Вакцинные платформы и рациональный дизайн
Вакцинные платформы — это различные технологические подходы, используемые для представления антигена иммунной системе, чтобы она формировала защитную, долговечную память. Они варьируются от подходов с использованием целых патогенов (живые аттенуированные и инактивированные вакцины) через подходы с очищенными антигенами (субъединичные и рекомбинантные вакцины) до генно-инженерных подходов (векторные и нуклеиново-кислотные вакцины), которые инструктируют собственные клетки реципиента производить антиген. Рациональный дизайн выбирает и конструирует антиген, платформу и любой адъювант для вызова иммунного ответа, который, как считается, коррелирует с защитой от данного патогена.
Definition
Вакцинная платформа — это обобщаемая технология для доставки или экспрессии антигена с целью индукции защитного иммунитета, а рациональный дизайн вакцины — это целенаправленный, основанный на доказательствах выбор и конструирование антигена, платформы и адъюванта для вызова иммунного ответа, который коррелирует с защитой.
Scope
Эта область знакомит читателя с основными вакцинными платформами и принципами дизайна, которые их объединяют: компромиссы, которые каждая платформа делает между иммуногенностью, безопасностью, технологичностью и стабильностью, а также переход от эмпирической аттенуации к рациональному дизайну, основанному на структуре и геноме. Это методологический и справочный обзор; подробные сведения содержатся на тематических страницах для каждой платформы.
Sub-topics
Core questions
- Какой иммунный ответ коррелирует с защитой от целевого патогена, и какая платформа с наибольшей вероятностью вызовет его?
- Как каждая платформа соотносит иммуногенность с безопасностью, стабильностью и простотой производства?
- Как дизайн вакцин перешел от эмпирической аттенуации к рациональному дизайну, основанному на антигене и геноме?
- Какую роль играют адъюванты и системы доставки в формировании величины и качества ответа?
Key concepts
- Антиген и иммуноген
- Коррелят защиты
- Живые аттенуированные против инактивированных платформ на основе целых патогенов
- Субъединичные и рекомбинантные антигенные платформы
- Генно-инженерные платформы (вирусные векторные, нуклеиново-кислотные)
- Адъюванты
- Обратная вакцинология и структурно-ориентированный дизайн
- Компромиссы между иммуногенностью, реактогенностью и безопасностью
- Технологичность и термостабильность
Mechanisms
Каждая платформа направлена на представление антигена в форме, которая задействует врожденное иммунное распознавание, а затем запускает адаптивные ответы (В-клетки, продуцирующие антитела, Т-хелперы и цитотоксические Т-клетки), которые сохраняются в виде памяти. Платформы на основе целых патогенов подвергают иммунную систему воздействию многих нативных антигенов одновременно; живые аттенуированные организмы временно реплицируются и, как правило, вызывают широкий, стойкий ответ, в то время как инактивированные препараты не могут реплицироваться и часто нуждаются в бустерных дозах или адъювантах. Очищенные субъединичные и рекомбинантные антигены хорошо определены и безопасны, но часто требуют адъювантов для достаточной иммуногенности. Генно-инженерные платформы доставляют генетические инструкции — через вирусный вектор или в виде мРНК или ДНК — так, что клетки реципиента синтезируют антиген эндогенно, что может эффективно задействовать пути цитотоксических Т-клеток. Рациональный дизайн накладывает на эти механизмы выбор антигена для использования, часто основанный на структурной биологии и геномном анализе (обратная вакцинология), а также на знании коррелята защиты.
Clinical relevance
Понимание вакцинных платформ помогает интерпретировать, как работают различные лицензированные и исследуемые вакцины, почему они различаются по иммунному ответу, требованиям к холодовой цепи и профилям реактогенности, а также как можно быстро разрабатывать новые вакцины против возникающих патогенов. Эта статья описывает науку о том, как разрабатываются вакцины и как формируется защита; это справочный ресурс, а не источник индивидуальных рекомендаций по иммунизации.
Epidemiology
Вакцины, созданные на этих платформах, лежат в основе контроля и, в некоторых случаях, ликвидации основных инфекционных заболеваний, и концепция платформы оказалась решающей во время пандемии COVID-19, когда несколько платформ — нуклеиново-кислотные, вирусные векторные, инактивированные и субъединичные — были разработаны параллельно и с беспрецедентной скоростью.
History
Разработка вакцин началась эмпирически с инокуляции коровьей оспы Дженнером и аттенуированных культур Пастера, и на протяжении большей части двадцатого века основывалась на аттенуации, инактивации и очистке природных антигенов. С конца двадцатого века технология рекомбинантной ДНК, секвенирование генома (позволяющее проводить обратную вакцинологию, примером которой является работа Пиццы и коллег по менингококку B в 2000 году), структурная биология и технологии доставки генов постепенно превратили вакцинологию в рациональную, ориентированную на дизайн дисциплину, переход, описанный в истории вакцинации Плоткина.
Key figures
- Stanley Plotkin
- Rino Rappuoli
- Bali Pulendran
- Florian Krammer
Related topics
Seminal works
- plotkin-2014
- plotkin-2010
- pizza-2000
- krammer-2020
Frequently asked questions
- Что такое вакцинная платформа?
- Вакцинная платформа — это обобщаемая технология для представления или экспрессии антигена иммунной системе — например, живые аттенуированные, инактивированные, субъединичные/рекомбинантные, вирусные векторные или нуклеиново-кислотные подходы — которая может быть адаптирована для многих различных целевых патогенов.
- Что означает рациональный дизайн вакцины?
- Это целенаправленный, основанный на доказательствах выбор и конструирование антигена, платформы и адъюванта для вызова специфического иммунного ответа, который, как считается, коррелирует с защитой, все чаще основываясь на геномном анализе и структурной биологии, а не на эмпирических пробах и ошибках.