ประเภทของวัคซีนและการออกแบบวัคซีนอย่างมีเหตุผล

วัคซีนมีความแตกต่างกันไม่เพียงแค่ไวรัสที่มุ่งเป้าหมายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีการนำเสนอแอนติเจนต่อระบบภูมิคุ้มกันด้วย — ไม่ว่าจะเป็นไวรัสมีชีวิตที่อ่อนฤทธิ์, สารเตรียมที่ถูกทำให้ตาย, โปรตีนบริสุทธิ์, พาหะนำส่งยีน หรือเมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ การออกแบบวัคซีนอย่างมีเหตุผลจะเลือกและปรับแต่งแอนติเจนและแพลตฟอร์มเพื่อกระตุ้นการตอบสนองที่ป้องกันได้ โดยได้รับคำแนะนำจากความรู้เชิงโครงสร้างของโปรตีนไวรัสที่เกี่ยวข้องมากขึ้นเรื่อยๆ

Definition

การออกแบบวัคซีนคือการเลือกแอนติเจนของไวรัสและแพลตฟอร์มการนำส่ง — พร้อมกับสารเสริมฤทธิ์ใดๆ — ที่ได้รับการปรับแต่งเพื่อกระตุ้นภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวที่ป้องกันได้และคงทน ในขณะที่ยังคงปลอดภัย โดยมีแพลตฟอร์มที่หลากหลายตั้งแต่ไวรัสทั้งตัวที่ถูกทำให้อ่อนฤทธิ์หรือถูกทำให้ตาย ไปจนถึงโปรตีนซับยูนิตและโครงสร้างกรดนิวคลีอิก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมแพลตฟอร์มวัคซีนหลักๆ (วัคซีนเชื้อเป็นอ่อนฤทธิ์, วัคซีนเชื้อตาย, วัคซีนชนิดซับยูนิตและคอนจูเกต, วัคซีนชนิดไวรัสเวกเตอร์ และวัคซีนชนิดกรดนิวคลีอิก), บทบาทของสารเสริมฤทธิ์ (adjuvants) และหลักการของการออกแบบอย่างมีเหตุผลและอิงโครงสร้าง หัวข้อนี้อธิบายว่าแต่ละแพลตฟอร์มมีผลต่อการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันอย่างไร แต่ไม่ได้กล่าวถึงตารางการฉีด, ข้อบ่งชี้ หรือคำแนะนำการสร้างภูมิคุ้มกันส่วนบุคคล

Core questions

• แพลตฟอร์มวัคซีนหลักๆ มีอะไรบ้างและมีความแตกต่างกันในเชิงกลไกอย่างไร?
• เหตุใดการเลือกแพลตฟอร์มจึงมีอิทธิพลต่อความแข็งแกร่ง ความกว้าง และความคงทนของภูมิคุ้มกัน?
• สารเสริมฤทธิ์คืออะไรและจำเป็นต้องใช้เมื่อใด?
• ความรู้เชิงโครงสร้างของแอนติเจนของไวรัสช่วยให้การออกแบบอย่างมีเหตุผลเป็นไปได้อย่างไร?
• มีการแลกเปลี่ยนอะไรบ้างระหว่างแนวทางเชื้อเป็น เชื้อตาย และกรดนิวคลีอิก?

Key concepts

• วัคซีนเชื้อเป็นอ่อนฤทธิ์
• วัคซีนเชื้อตาย
• วัคซีนชนิดซับยูนิตและคอนจูเกต
• วัคซีนชนิดไวรัสเวกเตอร์
• วัคซีนชนิดกรดนิวคลีอิก (mRNA และ DNA)
• สารเสริมฤทธิ์ (Adjuvants)
• การเลือกแอนติเจนและการออกแบบอิมมูโนเจน
• การออกแบบวัคซีนโดยอิงโครงสร้างและอย่างมีเหตุผล

Mechanisms

แต่ละแพลตฟอร์มนำส่งแอนติเจนของไวรัสด้วยวิธีที่แตกต่างกัน วัคซีนเชื้อเป็นอ่อนฤทธิ์ใช้ไวรัสที่อ่อนฤทธิ์แต่ยังคงเพิ่มจำนวนได้ ซึ่งเลียนแบบการติดเชื้อตามธรรมชาติและมีแนวโน้มที่จะกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่กว้างขวางและคงทน; วัคซีนเชื้อตายนำเสนอไวรัสทั้งตัวที่ไม่เพิ่มจำนวน และมักจะต้องมีการกระตุ้นและสารเสริมฤทธิ์ วัคซีนชนิดซับยูนิตและคอนจูเกตใช้โปรตีนบริสุทธิ์หรือโพลีแซคคาไรด์ โดยแลกความกว้างของการตอบสนองกับความปลอดภัย วัคซีนชนิดไวรัสเวกเตอร์และกรดนิวคลีอิกจะนำส่งคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับแอนติเจนแทน เพื่อให้เซลล์ของผู้รับผลิตแอนติเจนนั้นขึ้นมาเอง ซึ่งจะกระตุ้นทั้งการตอบสนองของแอนติบอดีและทีเซลล์ Pollard และ Bijker (2020) ได้ให้กรอบการเปรียบเทียบสำหรับแพลตฟอร์มเหล่านี้ และ Shi et al. (2019) อธิบายว่าสารเสริมฤทธิ์ช่วยเพิ่มและปรับรูปแบบการตอบสนองต่อแอนติเจนที่ไม่ใช่เชื้อเป็นได้อย่างไร การออกแบบอย่างมีเหตุผลจะปรับปรุงตัวแอนติเจนเอง — ตัวอย่างเช่น การทำให้โปรตีนผิวของไวรัสคงที่ในโครงสร้างก่อนการรวมตัว — เพื่อมุ่งเน้นภูมิคุ้มกันไปที่เอพิโทปที่ป้องกันได้

Clinical relevance

การเลือกแพลตฟอร์มเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางปฏิบัติส่วนใหญ่ของวัคซีน — วิธีการจัดเก็บ, จำนวนโดสที่จำเป็น และประเภทของภูมิคุ้มกันที่วัคซีนส่งเสริม — ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำความเข้าใจแพลตฟอร์มจึงเป็นสิ่งสำคัญในการตีความหลักฐานเกี่ยวกับวัคซีน การทดลองวัคซีน mRNA สำหรับ COVID-19 ขนาดใหญ่ (Polack et al., 2020; Baden et al., 2021) ได้แสดงให้เห็นว่าแพลตฟอร์มใหม่ในขณะนั้นมีประสิทธิภาพสูงตามที่วัดได้ บทความนี้อธิบายวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการออกแบบเหล่านี้และไม่ใช่แหล่งที่มาของคำแนะนำในการสร้างภูมิคุ้มกัน

History

การออกแบบวัคซีนมีความก้าวหน้าจากการปลูกฝีเชื้อโรคทั้งตัวของ Jenner ผ่านการทำให้อ่อนฤทธิ์ของ Pasteur ไปจนถึงวัคซีนไวรัสเชื้อตายและเชื้อเป็นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 จากนั้นก็พัฒนาไปสู่แอนติเจนชนิดซับยูนิตและรีคอมบิแนนท์ และในที่สุดก็มาถึงแพลตฟอร์มไวรัสเวกเตอร์และ mRNA ที่ได้รับการอนุมัติในช่วงการระบาดใหญ่ของ COVID-19 ดังที่ Pollard และ Bijker (2020) ได้บันทึกไว้

Debates

แพลตฟอร์มกรดนิวคลีอิกและเวกเตอร์เข้ามาแทนที่วัคซีนเชื้อโรคทั้งตัวแบบดั้งเดิมหรือไม่?

แพลตฟอร์มใหม่ๆ มีความรวดเร็วและยืดหยุ่น และพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงต่อ SARS-CoV-2 แต่ทั้งวัคซีนเชื้อเป็นและเชื้อตายยังคงมีข้อดีในบางสถานการณ์ ดังนั้นวงการวิชาการจึงถือว่าการเลือกแพลตฟอร์มขึ้นอยู่กับแอนติเจนและบริบทมากกว่าที่จะสรุปได้เด็ดขาด

Key figures

• Andrew Pollard
• Stanley Plotkin

Seminal works

• pollard-bijker-2020
• shi-2019

Frequently asked questions

วัคซีนชนิดซับยูนิตกับวัคซีน mRNA แตกต่างกันอย่างไร?

วัคซีนชนิดซับยูนิตจะนำส่งโปรตีนไวรัสที่สร้างสำเร็จรูปแล้ว ในขณะที่วัคซีน mRNA จะนำส่งคำสั่งทางพันธุกรรมเพื่อให้เซลล์ของผู้รับสร้างโปรตีนนั้นขึ้นมาเอง ทั้งสองมีเป้าหมายที่จะนำเสนอแอนติเจนเดียวกันแต่ใช้วิธีการที่แตกต่างกัน

ทำไมวัคซีนบางชนิดถึงมีสารเสริมฤทธิ์?

แอนติเจนบริสุทธิ์หรือแอนติเจนที่ถูกทำให้ตายมักจะกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ไม่ดีนักด้วยตัวมันเอง ดังนั้นจึงมีการเติมสารเสริมฤทธิ์เพื่อกระตุ้นและปรับรูปแบบการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งและความคงทนของการป้องกัน