Як роблять вакцини?

Ця стаття написана під час пандемії COVID-19. З початку 2020-го року ми живемо у реальності боротьби з новою інфекцією, яка змінила майже всю нашу рутину. Природно, що майже кожного хвилює питання, коли пандемія нарешті скінчиться, і тому тема профілактики є однією з найбільш актуальних та обговорюваних. Важливий спосіб профілактики вірусних інфекцій — вакцини. Тому зараз ми на порталі “Моя наука” розповімо про те, як взагалі виготовляються вакцини. Оскільки питання створення вакцин проти COVID-19 є украй актуальним, ми також додали примітки стосовно цього захворювання станом на грудень 2020 року. А конкретно про теперішній стан розробки вакцин проти SARS-CoV-2 поговоримо в другій частині статті.

Суть вакцинації (або щеплення) полягає у тому, що імунна система отримує інформацію про невідому для себе речовину та виробляє проти неї захист. У разі інфекційних хвороб вакцинацію ще й треба зробити безпечною — бо потрапляння в організм звичайного збудника може призвести до розвитку того самого захворювання, проти якого людину прищеплюють. Для того, щоб і вовки були ситі, і кози цілі, вчені винайшли гарний метод — представляти імунітету не всього збудника (віруса, бактерію тощо), а лише його частинку, або навіть самого збудника, але в дуже ослабленому чи “мертвому” стані. Таким чином імунітет щепленої людини стикається з мізерною кількістю “чужорідного” матеріалу — антигену — та має змогу запам’ятати його та швидко знешкоджувати, якщо трапиться нагода зустрітися з ним знов.

У минулому за допомогою вакцин вдалося подолати епідемію натуральної віспи, майже подолано поліомієліт (він все ще виявляється в деяких країнах). “Дитячі” захворювання, такі як дифтерія, кір, епідемічний паротит, краснуха та інші, були основною причиною смерті дітей ще 100 років тому. Зараз їх вдалося, якщо не ліквідувати, то взяти під контроль — тому вони носять назву вакцино-контрольованих. Спалахи цих захворювань зазвичай виникають в регіонах з низьким охопленням вакцинацією, тому під час пандемії COVID-19 важливо дотримуватись календаря щеплень і вакцинувати дітей проти їхніх збудників.

Залежно від того, які саме частинки збудника використовуються та яким чином, розрізняють низку види вакцин.

• Живі атенуйовані вакцини

Як зрозуміло з назви, в таких вакцинах представлений живий збудник захворювання. Звісно, збудник захворювання в таких вакцинах дуже ослаблений — атенуйований. Він вважається таким, що втратив здатність викликати захворювання, але все ж є життєздатним. У даного виду вакцин є ризик викликати вакцино-асоційоване захворювання — тобто, розвиток хвороби внаслідок діяльності збудника, введеного у вигляді вакцини. Хоча цей ризик украй мізерний. Здавалося б, навіщо тоді це робити? Справа в тому, що живі вакцини викликають імунну реакцію, яка є комплексною (клітинною і гуморальною)*, а також стимулює вироблення імунного захисту на поверхні слизових оболонок. Така імунна відповідь найбільш наближена до природної, і тому часто жива вакцина є ефективнішою за інші види вакцин.

* Імунітет людини забезпечується двома ланками — клітинною (власне імунні клітини знешкоджують антиген) та гуморальною (імунні клітини продукують спеціальні речовини — антитіла, які зв’язуються з антигеном та сприяють його подальшому знешкодженню).

Атенуйована вакцина проти Sars-Cov2 наразі проходить клінічні дослідження в Індії.

• Інактивовані вакцини

Вакцини, в яких збудник повністю інактивований, тобто нежиттєздатний. Такі вакцини не здатні викликати захворювання за визначенням, тому самі по собі безпечніші, ніж живі.

• Вакцини з вірусним вектором

Розподіляються на наступні підвиди:

• інактивовані
• здатні до реплікації (розмноження)
• не здатні до реплікації

Суть таких вакцин у тому, що в певний вірус, який не становить загрози для людини, вбудовують гени певних білків або інших молекул мікроорганізму, проти якого потрібно створити імунітет. Цей безпечний вірус виступає вектором — тобто носієм генетичної інформації, ДНК чи РНК, збудника захворювання. Вірус-вектор у складі вакцини вводиться в організм, де потім потрапляє всередину клітини. Залежно від виду вакцини вірус-вектор може розмножуватись (вакцини зі здатністю до реплікації) або не може розмножуватись (вакцини без такої здатності).

Внаслідок розмноження вектора та синтезу вірусних білків у клітинах організму утворюються молекулярні структури, характерні для збудника “цільового” захворювання. Іноді вірус-вектор може використовуватися взагалі інактивованим, “убитим”, та забезпечувати вироблення імунітету за рахунок присутності білків мікроорганізму, проти якого виробляється вакцина, на своїй поверхні.

Імунна система контактує з представленими їй частинками (наприклад, білками або їх фрагментами) та виробляє відповідь.

Російська вакцина “Спутник V” та китайська вакцина проти COVID-19 компанії “CanSino Biologics” є прикладами таких вакцин. Вакцина ChAdOx1 nCoV-19 проти COVID-19 з вірусним вектором, не здатним до реплікації — продукт компанії AstraZeneca сумісно з Оксфордським університетом. Також дана технологія використовувалась при розробці вакцин проти вірусу Ебола.

• Вакцини на основі нуклеїнових кислот

Механізм дії цього типу вакцин — введення в організм людини молекул ДНК або РНК, з яких у подальшому “зчитується” інформація про білки мікроорганізму-збудника. Ці білки створюються всередині клітини щепленої особи, а потім демонструються на їхній поверхні, презентуються імунним клітинами, унаслідок чого до них виробляється імунна відповідь. Вони схожі за механізмом дії на вакцини з вірусним вектором, але для них вектором можуть слугувати інші структури, які проникають через клітинну стінку — наприклад, плазміди або ліпосоми. ДНК-вакцини — вже відома технологія, а от РНК-вакцини (переважно з використанням мРНК) — достатньо новий метод.

Вакцини проти SARS-CoV-2 компаній Pfizer/BioNTech та Moderna є мРНК-вакцинами. У дослідженнях вони продемонстрували хороші результати, але суттєвим недоліком є умови транспортування — необхідно, щоб температура зберігання була не вище -70 С, адже довгі молекули РНК легко руйнуються при високих температурах .

• Вакцини з білкових субодиниць або вірусоподібних часток

Суть цього виду вакцин — у введенні в організм частини білка або складних білково-вуглеводних комплексів мікроорганізму, до якого потрібно виробити імунітет. Але, як розумієте, частинка білка — це далеко не весь мікроорганізм, тому даний вид вакцин не підходить для багатьох збудників. Проте цей метод має переваги у простій технології виробництва та нижчому ризику виникнення побічних ефектів. Яскравий приклад — вакцина проти гепатиту В.

Нова російська вакцина “ЭпиВакКорона” також належить до цього виду вакцин.

Також ще існують анатоксини — токсини мікроорганізмів, штучно позбавлені токсичних властивостей, але здатні викликати імунну відповідь. Вони робляться для захисту від інфекцій, які виникають внаслідок пошкоджуючого впливу токсину, а не самого мікроорганізму як такого (дифтерія, правець, кашлюк та ін.). Оскільки COVID-19 не належить до таких інфекцій, розробка даного виду вакцин для його профілактики не здійснюється.

Стадії розробки вакцин

Для того, щоб зрозуміти, чи можуть вакцини від COVID-19 бути готові за такий короткий проміжок часу, логічно спершу дізнатися, скільки розробка триває в нормі, та як вона організована.

Процес створення вакцини можна розділити на декілька етапів.

1. Розробка вакцини

На цьому етапі вчені розглядають, який вид вакцини розробляти буде найбільш доцільно. Ця фаза — це власне “винайдення вакцини”. Її швидкість залежить від мікроорганізму, проти якого вона виготовляється — для деяких це відносно просто, а для інших може затягнутися на роки (наприклад, дієва вакцина проти ВІЛ все ще не зареєстрована).

Тривалість зазвичай: роки
COVID-19: місяці

2. Доклінічні дослідження

Вчені тестують нову вакцину на тваринах або клітинних культурах та оцінюють, чи викликає вона потрібні реакції організму. Оцінюють токсичність вакцини та підбирають приблизне дозування.

Тривалість зазвичай: 2-4 роки.
COVID-19: місяці

3. Клінічні дослідження

Це дослідження на людях. Золотим стандартом є подвійні сліпі плацебо-контрольовані дослідження*.

*Плацебо-контрольовані означає, що є група людей, що отримує справжню вакцину, а є група, яка отримує плацебо.
Засліпленням в термінології досліджень називають процес, в якому одна або декілька ланок (пацієнт, лікар або інша особа, яка вводить препарат) не знають, що ввели — плацебо або справжню вакцину.
Подвійні сліпі — бо ані медпрацівник, який проводить дослідження та оцінює результат, ані пацієнт не знають, що саме було введене.
Такі дослідження дозволяють уникнути упереджень з боку як дослідників, так і пацієнтів, та дозволяють зробити висновок, що препарат працює незалежно від віри у його ефективність. Проте, не в усіх випадках таке дослідження можливо та доцільно проводити.

Клінічні дослідження проводять у декілька фаз.

Фаза І.

Перше випробування нової вакцини на людях. Первинна мета цієї фази — оцінити безпечність та реактогенність (здатність вакцини викликати поствакцинальні реакції та ускладнення) вакцини. Другорядна мета в цій фазі — оцінити імуногенність вакцини (здатність викликати імунну відповідь). Також часто протягом цієї фази підбирають дозу вакцини та ад”юванти (речовини, які підсилюють імунну відповідь). Дослідження цієї фази можуть бути сліпими, але це не обов’язкова умова. Фаза I проводиться на здорових людях не з групи ризику щодо даного захворювання, група зазвичай невелика.

Тривалість зазвичай: 1-2 роки
COVID-19: місяці

Після щеплення можуть виникнути так звані поствакцинальні реакції та поствакцинальні ускладнення. Хоч вони і неприємні, але не є підставою відміняти вакцинацію в подальшому.

4. Ліцензування та затвердження незалежними організаціями

Після отримання позитивних результатів досліджень вакцину подають до ліцензування та затвердження. Це займає багато зусиль, оскільки результати досліджень мають бути детально проаналізовані, а також оцінені можливі економічні ризики. Виготовлення вакцини є достатньо коштовним, тому мають бути вагомі обгрунтування для запуску її у виробництво. Також незалежні організації (національні, міжнародні) оцінюють результати випробувань та виносять висновок щодо безпечності та ефективності вакцини. Якщо вакцина відповідає усім критеріям її затверджують, і з цього моменту вона може застосовуватись при наданні медичної допомоги в певній країні або групі країн.

Тривалість зазвичай: до 1-2 років.
COVID-19: 1-2 місяці

5. Випуск вакцини

Власне, вироблення вакцини для її подальшого широкого застосування.

Всього: близько 15 років та більше
COVID-19: 10 місяців — 1,5 роки

Після затвердження та випуску вакцини її вводять в програми та схеми імунізації — наприклад, в якості щеплення за календарем або щеплення за показаннями (як вакцинація проти сказу, туляремії тощо). Одночасно з цим відбувається IV фаза клінічних досліджень, коли медичні працівники та фармацевтичні компанії повідомляють про побічну дію або реакцію.

Як бачите, процес створення нової вакцини є дуже складним та багатоетапним. До нього залучені багато вчених з різних галузей, лікарів та інших медичних працівників, лаборантів, спеціалістів з логістики, організації охорони здоров’я та економіки. Розробка вакцини у сучасних реаліях — непроста справа, складність якої виправдовується тисячами збережених життів. Виклик COVID-19 — це необхідність подолати спільну загрозу для кожної країни світу. Відповіді на цей виклик стали загальним пріоритетом, і тисячі людей працюють над тим, щоб людство нарешті подолало COVID-19. Зберегти життя та повернутись до звичного ритму — ось що дозволить зробити масова вакцинація. Чому перші вакцини проти SARS-CoV-2 вже готові, та на якому етапі щодо масової вакцинації ми зараз — читайте в нашій наступній статті.

Авторка статті не має конфлікту інтересів та не представляє жодну з компаній або організацій.

Друга частина: Вакцини від COVID-19 — де ми напередодні 2021-го?

Джерела

1. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z1159-11#Text
2. Sarah S. Long, Charles G. Prober, Marc Fischer — Principles and Practice of Pediatric Infectious Diseases-Elsevier (2017)
3. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0668-06#Text
4. https://www.nzherald.co.nz/lifestyle/smallpox-and-the-photos-anti-vaxxers-dont-want-you-to-see/24MJGHWAIJRJYD6LIPQ6ZTBKHI/
5. https://archive.org/stream/b21513508_0001#page/n425/mode/2up
6. https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines
7. https://www.nature.com/articles/s41586-020-2798-3#Sec3
8. https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(20)32137-1/fulltext
9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4944327/?report=printable
10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK236428/
11. https://www.china-briefing.com/news/chinas-covid-19-vaccine-development-and-availability/
12. Головне зображення: Dr. Herrald R. Cox, who developed the method of producing typhus vaccine from infected eggs, examining bacteria cultures. USPHS (United States Public Health Service) Rocky Mountain Laboratory, Hamilton, Montana https://www.loc.gov/rr/print/res/071_fsab.html
13. Зображення: 1901,Dr Allan Warner at the Leicester Isolation Hospital. Photo / The Jenner Trust
14. Зображення: Umberto Salvagnin, CC BY 2.0 https://creativecommons.org/licenses/by/2.0, via Wikimedia Commons

---

Цю статтю опубліковано в рамках проєкту “Щеплення правдою”, покликаного просувати цінності критичного мислення та навчати українців відрізняти фейки від надійної інформації в пов’язаних з наукою галузях. Проєкт виконує команда “Моя наука” разом з громадською організацією Unia Scientifica за підтримки Міжнародного Фонду “Відродження”.