Типы вакцин и рациональное конструирование вакцин

Вакцины различаются не только по типу вируса, на который они нацелены, но и по способу представления антигена иммунной системе — в виде ослабленного живого вируса, инактивированного препарата, очищенного белка, генно-доставляющего вектора или матричной РНК. Рациональное конструирование вакцин предполагает выбор и модификацию антигена и платформы для вызова защитного ответа, все чаще руководствуясь структурными знаниями о задействованных вирусных белках.

Definition

Конструирование вакцины — это выбор вирусного антигена и платформы доставки (вместе с любым адъювантом), разработанных для индукции защитного, стойкого адаптивного иммунитета при сохранении безопасности, при этом платформы варьируются от цельного аттенуированного или инактивированного вируса до субъединичных белков и нуклеиново-кислотных конструкций.

Scope

Эта тема охватывает основные вакцинные платформы (живые аттенуированные, инактивированные, субъединичные и конъюгированные, вирусные векторные и нуклеиново-кислотные), роль адъювантов и принципы рационального и структурно-ориентированного конструирования. В ней объясняется, как каждая платформа формирует результирующий иммунный ответ. Она не затрагивает графики, показания или индивидуальные рекомендации по иммунизации.

Core questions

• Каковы основные вакцинные платформы и чем они отличаются механистически?
• Почему выбор платформы влияет на силу, широту и стойкость иммунитета?
• Что такое адъювант и когда он необходим?
• Как структурные знания о вирусных антигенах позволяют осуществлять рациональное конструирование?
• Какие компромиссы существуют между живыми, инактивированными и нуклеиново-кислотными подходами?

Key concepts

• Живые аттенуированные вакцины
• Инактивированные (убитые) вакцины
• Субъединичные и конъюгированные вакцины
• Вирусные векторные вакцины
• Нуклеиново-кислотные (мРНК и ДНК) вакцины
• Адъюванты
• Выбор антигена и конструирование иммуногена
• Структурно-ориентированное и рациональное конструирование вакцин

Mechanisms

Каждая платформа доставляет вирусный антиген по-разному. Живые аттенуированные вакцины используют ослабленный, но реплицирующийся вирус, который имитирует естественную инфекцию и, как правило, вызывает широкий, стойкий иммунитет; инактивированные вакцины представляют нереплицирующийся цельный вирус и часто требуют бустерных доз и адъювантов. Субъединичные и конъюгированные вакцины используют очищенные белки или полисахариды, обменивая широту действия на безопасность. Вирусные векторные и нуклеиново-кислотные вакцины, напротив, доставляют генетические инструкции для антигена, чтобы собственные клетки реципиента производили его, задействуя как антитела, так и Т-клеточный ответ. Pollard и Bijker (2020) предоставляют сравнительную основу для этих платформ, а Shi et al. (2019) описывают, как адъюванты усиливают и формируют ответ на неживые антигены. Рациональное конструирование уточняет сам антиген — например, стабилизируя вирусный поверхностный белок в его префузионной конформации — чтобы сфокусировать иммунитет на защитных эпитопах.

Clinical relevance

Выбор платформы во многом определяет практический профиль вакцины — как она хранится, сколько доз необходимо и какой тип иммунитета она способствует — поэтому понимание платформ является центральным для интерпретации данных о вакцинах. Крупные клинические испытания мРНК-вакцин против COVID-19 (Polack et al., 2020; Baden et al., 2021) продемонстрировали высокую измеренную эффективность тогда еще новой платформы. Эта статья объясняет научные основы этих разработок и не является источником рекомендаций по иммунизации.

History

Разработка вакцин прошла путь от инокуляции цельного патогена Дженнером через аттенуацию Пастера до инактивированных и живых вирусных вакцин середины XX века, затем до субъединичных и рекомбинантных антигенов и, наконец, до вирусных векторных и мРНК-платформ, получивших лицензию во время пандемии COVID-19, как показано Pollard и Bijker (2020).

Debates

Превосходят ли нуклеиново-кислотные и векторные платформы традиционные цельновирусные вакцины?

Новые платформы предлагают скорость и гибкость и оказались высокоэффективными против SARS-CoV-2, но живые и инактивированные вакцины сохраняют преимущества в некоторых условиях, поэтому в этой области выбор платформы рассматривается как зависящий от антигена и контекста, а не как окончательно решенный.

Key figures

• Andrew Pollard
• Stanley Plotkin

Seminal works

• pollard-bijker-2020
• shi-2019

Frequently asked questions

В чем разница между субъединичной вакциной и мРНК-вакциной?

Субъединичная вакцина доставляет готовый вирусный белок, тогда как мРНК-вакцина доставляет генетические инструкции, чтобы собственные клетки реципиента производили этот белок; обе нацелены на представление одного и того же антигена, но достигают этого разными путями.

Почему некоторые вакцины содержат адъювант?

Очищенные или инактивированные антигены часто сами по себе слабоиммуногенны, поэтому адъювант добавляется для стимуляции и формирования иммунного ответа, улучшая силу и стойкость защиты.