Co je to DNA vakcína?

Vakcíny DNA, které se často označují jako vakcíny třetí generace, používají umělou DNA k vyvolání imunologické odpovědi hostitele proti bakteriím, parazitům, virům a potenciálně rakovině.

Tradiční vakcíny

Vakcíny, které jsou v současné době k dispozici světové populaci, zahrnují vakcíny proti spalničkám, příušnicím, zarděnkám, sezónnímu chřipkovému viru, tetanu, obrně, hepatitidě B, rakovině děložního čípku, záškrtu, černému kašli a vakcín proti jiným chorobám, které jsou endemické v určitých oblastech svět.

Mnoho z těchto vakcín poskytuje imunitu vyvoláním adaptivní imunitní odpovědi specifické pro antigen u hostitele.

Přesněji řečeno, tyto vakcíny vystavují imunitní systém epitopům, které pocházejí z patogenu, což umožňuje imunitnímu systému vyvinout protilátky, které dokážou rozpoznat a napadnout toto infekční agens, pokud se očkovaný hostitel v budoucnu s tímto patogenem setká.

Ačkoli konvenční vakcíny mají zásadní význam pro prevenci šíření mnoha vysoce infekčních chorob, výroba těchto vakcín často vyžaduje, aby vědci zacházeli se živými patogeny. Nejen, že zacházení s těmito patogeny může představovat obavy o bezpečnost lidí vyvíjejících vakcínu, ale také riziko kontaminace těmito patogeny.

Problémy spojené s vývojem konvenčních vakcín vedly ke zkoumání několika alternativních přístupů k vakcínám, které by mohly být použity jak pro infekční, tak pro neinfekční nemoci.

Jednou z alternativních vakcín, která si získala značnou pozornost, je vakcína na bázi DNA. Vakcína na bázi DNA je považována za stabilnější, nákladově efektivnější a snáze se s ní zachází než s tradičními vakcínami.

Jak fungují DNA vakcíny?

Stejně jako jakýkoli jiný typ vakcíny indukují DNA vakcíny adaptivní imunitní odpověď. Základním principem fungování jakékoli DNA vakcíny je použití DNA plazmidu, který kóduje protein pocházející z patogenu, na který bude vakcína zaměřena.

Plazmidová DNA (pDNA) je levná, stabilní a relativně bezpečná, což umožňuje považovat tuto nevirovou platformu za vynikající volbu pro dodávání genů. Některé z různých virových vektorů, které byly použity ke zdroji pDNA, zahrnují on-retroviry, lentiviry, adenoviry, adeno-asociované viry a Herpes simplex-1.

Pokud je podána intramuskulární injekce DNA vakcíny, bude pDNA cílit na myocyty. DNA vakcíny lze také podávat subkutánní nebo intradermální injekcí k cílení na keratinocyty. Bez ohledu na místo vpichu bude pDNA transfektovat myocyty nebo keratinocyty. Tyto buňky poté podstoupí apoptózu.

Buňka, která podstoupí apoptózu, uvolní malé fragmenty vázané na membránu, které jsou známé jako apoptotická těla. Tato apoptotická těla spouštějí endocytózu buněčných zbytků nezralými dendritickými buňkami (iDC). Aktivita iDC pak může iniciovat generování exogenních antigenů, které jsou výhradně prezentovány hlavní třídou histokompatibility II (MHCII).

Prezentace antigenu na MHCII aktivuje pomocného CD4⁺ T buňky, které přispívají k aktivaci B buněk a nakonec umožňují vytvoření humorální imunitní odpovědi. Tato humorální imunitní odpověď je nutná k aktivaci produkce CD8⁺ T buňky.

Kromě působení na myocyty nebo keratinocyty může jakákoli cesta podání vakcíny DNA také transfekovat buňky prezentující antigen (APC) umístěné v blízkosti místa vpichu. Tato přímá cesta transfekce vede k endogenní expresi transgenu a paralelní prezentaci antigenu prostřednictvím MHCI i MHCII, čímž se získá jak CD8⁺ a CD4⁺ T buňky.

Jaké DNA vakcíny jsou v současné době ve vývoji?

V současné době neexistují žádné vakcíny DNA, které by byly schváleny pro široké použití u lidí. Nicméně několik vakcín na bázi DNA bylo schváleno americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) a Ministerstvem zemědělství USA (USDA) pro veterinární použití, včetně vakcíny proti viru západního Nilu u koní a vakcíny proti melanomu pro psy.

Ačkoli vakcíny na bázi DNA ještě nebyly schváleny pro použití u široké veřejnosti, bylo provedeno několik klinických studií na lidech s DNA vakcínami u lidí. Podle americké národní lékařské knihovny je v současné době v klinických studiích na lidech ve Spojených státech testováno více než 160 různých DNA vakcín. Odhaduje se, že 62% těchto studií je věnováno vakcínám proti rakovině a 33% je aplikováno na vakcíny proti viru lidské imunodeficience (HIV).

Jedna z prvních klinických studií na DNA vakcíně zkoumala potenciální terapeutické a profylaktické účinky DNA vakcíny proti HIV. Ačkoli byla v této studii zjištěna určitá úroveň imunogenicity, nebylo zjištěno, že by došlo k významné imunitní odpovědi. Hypervariabilita HIV umožňuje tomuto viru napadnout imunitní systém hostitele prostřednictvím několika různých mechanismů.

Výsledkem je, že vědci usilující o vývoj vakcíny proti HIV založené na DNA zjistili, že je třeba pečlivě vyhodnotit několik různých základních strategií, posilovacích látek a pozměněných schémat injekcí, aby bylo možné navrhnout nejlepší DNA vakcínu proti HIV.

Budoucí pokyny

I když se v současné době na celém světě testuje řada vakcín na bázi DNA u lidí, stále existuje řada výzev, které by umožnily převést tento vakcínový přístup na kliniku. Jedním z největších problémů spojených s DNA vakcínami je jejich nízká imunogenicita u větších zvířat a lidí.

Vědci se domnívají, že průměrnému člověku bude třeba vstřikovat vyšší množství DNA v rozmezí 5 až 20 mg, aby se zvýšila imunogenicita vakcín na bázi DNA. Další výzva vakcín na bázi DNA zahrnuje optimalizaci transfekce, čehož lze dosáhnout začleněním několika parametrů, jako je hybridní virový / eukaryotický promotor nebo optimalizace kodonů antigenu.

Celkově vzato, ideální DNA vakcína zabrání extracelulární degradaci a úspěšně vstoupí do jádra cílových buněk, aby vyvolala dlouhodobou imunitní odpověď.