ワクチンタイプと合理的ワクチン設計

ワクチンは、標的とするウイルスだけでなく、抗原を免疫系に提示する方法においても異なります。弱毒生ウイルス、不活化製剤、精製タンパク質、遺伝子送達ベクター、またはメッセンジャーRNAとして提示されます。合理的ワクチン設計では、関与するウイルスタンパク質の構造的知識にますます導かれながら、防御応答を誘発するために抗原とプラットフォームを選択し、設計します。

Definition

ワクチン設計とは、弱毒化または不活化された全ウイルスからサブユニットタンパク質や核酸構築物に至るまでのプラットフォームを用いて、安全性を保ちながら防御的で持続的な適応免疫を誘導するように設計された、ウイルス抗原と送達プラットフォーム、および任意のアジュバントの選択を指します。

Scope

このトピックでは、主要なワクチンプラットフォーム（生弱毒化、不活化、サブユニットおよび結合型、ウイルスベクター、核酸）、アジュバントの役割、および合理的かつ構造に基づく設計の原則について説明します。各プラットフォームが結果として生じる免疫応答をどのように形成するかを説明します。接種スケジュール、適応症、または個別の予防接種に関する助言は扱いません。

Core questions

• 主なワクチンプラットフォームは何であり、それらはメカニズム的にどのように異なりますか？
• プラットフォームの選択が免疫の強さ、広さ、持続性に影響を与えるのはなぜですか？
• アジュバントとは何ですか、またいつ必要とされますか？
• ウイルス抗原の構造的知識は、合理的設計をどのように可能にしますか？
• 生ワクチン、不活化ワクチン、核酸アプローチの間にはどのようなトレードオフが存在しますか？

Key concepts

• 生弱毒化ワクチン
• 不活化（死菌）ワクチン
• サブユニットワクチンおよび結合型ワクチン
• ウイルスベクターワクチン
• 核酸（mRNAおよびDNA）ワクチン
• アジュバント
• 抗原選択と免疫原設計
• 構造に基づく合理的ワクチン設計

Mechanisms

各プラットフォームは、異なる経路でウイルス抗原を送達します。生弱毒化ワクチンは、弱毒化されているものの複製するウイルスを使用し、自然感染を模倣して広範で持続的な免疫を誘導する傾向があります。不活化ワクチンは、複製しない全ウイルスを提示し、しばしば追加接種とアジュバントを必要とします。サブユニットワクチンと結合型ワクチンは、精製されたタンパク質または多糖類を使用し、広範な免疫を安全性と引き換えに提供します。ウイルスベクターワクチンと核酸ワクチンは、抗原の遺伝子情報を送達し、レシピエント自身の細胞がそれを産生することで、抗体応答とT細胞応答の両方を活性化します。PollardとBijker（2020）はこれらのプラットフォームの比較枠組みを提供し、Shiら（2019）はアジュバントが非生抗原に対する応答をどのように増強し形成するかを説明しています。合理的設計は、抗原自体を改良し、例えばウイルスの表面タンパク質をプレフュージョンコンフォメーションで安定化させることで、防御エピトープに免疫を集中させます。

Clinical relevance

プラットフォームの選択は、ワクチンの実用的な特性（保管方法、必要な接種回数、誘導される免疫の種類など）の多くを決定するため、ワクチンに関するエビデンスを解釈する上でプラットフォームを理解することが極めて重要です。大規模なCOVID-19 mRNAワクチン臨床試験（Polack et al., 2020; Baden et al., 2021）は、当時新しいプラットフォームが高い有効性を示すことを実証しました。本項目は、これらの設計の科学的側面を説明するものであり、予防接種の推奨事項を提供するものではありません。

History

ワクチン設計は、ジェンナーによる全病原体接種からパスツールによる弱毒化へと進み、20世紀半ばの不活化および生ウイルスワクチン、その後サブユニットおよび組換え抗原、そして最終的にはCOVID-19パンデミック中に承認されたウイルスベクターおよびmRNAプラットフォームへと発展しました（Pollard and Bijker, 2020による）。

Debates

核酸およびベクタープラットフォームは、従来の全ウイルスワクチンに取って代わるのでしょうか？

新しいプラットフォームは迅速性と柔軟性を提供し、SARS-CoV-2に対して非常に効果的であることが証明されましたが、生ワクチンと不活化ワクチンは一部の状況で利点を保持しており、この分野ではプラットフォームの選択は、決着済みというよりも抗原と状況に依存すると考えられています。

Key figures

• Andrew Pollard
• Stanley Plotkin

Seminal works

• pollard-bijker-2020
• shi-2019

Frequently asked questions

サブユニットワクチンとmRNAワクチンの違いは何ですか？

サブユニットワクチンは既製のウイルスタンパク質を送達するのに対し、mRNAワクチンは遺伝子情報を送達し、レシピエント自身の細胞がタンパク質を生成します。どちらも同じ抗原を提示することを目指しますが、異なる経路でそれを達成します。

なぜ一部のワクチンにはアジュバントが含まれているのですか？

精製された抗原や不活化された抗原は、それ自体では免疫原性が弱いことが多いため、免疫応答を刺激し形成するためにアジュバントが添加され、防御の強度と持続性を向上させます。