ДНК-вакцина

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 февраля 2022 года; проверки требуют 8 правок.

гуморальный иммунитет), но и специфический цитотоксичный ответ (клеточный иммунитет), что ранее было достижимо только с помощью живых вакцин
. Сегодня ДНК-вакцины не применяют для лечения человека, однако прогнозируется, что генетическая иммунизация поможет преодолеть целый ряд заболеваний.

История создания

Идея использовать фрагменты

ДНК. В 1992 году Танг вместе с коллегами показал, что ген гормона роста человека, встроенный в плазмиду, стабильно экспрессируется в организме мыши, а синтезированный гормон распознаётся иммунной системой как антиген и стимулирует выработку антител. Процесс ввода плазмидной ДНК для стимуляции гуморального иммунитета был назван Тангом «генетическая иммунизация»[6]. Однако уже в следующем году другая группа учёных заявила, что введение плазмиды, кодирующей белки вируса гриппа, вызывает как гуморальный, так и клеточный ответ[7]. Индуцирование обеих ветвей иммунитета в том же году обнаружили и для плазмиды, содержавшей гены ВИЧ[8]. С 1995 года начали появляться данные, что ДНК-вакцинация способна активировать иммунную систему против раковых заболеваний[9][10]. Около 20 лет назад состоялись первые клинические испытания ДНК-вакцин, которые прежде всего должны были продемонстрировать безопасность нового метода. Пациентам вводили гены ВИЧ, вируса гриппа, герпеса, гепатита B, возбудителя малярии. Результаты всех тестов оказались вполне обнадеживающими: ДНК-вакцины стабильно экспрессировались, провоцировали иммунный ответ и не вызвали серьезных побочных эффектов, что стало толчком для их дальнейшего исследования[11]
.

Конструирование ДНК-вакцины

Структура ДНК-вакцины, созданной на основе плазмидного вектора. Ориджин (с англ. origin) — точка начала репликации.

По структуре ДНК-вакцина — это встроенная в вектор нуклеотидная последовательность, кодирующая определённый антиген или антигены. Вектором в генной инженерии называют молекулу нуклеиновой кислоты, которая служит для доставки генетического материала в клетки и обеспечивает его репликацию или экспрессию. Ранее для транспортировки генов в клетку применяли векторы на основе вирусов: модифицированного (ослабленного) вируса натуральной оспы, аденовирусов и ретровирусов. Вирусные векторы являются достаточно эффективными, однако имеют значительную вероятность развития побочных эффектов, связанную с относительно высокой иммуногенностью самого вектора. Поэтому на сегодня в качестве вектора чаще используют бактериальную плазмиду — небольшую стабильную кольцевую молекулу ДНК, способную к автономной репликации. Сама по себе плазмида не вызывает нужного специфического иммунного ответа, для этого в неё вшивают гены иммуногенных белков. Также ДНК-вакцина должна содержать регуляторные последовательности, необходимые для экспрессии генов в клетках эукариот. Готовую ДНК-конструкцию доставляют в бактериальную клетку, где наращивается количество её копий. После этого проводят выделение и очистку плазмид, которые несут нужную вставку[12].

Дизайн плазмидного вектора

Важным этапом создания ДНК-вакцин является дизайн (конструирование) вектора. Обязательными структурами плазмидного вектора являются сайты

устойчивости к антибиотикам; часто это ген устойчивости к канамицину. При конструировании ДНК-вакцин наиболее популярна точка начала репликации Escherichia coli[13]
.

Выбор гена для иммунизации

Вектор является важным компонентом ДНК-вакцины, однако её иммуногенность определяется именно вставкой — последовательностью ДНК, которая кодирует антиген. Среди вирусных антигенов для иммунизации лучше всего подходят белки слияния — это относительно консервативные белки, которые обеспечивают проникновение вируса в клетку. Для вакцинации против грамположительных бактерий в плазмидный вектор целесообразно встраивать гены тех бактериальных белков, которые определяют патогенез заболевания. Среди белков грамотрицательных бактерий высокую иммуногенность имеют порины[14]. Для терапевтических противоопухолевых ДНК-вакцин используют белки-маркеры раковых клеток[15]
.

Способы доставки ДНК-вакцин в клетку

Готовую вакцину нужно доставить в организм человека или животного, где её точка назначения — антигенпрезентирующие клетки (АПК) — макрофаги, дендритные клетки, B-лимфоциты. Здесь будет происходить синтез и посттрансляционная модификация антигена, после чего он будет встроен в мембрану клетки, чтобы привлечь внимание иммунной системы. Основная проблема заключается в доставке достаточного количества плазмиды в АПК. Методы доставки генетического материала в клетку обычно разделяют на 2 группы: вирусные и невирусные. Поскольку вирусные векторы имеют ряд существенных недостатков, в данном разделе представлены лишь невирусные методы доставки ДНК-вакцин.

  • Схематическое изображение клеточных процессов при введении ДНК
  • С помощью аденовируса
    С помощью аденовируса
  • В составе липоплекса
    В составе липоплекса

Микроинъекция

В начале 1990-х для введения ДНК в клетку наиболее распространёнными были внутримышечные микроинъекции, что обусловлено простотой метода. Для этого ДНК растворяют в воде или изотоническом растворе, при необходимости добавляют адъювант (вещество, которое усиливает иммунный ответ). Далее с помощью тонкой стеклянной трубки раствор вводят в мышечную ткань, где роль АПК выполняют дендритные клетки. Попав в ядро дендритной клетки вакцина начинает экспрессировать, и происходит синтез белков-антигенов. С помощью микроинъекций ДНК также можно вводить подкожно, в тимус, печень, опухолевую ткань[16], однако именно в мышечной ткани наблюдается наиболее длительная (до года) экспрессия ДНК-вакцины[17].

Благодаря высокой концентрации клеток Лангерганса (подтип дендритных клеток), привлекательной мишенью для ДНК-вакцинации является кожа[18]. Для интрадермального (подкожного) введения используют массив из микроигл, длина которых несколько сотен микрон. Существуют различные варианты интрадермальной вакцинации. Простейший включает разрыхление массивом микроигл рогового слоя кожи (внешний слой кожи, обычно 10-20 мкм), чтобы увеличить её проницаемость для дальнейшего местного введения раствора ДНК. Более эффективно использование микроигл, покрытых сухой вакциной, которая растворяется уже под кожей[19].

Эффективность этого метода обычно низкая, поскольку сначала ДНК попадает в межклеточное пространство, а уже потом включается в клетки.

Электропорация

Основная статья: Электропорация
Принцип действия электропорации. Электрический ток перегруппировывает липиды плазмалеммы таким образом, что образуется гидрофобный (сверху) или гидрофильный (снизу) канал. Прохождение гидрофильной молекулы ДНК возможно только через верхний вариант поры?[источник не указан 879 дней]

Электропорация — традиционный подход для доставки ДНК в бактериальные клетки и культуры клеток, который базируется на применении электрического импульса. Такой импульс создает поры в клеточной мембране, что способствует вхождению отрицательно заряженной ДНК. Этот способ был заимствован для доставки ДНК-вакцины в организм животных и человека и позволяет значительно повысить эффективность обычной инъекции. Прибор для электропорации имеет источник электрического тока и одноразовую сетку, которая состоит из шприца и игл-электродов. Шприц вводит вакцину в мышечную ткань, а электроды создают электрическое поле, которое облегчает вхождение ДНК в миоциты и дендритные клетки. На сегодня разработаны устройства, которые позволяют повысить эффективность вакцинации в 1000 раз по сравнению с обычной инъекцией. Электропорацию можно применять как для внутримышечного, так и для подкожного введения ДНК-вакцины. Недостатками являются незначительная болезненность в месте инъекции, потребность в специализированных устройствах[18]. Вместо электрического поля можно использовать магнитное. Такие устройства действуют по тому же принципу, однако в этом случае процедура является полностью безболезненной и менее повреждает клетки[20].

Действие электрического поля не только усиливает поглощение ДНК-вакцины клетками, но и стимулирует выработку иммунного ответа. Применение электропорации приводит к незначительному повреждению ткани — развивается локальный воспалительный процесс. Поврежденные клетки выделяют хемокины, поэтому к ним направляются макрофаги, лимфоциты и дендритные клетки. Увеличение концентрации иммунных клеток в месте введения вакцины повышает её эффективность[21].

Сонопорация

Сонопорация — метод переноса чужеродной ДНК в клетки с помощью

почек, поджелудочной железы, эмбриональной ткани, скелетной и сердечной мышц. Относительно других методов сонопорация является малоисследованной, необходимо ещё немало усилий, чтобы повысить её эффективность, особенно на уровне целого организма[16]
.

Баллистическая трансфекция

Баллистическая трансфекция основывается на обстреливании (бомбардировке) органов и тканей микрочастицами

ДНК. Введённая таким образом ДНК-вакцина экспрессируется в клетках-мишенях, а их продукты попадают в кровь. Для придания ускорения частицам используются похожее на стрелковое оружие устройство — генный пистолет, или генную пушку. Микрочастицы проходят через клеточные мембраны и переносят генетическую конструкцию непосредственно в ядро клетки. Глубина проникновения микрочастиц, как правило, невелика — до 1 мм, поэтому метод применяют преимущественно для трансфекции кожи или прилегающей хрящевой ткани. Особые условия обстрела позволяют микрочастицам проникать на глубину до 4-5 мм и переносить генные конструкции в волокна поперечно-полосатых мышц. Обычно клетки, находящиеся непосредственно по центру выстрела, погибают, в то время когда в зоне 0,6-1 см от центра находятся наиболее удачно протрансформированные клетки. Эту технологию называют также биобаллистикой или биолистикой[23]
.

Первый генный пистолет был создан группой учёных в период 1983 и 1986 годами с целью трансформации клеток растений. Это был пистолет, разработанный на основе устройства для автоматического забивания гвоздей. На вольфрамовый шар наносили ДНК с репортёрным (маркерным) геном и выстреливали им чашку Петри. Экспрессия репортёрного гена свидетельствовала об эффективности иммунизации. На сегодня для доставки ДНК используют частицы из золота или серебра, так как они не являются токсичными для клетки, в отличие от вольфрамовых[24].

Под действием высокого давления

В 1999 году были разработаны инъекционные приборы, которые способны вводить ДНК-вакцину без использования иглы[25]. Такие устройства работают благодаря силе Лоренца: небольшой мощный магнит создаёт значительное давление, приводит в действие поршень, который выбрасывает лекарственный препарат со скоростью звука[16]. Изменяя силу тока, можно выбирать глубину инъекции и дозировать лекарства. Процедура совершенно безболезненна и раньше использовалась для введения инсулина больным диабетом и при проведении масштабных вакцинаций. Существенным недостатком этого метода является то, что высокое давление теоретически может изменять структуру вводимых молекул[26]. Тем не менее, данную технологию ввода продолжают совершенствовать, и на сегодня разработаны приборы, которые могут доставить ДНК на глубину до 16 мм[27].

В составе живого бактериального вектора

Живые бактериальные векторы — это

лимфоузлы кишечника. Оказавшись в середине Пейеровых бляшек, бактерии становятся мишенью для макрофагов и подвергаются фагоцитозу. В цитоплазме макрофагов происходит высвобождение бактерией ДНК-вакцины, после чего ДНК попадает в ядро, а бактерия обезвреживается иммунной системой[18][28]
.

Упаковка в липосомы

Строение липосомы
Схематическое изображение липоплекса: красным цветом обозначены гидрофильные головки липидов, серым — липидные хвосты, синим — молекулы ДНК.

Липосома — шарообразное образование (около 100 нм в диаметре), состоящее из двойного липидного слоя. Липосомы имеют полость внутри, которая обычно заполнена растворителем, но может использоваться для доставки разнообразных веществ, в том числе и ДНК-вакцин. Их гидрофобная оболочка позволяет им сливаться с клеточными мембранами и переносить своё содержимое внутрь клетки. Использование липосом началось в 1965 г., и это стало мощным двигателем развития бионанотехнологий[29].

Перспективным способом прямого введения ДНК-конструкции в клетки-мишени является доставка генетической конструкции в составе

гемато-энцефалический барьер и доставлять её в нейроны головного мозга, что до этого было невозможным[31]
.

В составе полиплексов

Для введения в клетку ДНК-конструкций больших размеров (>10 т.п.н.) используют полиплексы — системы, состоящие из положительно заряженных полимеров (поликатионов) и отрицательно заряженных молекул ДНК. Размер таких комплексов составляет менее 100 нм, что, с одной стороны, не отдаёт их на переваривание макрофагам (поскольку они реагируют на частицы более 200 нм), а с другой стороны, они достаточно большие, чтобы не фильтроваться в почках[32].

Поликатионы конденсируют молекулу ДНК в комплексы, и таким образом обеспечивают её стабильность и защиту от действия

ДНК. Свободная ДНК направляется в ядро, а катионый полимер покидает клетку и выводится из организма[33]
.

Характеристика наиболее распространённых методов доставки ДНК-вакцин[16][18]
Метод
Преимущества
Недостатки
Внутримышечные или подкожные инъекции
  • Не требуется специального оборудования
  • Постоянная или длительная экспрессия
  • ДНК разносится по близлежащим тканям
  • Низкая эффективность
  • Нужно относительно большое количество ДНК
Электропорация
  • Высокая эффективность
  • Повреждение тканей
Генный пистолет
  • Высокая точность
  • Требуется небольшое количество ДНК
  • Требует наличия инертных микрочастиц
  • Повреждение клеток в месте выстрела
Введение за счёт высокого давления
  • Относительно простой метод
  • Отсутствует потребность в микрочастицах
  • ДНК может проникать на глубину от нескольких мм до 1,5 см
  • Влияет на структуру ДНК
  • Низкая эффективность иммунизации
  • Требует большого количества ДНК (до 300 мкг)
Упаковка в липосомы
  • Высокая эффективность in vitro
  • Простота изготовления
  • Большая ёмкость
  • Можно сочетать с другими методами
  • При внутривенном введении вакцина потенциально может попадать во все ткани
  • Интроназальный ввод обеспечивает экспрессию вакцины в слизистой оболочке носа и выработку
    IgA
    )
  • Возможная токсичность
  • Низкая эффективность in vivo

Механизм развития иммунного ответа

Схема развития иммунного ответа при ДНК-иммунизации

Синтезированный в клетке антиген поддаётся

гуморальный
ответ.

Пути процессинга антигена и формы иммунного ответа
Локализация антигена Основной инструмент процессинга Антигенпредставляющий комплекс Клетки, которые распознают
комплекс антиген-ГКГ		 Иммунный ответ
В клетке Протеасома ГКГ-I Т-киллеры Цитотоксический
Вне клетки Лизосома ГКГ-II
Т-хелперы
 Клеточный, гуморальный

Презентация антигена по пути ГКГ-I

Схема презентации антигена по пути ГКГ-I

ДНК-вакцинация предполагает эндогенный синтез антигена, поэтому этот путь является преобладающим. Процессинг антигена по пути ГКГ-I проходит в несколько этапов. Синтезированный в ядре белок транспортируется в цитоплазму, расщепляется протеасомой на короткие пептиды — эпитопы, которые специальными белками-транспортёрами антигенов (англ. ТАР, transporter associated with antigen processing) переносятся в эндоплазматический ретикулум (ЭПР). В ЭПР каждый эпитоп соединяется с молекулой ГКГ-I, после чего образованный комплекс направляется в аппарат Гольджи на гликозилирование. Оттуда комплекс в составе везикулы направляется к плазматической мембране. После слияния везикулы с плазмалеммой комплекс оказывается на поверхности клетки, где распознается рецепторами Т-киллеров, которые обладают цитотоксической активностью[34].

Презентация антигена по пути ГКГ-II

Основным источником пептидов, которые связываются с ГКГ-II, являются экзогенные белки, которые попали в клетку с помощью

гуморального иммунитета (активация В-лимфоцитов
).

Традиционная вакцинация растворимыми белковыми антигенами нацелена на мобилизацию T-хелперов. Сравнительно низкий ответ Т-хелперов является одним из недостатков ДНК-вакцин. Также нынешнее поколение ДНК-вакцин не способно индуцировать продукцию высоких титров антител. Чтобы повысить активацию Т-хелперов, антиген нужно перенаправить на путь ГКГ-II. Для этого в ДНК-вакцину встраивают сигнал лизосомной локализации: синтезированный антиген будет направляться в лизосомы, а значит ступать на путь ГКГ-II[34].

Стратегии повышения эффективности ДНК-вакцины

Главный вопрос относительно будущего ДНК-вакцин касается повышения их эффективности. На сегодня проводится большое количество исследований, посвящённых оптимизации разработанных ДНК-вакцин. Поиск решения ведётся в двух направлениях: повышение экспрессии вакцины и увеличение иммуногенности закодированного антигена.

Оптимизация транскрипционных элементов

Важным компонентом ДНК-вакцины является

человеческого цитомегаловируса (CMV). Для большинства ДНК-вакцин этот промотор является оптимальным выбором: он характеризуется высокой экспрессией в широком диапазоне клеток. Для экспрессии гена в конкретных тканях, перспективным является использование промоторов, специфических для данного типа тканей. Например, использование промотора мышечной креатинкиназы при внутримышечном введении приводит к десятикратному увеличению синтеза антител и индукции Т-клеточного ответа, чем использование аналогичной ДНК-вакцины с CMV промотором. Также высокую эффективность в миоцитах показал промотор гена десмина, который кодирует один из белков цитоскелета. Для повышения экспрессии ДНК-вакцины в кератиноцитах (клетки эпителиальной ткани) используют промоторы гена металлотионеина (белок, который связывает тяжёлые металлы) или гена гидроксилазы витамина D3[13][36]
.

Уровень инициации

энхансеров, а особенности терминации могут стать ограничивающим фактором. Эффективность полиаденилирования и процессинга первичного РНК-транскрипта меняется в зависимости от последовательности polyA-сигнала. То есть, последовательность полиаденилирования влияет на синтез антигена. Например, широко используемый polyA-сигнал вируса SV40 имеет меньшую эффективность, чем сигнал полиаденилирования гена β-глобина кролика или гена гормона роста быка[13]
.

Для эффективной трансляции

стоп-кодон гена и не состоялся синтез удлинённого протеина, который не сможет потом получить правильную укладку, ген можно заканчивать двойным стоп-кодоном[36]
.

При конструировании ДНК-вакцины также пытаются оптимизировать её кодоны. Процедура оптимизации означает замену границ в последовательности гена таким образом, чтобы аминокислотная последовательность белка не менялась, но увеличивалась эффективность трансляции его мРНК. Причиной является то, что большинство аминокислот кодируются более чем одним кодоном. Каждый кодон имеет свою тРНК, и представленность различных тРНК в клетке неодинакова, причём она также варьирует в зависимости от вида организма. Кодоны подбирают таким образом, чтобы наличие нужной тРНК при синтезе антигена не стало лимитирующим фактором[13][37].

Оптимизация антигена

Хотя сила иммунного ответа коррелирует с уровнем экспрессии ДНК-вакцины, однако для каждого антигена существует определённое плато, после которого увеличение количества антигенного протеина не будет повышать продукцию антител. В то же время, достичь более сильной

антигенпредставляющей клетки (АПК). Таким лигандом может быть маркерный белок CD40, внеклеточный домен Fms-подобной тирозинкиназы-3 или антиген-4 Т-киллеров[39]
. За счёт взаимодействия лиганд-рецептор повышается эффективность захвата антигенного протеина АПК.

Облегчение деградации антигена в протеасоме или лизосоме также будет стимулировать иммунную реакцию. Для усиления протелиотического расщепления антигена, в его последовательность встраивают сигнал убиквитинирования[34]. Использование кодирующих ДНК-вакцин вместо целого антигена, нескольких эпитопов различного происхождения, позволяет значительно расширить спектр иммунного ответа[38].

Для противоопухолевых ДНК-вакцин эффективной является комбинация «опухолевый антиген + вирусный или бактериальный антиген». Например, сочетание опухолевого антигена с эпитопом токсина столбняка значительно повышает активацию Т-киллеров против раковых клеток[40][41].

Включение адъювантов

При применении традиционных вакцин для повышения иммунного ответа к ним добавляют адъюванты. ДНК-вакцина имеет бактериальное происхождение, поэтому она сама является иммуностимулятором. Для усиления иммунного ответа в ДНК-вакцину встраивают гены адъюванта или применяют дополнительную плазмиду, которая кодирует иммуностимулирующие белки[42].

Иммуностимулирующее действие бактериальных CpG динуклеотидов

Функция плазмиды не ограничивается доставкой генов в клетки. Еще в 1893 году было обнаружено, что смесь бактериальных лизатов уменьшает прогрессирование раковых опухолей, однако лишь в 1983 установили, что иммуностимулирующие свойства лизата обусловлены молекулами ДНК бактерии[43]. В 1995 году показали, что стимуляция иммунитета вызвана CpG-мотивами бактериальной ДНК[44]. У бактерий, а также ДНК-вирусов, эти мотивы являются неметилированными. В организме человека и высших приматов, наоборот, цитозин в составе большинства CpG-динуклеотидов содержит метильную группу. Поэтому неметилированные CpG-мотивы воспринимаются человеческим организмом как патогенассоциированные молекулярные паттерны (ПАМП) (PAMP, pathogen-associated molecular patterns). ПАМП-соединения распознаются толл-подобными рецепторами, которых, в зависимости от типа лиганда, разделяют на несколько типов. Неметилированные CpG-мотивы распознаёт рецептор TLR-9, расположенный на мембранах эндоплазматического ретикулума В-лимфоцитов, дендритных клеток и натуральных киллеров. Связывание рецептора с неметилированными CpG-мотивами запускает каскад реакций, в результате которого индуцируется синтез провоспалительных цитокинов — интерферона-1 и IL-12[45].

Экспрессия цитокинов и других иммуномодуляторов

Для ДНК-вакцинации в качестве адъювантов чаще всего применяют гены цитокинов.

Т-хелперы первого класса. К цитокинам, которые модулируют действие Т-хелперов второго класса, относятся: IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 И IL-13. Тип цитокина подбирают согласно тому, какой тип иммунного ответа хотят усилить[46]
.

Различия иммунного ответа Т-хелперов 1 и 2 класса
Отличия Т-хелперы 1 Т-хелперы 2
Главная клетка-партнер Макрофаг В-клетка
Иммунный ответ Клеточный.

Усиливает действие макрофагов
Повышает пролиферацию Т-киллеров

Гуморальный.

Стимулирует пролиферацию В-клеток
Повышает выработку нейтрализующих антител.

Достичь повышения иммунного ответа можно с помощью хемокинов.

антигенпредставляющих клетках хемокинов. Связывание хемокина со своим рецептором приводит к эндоцитозу комплекса антиген-хемокин внутрь АПК. Эта стратегия эффективно используется как при разработке противовирусных ДНК-вакцин[47], так и противоопухолевых[48]
.

Функцию адъюванта также может выполнять белок БТШ70 (белки теплового шока, англ. heat-shock proteins, HSP). Иммуностимулирующее действие БТШ70 основано на его способности выходить во внеклеточное пространство и связываться с рецепторами АПК. Механизм транспорта БТШ70 наружу пока окончательно не выяснен, но, скорее всего, существует несколько путей — экзоцитоз, секреция наружу или выход через канал[49]. Связывание БТШ70 со своим рецептором приводит к активации дендритных клеток, опосредует представление антигена и стимулирует продукцию хемокинов. Поскольку антиген слит с БТШ70, он также попадает во внеклеточное пространство, поэтому может представляться по пути ГКГ-II и активировать В-клетки. Во избежание аутоиммунных реакций для ДНК-вакцин используют бактериальный ген БТШ70[50].

Преимущества и недостатки ДНК-вакцин

Метод ДНК-вакцинации обладает рядом преимуществ, наиболее важным из которых является запуск как гуморального, так и клеточного иммунного ответа. Вакцины на основе ДНК обеспечивают долговременную экспрессию антигена и, соответственно, устойчивый иммунный ответ. К дополнительным факторам, способствующим развитию ДНК-иммунизации, относят простоту и низкую стоимость производства вакцины[51].

Преимущества Недостатки
  • Антиген получает нативную конформацию
  • Активация обеих ветвей иммунитета:
    гуморальной и клеточной
  • Синтезированный антиген можно избирательно направлять на путь ГКГ-I или ГКГ-II
  • Могут избирательно действовать на разные популяции
    Т-хелперов
  • Обеспечивают долговременную экспрессию антигена
  • Просты и быстры в изготовлении
  • Низкая цена производства
  • Не требуют особых условий хранения
  • Могут применяться как для профилактики, так и для лечения болезней
  • Потенциально эффективны против широкого спектра болезней: бактериальных, вирусных, аутоиммунных и раковых заболеваний
  • Слабая иммуногенность
  • Для вирусных векторов существует опасность интеграции чужеродной ДНК в геном клетки
  • Возможно развитие аутоиммунных реакций
  • Плазмидные и вирусные векторы могут вызвать неспецифический иммунный ответ

Применение ДНК-вакцин

ДНК-вакцины в ветеринарии

Все четыре одобренные

Т-лимфоцитов, натуральных киллеров[53]
следовательно, увеличивает иммунную сопротивляемость организма.

Торговое название вакцины Год лицензирования Мишень Животное Продукт вакцины Цель создания вакцины
«Вэст Найл-Инноватор» (
США) Архивная копия от 4 октября 2013 на Wayback Machine
 2005 Вирус
лихорадки Западного Нила
 Кони Структурный белок вируса PreM-E Защита против вируса
«Апекс-ай-эйч-эн» (Канада) Архивная копия от 4 октября 2013 на Wayback Machine 2005 Возбудитель инфекционного некроза гемопоэтической ткани (ИНГТ) Рыбы семейства лососёвые Вирусный гликопротеин Повышение количества и качества продовольствия рыбы
«ЛайфТайд Эс-Даблъю 5» (Австралия) Архивная копия от 9 декабря 2012 на Wayback Machine 2008 Гормон роста Свиньи и другой домашний скот Соматолиберин свиньи Увеличение выводка у свиноматок; значительно уменьшает перинатальную смертность и заболеваемость
«ОНСЕПТ» (
США
) 		2010 Меланома Собаки Тирозиназа человека Как альтернатива лучевой терапии и операционному вмешательству при лечении меланомы

Перспективы ДНК-вакцинации

Распределение открытых клинических исследований ДНК-вакцин в зависимости от заболевания по состоянию на 2011 год. Общее количество испытаний — 43[54]

Противоопухолевые ДНК-вакцины

В то время как индукция клеточного и гуморального иммунного ответа убедительно продемонстрирована для чужеродных антигенов, ассоциированных с инфекционными заболеваниями, применение ДНК-вакцин для лечения рака до сих пор было менее успешным. Индукция эффективного противоопухолевого иммунитета является сложной задачей. Клинические исследования подтвердили общую безопасность и низкую токсичность противоопухолевых ДНК-вакцин, однако эффективность вызванного ими иммунного ответа оказалась слабой, а противоопухолевая активность, в некоторых случаях, вообще сомнительной[39].

ДНК-вакцины против вирусных и бактериальных возбудителей

Вакцины против вируса гепатита B

Антиген HBs
Основные статьи:
Генная инженерия и Биотехнология

За последние тридцать лет для предупреждения возникновения инфекции вирусом гепатита B коммерческое использование получили семь вакцин. Все они основываются на использовании одного из вирусных оболочечных белков, называемого поверхностным антигеном, или HBsAg.

  • Первая вакцина стала доступной в 1981—82 г, когда в Китае приступили к использованию вакцины, приготовленной из плазмы крови, полученной от доноров из числа больных, которые имели продолжительную инфекцию вирусного гепатита B. В этом же году она стала коммерчески доступна в США. Пик её применения пришёлся на 1982—88 гг. Вакцинацию проводили в виде курса из трёх прививок с временным интервалом. При постмаркетинговом наблюдении после введения такой вакцины отметили возникновение нескольких случаев побочных заболеваний центральной и периферической нервной системы, в том числе
    синдром Гийена-Барре
    , плекситы. В исследовании привитых вакциной лиц, проведённом через 15 лет, подтверждена высокая иммуногенность вакцины, приготовленной из плазмы крови.
  • С 1987 г. на смену плазменной вакцине пришло следующее поколение вакцины против вируса гепатита B, в которой использована технология генной модификации рекомбинантной ДНК в клетках дрожжевого микроорганизма. Её иногда называют генно-инженерной вакциной. Синтезированный таким способом HBsAg выделяли из разрушаемых дрожжевых клеток. Ни один способ очистки не позволял избавляться от следов дрожжевых белков?[источник не указан 1961 день] Новая технология отличалась высокой производительностью, позволила удешевить производство и уменьшить риск, происходящий из плазменной вакцины.

Для создания достаточно выраженной иммунной перестройки прививка состоит из трёх инъекций вакцины, причем вторую инъекцию делают через месяц после первой дозы, а третья инъекция — спустя шесть месяцев после первой дозы[55] После прививки поверхностный антиген вируса гепатита B можно обнаружить в сыворотке крови в течение нескольких дней; это называют вакцинной антигенемией. После этого в токе крови появляются антитела иммунной системы к HBsAg. Эти антитела известны как анти-HBsAg. С этого времени упомянутые антитела и память иммунной системы обеспечивают иммунитет к инфицированию гепатитом B.[56]

ДНК-вакцина против COVID-19

ДНК-вакцина

INO-4800 производства Inovio Pharmaceuticals проходит в настоящее время клинические испытания I-II фаз[57][58]. Также клинические испытания проходят противоковидные ДНК-вакцины
AG0301-COVID19, ZyCoV-D, GX-19, CORVax, а также ДНК-вакцины производства Symvivo и Entos Pharmaceuticals.

ДНК-вакцина против кариеса

Причиной

сальмонелла, который выполняет роль адъюванта[60]. На стадии доклинических исследований вакцину через нос вводили лабораторным грызунам, после чего у животных проверяли уровень иммуноглобулинов G в сыворотке крови и секреторных иммуноглобулинов А в слюне
. После проведённых исследований учёные выяснили, что уровень иммунных белков и в крови и в слюне повышался, но, что важнее, при этом тормозился рост колоний Streptococcus mutans на зубной эмали. То есть, зубы вакцинированных животных были лучше защищены от кариеса.

ДНК-вакцины и лечение аутоиммунных заболеваний

ДНК-вакцина против диабета 1 типа

США)и Лейденского (Нидерланды) университетов, разработали ДНК-вакцину BHT-3021. Вакцина создана на основе плазмиды и кодирует предшественник инсулина — проинсулин
. Это вакцина обратного действия: если обычные вакцины должны активировать иммунные реакции, то BHT-3021, наоборот, нейтрализует цитотоксическое действие Т-киллеров, направленную против островков Лангерганса.

В первой фазе клинических испытаний BHT-3021 показала свою эффективность на группе из 80 человек. Половина из них каждые семь дней в течение 12 недель получала внутримышечные инъекции BHT-3021, а вторая половина — плацебо. После окончания этого срока группа, которая получала вакцину, продемонстрировала повышение уровня С-пептидов в крови, что свидетельствует о восстановлении функции бета-клеток. Никаких серьезных побочных эффектов ни у кого из участников зафиксировано не было. Действие вакцины сохранялось в течение 2 месяцев[62].

Примечания

  1. ↑ Atanasiu P.; Cantarow A., Paschkis K. E. Production of neoplasms by fractions of mammalian neoplasms. (англ.) // Cancer Research?! : journal. — American Association for Cancer Research[англ.], 1950. — Vol. 10. — P. 775—782.
  2. ↑ Ito Y. Heat-resistance of the tumongenic nucleic acids of Shope papillomatous. (англ.) // Virology : journal. — 1961. — Vol. 12. — P. 596—601.
  3. ↑ Atanasiu P. Production de tureurs chez le Hamster par inoculation d’acide desoxyribonucleique extrait de cultures de tissus infectees par le virus du polyome. (фр.) // Acad. Sci. : magazine. — 1962. — Vol. 254. — P. 4228—4230.
  4. ↑ Orth G. Infectious and oncogenic effect of DNA extracted from cells infected with polyoma virus. (англ.) // PrOC. Soc. Exp. Biol. Med. : journal. — 1964. — Vol. 115. — P. 1090—1095.
  5. ↑ Wolff J. A.; Malone R. W., Williams P., Chong W. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo. (англ.) // Science. — 1990. — Vol. 247, no. 4949. — P. 1465—1468. — PMID 1690918.
  6. doi:10.1038/356152a0. — PMID 1545867
    .
  7. ↑ Ulmer J. B.; Donnelly J., Parker S. E., Rhodes, Others,. Heterologous protection against influenza by injection of DNA encoding a viral protein. (англ.) // Science : journal. — 1993. — Vol. 259. — P. 1745—1749.
  8. doi:10.1073/pnas.90.9.4156
    .
  9. ↑ Conry R. M.; LoBuglio, A. F., Loechel, F., Moore, S. E.; Others,. A carcinoembryonic antigen polynucleotide vaccine for human clinical use (каталан.) // Cancer gene therapy. — 1995. — Vol. 2, num. 1. — P. 33—38.
  10. ↑ Chattergoon M; Boyer J., Weiner DB. Genetic immunization: a new era in vaccines and immune therapeutics (англ.) // The FASEB Journal[англ.] : journal. — Federation of American Societies for Experimental Biology[англ.], 1997. — Vol. 11, no. 10. — P. 753—763. — PMID 9271360.
  11. doi:10.1093/cid/cir334
    .
  12. doi:10.1016/j.vaccine.2007.05.030.
    .
  13. ↑
    doi:10.1186/1479-0556-1-2
    .
  14. ↑ Супотницкий М. В. ДНК-иммунизация в профилактике инфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных – 1998. – Т. 5. – С. 18-24. // Ветеринария : журнал. — 1998. — Т. 5. — С. 18—24. Архивировано 7 декабря 2013 года.
  15. doi:10.1038/nrc2326
    .
  16. ↑ 1 2 3 4 Kamimura K.; Suda T., Zhang G., Liu D. Advances in gene delivery systems (англ.) // Pharmaceutical medicine. — 2011. — Vol. 5. — P. 293—306.
  17. ↑ Wolff J. A.; Ludtke J. J., Acsadi G., Williams P., Jani A. Long-term persistence of plasmid DNA and foreign gene expression in mouse muscle (англ.) // Hum. Mol. Gen : journal. — 1992. — Vol. 1. — P. 363—369.
  18. ↑ 1 2 3 4 Cranenburgh R. DNA Vaccine Delivery (англ.) // BioPharm International Supplements. — 2011. — Vol. 24, no. 10. — P. 12—18. Архивировано 21 сентября 2013 года.
  19. doi:10.1016/j.jconrel.2010.09.001
    .
  20. doi:10.1088/0031-9155/55/4/021
    .
  21. doi:10.1128/JVI.02564-07. — PMID 1545867
    .
  22. ↑ Fechheimer M.; Boylan J. F., Parker S., Others,. Transfection of mammalian cells with plasmid DNA by scrape loading and sonication loading (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1987. — Vol. 84, no. 23. — P. 8463—8467. — PMID 2446324.
  23. ↑ Абрамова, З.И. (2008), Введение в генетическую инженерию (PDF), Казань, pp. 110–116, Архивировано (PDF) 2 октября 2013, Дата обращения: 21 декабря 2013{{citation}}: Википедия:Обслуживание CS1 (отсутствует издатель) (ссылка) Источник. Дата обращения: 21 декабря 2013. Архивировано 2 октября 2013 года.
  24. ↑ Klein, TM et al (1987) High-velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells Архивная копия от 27 сентября 2013 на Wayback Machine. Nature 327:70-73
  25. doi:10.1038/356152a0. — PMID 10455434
    .
  26. doi:10.5455/vetworld.2013.228-232
    .
  27. doi:10.1016/j.medengphy.2011.12.010
    .
  28. ↑ Gentschev I.,; Dietrich G., Spreng S., Pilgrim S., Stritzker J., Kolb-Mäurer A., Goebel W. Delivery of protein antigens and DNA by attenuated intracellular bacteria (англ.) // Journal of Medical Microbiology[англ.] : journal. — Microbiology Society[англ.], 2002. — Vol. 291. — P. 577—582. — PMID 11890559.
  29. doi:10.1155/2011/326497
    .
  30. ↑ Великий Николай Николаевич, Генная терапия: достижения, перспективы, Архивировано из оригинала 21 сентября 2013, Дата обращения: 21 декабря 2013 Источник. Дата обращения: 21 декабря 2013. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года.
  31. ↑ Ananthaswamy, Anil. Undercover genes slip into the brain. New Scientist (20 марта 2003). Дата обращения: 17 августа 2010. Архивировано 8 января 2014 года.
  32. doi:10.1096/fj.04-2747rev
    .
  33. ↑ Дурыманов Михаил, Доставка генов в клетку, Архивировано 21 сентября 2013, Дата обращения: 21 декабря 2013 Источник. Дата обращения: 21 декабря 2013. Архивировано 21 сентября 2013 года.
  34. ↑ 1 2 3 Стародубова Е. С.; Исагулянц М. Г., Карпов В. Л. Регуляция процессинга иммуногена: сигнальные последовательности и их использование для создания нового поколения ДНК-вакцин // ACTA NATURAE : журнал. — 2010. — Т. 2, № 1. — С. 59—65.
  35. doi:10.1126/science.290.5497.1717
    .
  36. ↑
    doi:10.1038/nrg2432
    .
  37. doi:10.3390/vaccines1030225. — PMID 1545867
    .
  38. ↑ 1 2 Moreno S; Timon M. DNA vaccination: an immunological perspective (англ.) // Immunologia. — 2004. — Vol. 123. — P. 41—55. Архивировано 21 сентября 2013 года.
  39. ↑ 1 2 Shaw D. R.; Strong T. V. DNA vaccines for cancer (англ.) // Frontiers in Bioscience[англ.] : journal. — Frontiers in Bioscience[англ.], 2006. — Vol. 11. — P. 1189—1198. Архивировано 21 сентября 2013 года.
  40. ↑ Rice J.; Dossett M. L., Ohlen C., Buchan S. L., Others. DNA fusion gene vaccination mobilizes effective anti-leukemic cytotoxic T lymphocytes from a tolerized repertoire (англ.) //
    doi:10.1002/eji.200838213
    .
  41. ↑ Chudley L.; McCann K., Mander A., Tjelle T., Others. DNA fusion-gene vaccination in patients with prostate cancer induces high-frequency CD8+ T-cell responses and increases PSA doubling time (англ.) //
    doi:10.1002/eji.200838213
    .
  42. ↑ Ulmer J. B.; Wahren B., Liu M. A. Dna vaccines: recent technological and clinical advanced (англ.) // Discovery Medicine, 6(33):109-112, 2006. — 2006. — Vol. 6, no. 33. — P. 109—112. Архивировано 26 сентября 2013 года.
  43. ↑ Coley, W. B. The treatment of malignant tumors by repeated inoculations of erysipelas. With a report of ten original cases. 1893 (англ.) // Clinical orthopaedics and related research[англ.] : journal. — 1991. — No. 262. — P. 3—11. — PMID 1984929.
  44. doi:10.1038/374546a0. — PMID 7700380
    .
  45. ↑ Entrez Gene: TLR9 toll-like receptor 9. Архивировано 18 сентября 2019 года.
  46. ↑ Thalhamer, Josef; Weiss, Richard; Scheiblhofer, Sandra (2010), Gene Vaccines, Berlin: Springer, pp. 198–203, doi:10.1007/978-3-7091-0439-2
  47. doi:10.1155/2010/860160
    .
  48. doi:10.1038/gt.2013.17
    .
  49. ↑ Евдонин А. Л.; Медведева Н. Д. Внеклеточный белок теплового шока 70 и его функции (англ.) // Цитология. — 2009. — Vol. 51, no. 2. — P. 130—137.
  50. ↑ Ebrahimi S. M.; Tebianian M. Immunotargeting and eradication of orthotopic melanoma using a chemokine-enhanced DNA vaccine (англ.) // World Applied Sciences Journal : journal. — 2013. — Vol. 14, no. 10. — P. 1569—1575. Архивировано 29 сентября 2013 года.
  51. doi: 10.1111/j.1600-065X.2010.00980.x
  52. doi:10.1096/fj.02-0671fje
    .
  53. doi:10.1038/356152a0. — PMID 15451448
    .
  54. doi:10.1093/cid/cir334
    .
  55. ↑ Hepatitis B Vaccine Information from Hepatitis B Foundation: Архивная копия от 28 июня 2011 на Wayback Machine
  56. ↑ Centers for Disease Control, USA (December 8, 2006). «Hepatitis B Vaccine: Fact Sheet». Дата обращения: 2 августа 2021. Архивировано 23 июня 2008 года.
  57. doi:10.1038/d41573-020-00073-5. Архивировано
    10 мая 2020 года.
  58. ↑ IVI, INOVIO, and KNIH to partner with CEPI in a Phase I/II clinical trial of INOVIO’s COVID-19 DNA vaccine in South Korea (англ.). nternational Vaccine Institute. Дата обращения: 29 декабря 2020. Архивировано 24 сентября 2020 года.
  59. University of Leeds. Дата обращения: 17 марта 2009. Архивировано
    9 августа 2007 года.
  60. ↑ Shi W. et al. Flagellin enhances saliva IgA response and protection of anti-caries DNA vaccine (англ.) // Journal of dental research : journal. — 2012. — Vol. 91, no. 3. — P. 249—254.
  61. ↑ Type 1 Diabetes Mellitus. Дата обращения: 4 августа 2008. Архивировано 21 июля 2013 года.
  62. doi:10.1126/scitranslmed.3006103
    .

Литература

Ссылки
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=ДНК-вакцина&oldid=137190390