически смешанные фрагменты аминокислотной последовательности белка-антигена, который распознаётся иммунной системой и вызывает иммунный ответ. Он может быть как цитотоксическим Т-клеточным, так и В-клеточным, направленным на выработку специфических антител [2, 6].

Методология производства и механизм действия

Разработка синтетической пептидной вакцины включает несколько этапов. Первым становится подбор иммуноактивных пептидных фрагментов белкового антигена возбудителя, их химический синтез и конъюгирование на высокомолекулярный белок-носитель. На последующих этапах наиболее эффективные конструкции отбираются для включения в композицию кандидатной пептидной вакцины для изучения иммуногенности, антигенной специфичности и протективности на животных моделях [6].

После введения обеспечивается выработка антител на содержащиеся в вакцине антигены.

Достоинства

Среди сильных сторон пептидных вакцин [6]:

• относительно невысокая стоимость;
• безопасные технологии производства;
• способность вызывать иммунный ответ на те элементы белка-антигена, которые в составе целой молекулы имеют слабую иммуногенность;
• отсутствие компонентов, обладающих высокой реактогенностью (токсинов);
• возможность исключения фрагментов антигена, обладающих аллергенностью и перекрёстной иммунореактивностью.

Недостатки

Низкая реактогенность пептидных вакцин коррелирует с невысокой иммуногенностью. Это — основное их слабое звено [6].

Пептидные вакцины против COVID-19

В новосибирском научном центре «Вектор» была разработана отечественная пептидная вакцина от коронавируса «ЭпиВакКорона», созданная на основе искусственных пептидов, копирующих фрагменты коронавируса. В ней отсутствуют биологические носители вируса, что делает её безопасной и низкоаллергенной. Иммунная система распознаёт активные участки антигена (эпитопы), на которые вырабатываются антитела [2].

Защитный титр антител, которые формируются в ответ на введение вакцины, пока остаётся неизвестным. Также нет данных по продолжительности возникающего иммунитета.

Для усиления иммунного ответа требуется применение адъювантов и проведение повторной иммунизации [7].