Иммунобиологические препараты. Иммунопрофилактика. Понятие. Характеристика

Иммунобиологические препараты
Иммунопрофилактика – комплекс противоэпидемических мероприятий, направленный на предупреждение инфекционных болезней и осуществляемый путем иммунизации восприимчивых контингентов населения.

Иммунобиологические препараты
препараты, получаемые из живых и убитых микроорганизмов и микробных продуктов, используемых для специфической профилактики или лечения (вакцины, анатоксины, фаги, пробиотики и эубиотики);
иммуноглобулины и иммунные сыворотки от иммунизированных животных и человека или полученные методами генной инженерии моноклональные антитела;
иммуномодуляторы для иммунокоррекции, лечения и профилактики иммунодефицитов разной этиологии (ИЛ, ИНФ, гормоны тимуса, миелопептиды, фактор некроза опухолей, ростовые факторы и др.);
диагностические препараты для выявления антител и антигенов, постановки кожных проб при аллергиях и иммунопатологических состояниях, определения сенсибилизированных иммунокомпетентных клеток, факторов неспецифической резистентности организма (комплемент, интерферон, лизоцим), индикации и идентификации микробов в объектах внешней среды, в санитарии и промышленной микробиологии.

Иммунобиологические препараты

Иммунобиологические препараты
Общими требованиями к вакцинным препаратам являются:
высокая иммуногенность;
ареактогенность;
безвредность;
минимальное сенсибилизирующее действие.

Иммунобиологические препараты
Основное назначение профилактических и лечебных иммунобиологических препаратов с учетом их патогенетического действия состоит в:
- активации деятельности иммунной системы;
- подавлении (супрессии) иммунных процессов;
- нормализации работы отдельных звеньев иммунной системы.

Иммунобиологические препараты
производство современных вакцин сталкивается с ограничениями:
не все патогенные микроорганизмы удается культивировать, поэтому для многих заболеваний вакцины не созданы;
для получения вирусов животных и человека необходима дорогостоящая культура животных клеток;
титр вирусов животных и человека в культуре и скорость их размножения часто бывают очень низкими, что удорожает производство вакцин;
необходимо строго соблюдать меры предосторожности, чтобы не допустить инфицирования персонала;
при нарушении производственного процесса в некоторые партии вакцины могут попасть живые или недостаточно ослабленные вирулентные микроорганизмы, что может привести к неумышленному распространению инфекции;
аттенуированные вакцины могут ревертировать к исходному штамму, поэтому необходимо постоянно контролировать вирулентность;
некоторые заболевания (СПИД) нельзя предупреждать с помощью традиционных вакцин;
большинство современных вакцин имеют ограниченный срок годности и сохраняют активность только при пониженной температуре, что затрудняет их использование в развивающихся странах.

В последнее десятилетие с развитием технологии рДНК появилась возможность создания нового поколения вакцин, не обладающих недостатками характерными для традиционных вакцин:
Патогенный микроорганизм модифицируют, делетируя гены, ответственные за вирулентность; при этом способность вызывать иммунный ответ сохраняется. Такой микроорганизм можно безбоязненно использовать в качестве живой вакцины, т.к. выращивание в чистой культуре исключает возможность спонтанного восстановления целого гена.
Создают живые патогенные системы переноса отдельных антигенных детерминант неродственного патогенного организма, способствующие развитию выраженного иммунного ответа на патогенный микроорганизм.
Если патогенные микроорганизмы не растут в культуре, можно изолировать, клонировать и экспрессировать в альтернативном хозяине гены тех белков, которые содержат основные антигенные детерминанты, и использовать эти белки в качестве «субъединичных» вакцин.
Некоторые патогенные микроорганизмы действуют опосредованно, вызывая развитие антииммунной реакции на инфицированные клетки организма-хозяина. Для таких заболеваний можно создать систему специфического уничтожения клеток-мишеней, сконструировав ген, кодирующий химерный белок, одна часть которого будет связываться с инфицированной клеткой, а другая – уничтожать ее. Эта система не является истинной вакциной, хотя она и действует только на инфицированные клетки, устраняя саму причину аутоиммунной реакции.

Вакцины. Общая характеристика. Классификация
Вакцины – обширный класс препаратов, несущих антигенные признаки одного или нескольких возбудителей инфекционных заболеваний, предназначенных для создания активного искусственного иммунитета с целью профилактики и лечения соответствующего инфекционного заболевания человека или животного.

Компоненты вакцин
протективные антигены
сорбент,
консервант,
наполнитель,
Стабилизатор,
неспецифические примеси

Классификация вакцин

Характеристика основных групп вакцин
Живые вакцины представляют иммунопрофилактические препараты, состоящие из наследственно измененных форм возбудителей инфекционных болезней (бактерий, риккетсий и вирусов).
Используемые в таких вакцинах штаммы с ослабленной вирулентностью называют аттенуированными.
Вакцины против полиомиелита, кори, паротита, краснухи, туберкулеза.

Живые вакцины получают путем искусственного аттенуирования или отбирая естественные авирулентные штаммы, или с помощью генетической инженерии на уровне хромосом с использованием рестриктаз.
Методы получения аттенуированных штаммов:
Использование селекции спонтанно возникших мутантов (дивергентных линий) с ослабленной вирулентностью (чумная, полиомиелитная и другие вакцины).
Воздействие на геном возбудителя разнообразными методами:
- длительное культивирование в неблагоприятных условиях (вакцины БЦЖ, против сибирской язвы и др.);
- пассирование возбудителя на невосприимчивых животных (антирабическая);
- воздействие мутагеном на генетический материал бактерии или вируса.
3. Искусственное получение генетических рекомбинантов, обладающих сниженной вирулентностью, но сохранивших иммуногенность.

Основное требование, предъявляемое к живым вакцинам - отсутствие в инокуляционном материале вирулентных микроорганизмов!
Положительные стороны живых вакцин:
по механизму действия на организм они напоминают «дикий» штамм;
могут приживаться в организме и длительно сохранять иммунитет, вытесняя «дикий» штамм;
используются небольшие дозы вакцины для вакцинации (однократная) и поэтому вакцинацию легко проводить организационно, что позволяет рекомендовать данный тип вакцин для дальнейшего использования.
Отрицательные стороны живых вакцин :
живая вакцина корпускулярная, т.е. содержит 99 % балласта, поэтому обычно достаточно реактогенная, способна вызывать мутации клеток организма, что особенно опасно в отношении половых клеток.
живые вакцины содержат вирусы-загрязнители, что особенно опасно в отношении обезьяньего СПИДа и онковирусов.
живые вакцины трудно дозируются и поддаются биоконтролю,
чувствительны к действию высоких температур и требуют неукоснительного соблюдения холодовой цепи.

Химические (субъединичные) вакцины
создаются из антигенных компонентов, извлеченных из микробной клетки
получают из растворимых дериватов микробной клетки (токсинов)
Получают
методами биосинтеза химическим синтезом

Химические (субъединичные) вакцины
Для создания химических вакцин необходимо знать:
Локализацию антигенных детерминант
Иммуногенные свойства антигенных детерминант
Первичную структуру антигенных детерминант
По химическому строению, основным иммунологическим свойствам, а также по методам изучения все антигенные детерминанты делят на:
гаптены, искусственно присоединенные к крупным молекулам белка или полисахарида;
олигосахаридные детерминанты;
пептиды.

Химические (субъединичные) вакцины
Химический синтез
Определяют первичную структуру антигенных детерминант
Приступают к их химическому синтезу
Конструируют синтетическую вакцину на основе синтезированных антигенных детерминант по строго составленному рецепту

Химические (субъединичные) вакцины
Генно-инженерная технология
синтез генов комплементарных кДНК и РНК вирусов, кодирующих выработку протективных антигенов;
вычленение гена рестриктазами и эндонуклеазами;
химико-ферментативный синтез искусственного гена, кодирующего протективный антиген или ряд протективных антигенных детерминант;
встройка гена в экспрессирующий про- и эукариотический вектор (плазмиды, фаги, вирусы);
трансформация клеток-реципиентов и отбор клонов, продуцирующих протективный антиген, и испытание рекомбинантных вирусов в качестве вакцины;
культивирование клеток, продуцирующих протективные антигены, и конструирование вакцины.

Химические (субъединичные) вакцины
Недостатки:
По иммуногенности современные химические вакцины уступают живым и убитым вакцинам;
Действие направлено на предотвращение заключительного этапа инфекционного процесса;
Создание антитоксического иммунитета не защищает от начальных стадий инфекционного процесса.
Преимущества:
нет опасности реверсии;
менее реактогенны;
более стандартны;
менее опасны побочным действием;
вызывают защиту против определенных патогенных субстанций возбудителя;
не содержат избыточного количества балластных структур;
есть возможность конструирования на их основе многокомпонентных препаратов против инфекционных заболеваний

Химические (субъединичные) вакцины
Для повышения иммуногенности химических вакцин применяют адъюванты, способствующие длительному циркулированию протективного антигена в организме
- гели неорганических солей алюминия,
- синтетический аналог компонента клеточной стенки бактерий (мурамилдипептид),
- адъювант Фрейнда

Химические (субъединичные) вакцины
Протективные антигены
иммунологически активные вещества,
имеют различную химическую природу,
способны при введении в организм обеспечивать формирование специфического иммунитета, аналогичного иммунитету, индуцированному живыми микроорганизмами,
состоят из тех структурных элементов, которые обеспечивают патогенность микроорганизма,
определяют антигенность, иммуногенность и специфичность антигена,
находятся или на поверхности микробных клеток или в цитоплазме, а также в клеточной стенке,
могут быть также внеклеточными продуктами жизнедеятельности микробных клеток

Химические (субъединичные) вакцины
Этапы серийного производства химических вакцин:
1. Наработка биомассы клеток возбудителя.
2. Выделение протективного антигена путем дезинтеграции клеток или экстракции с использованием органических растворителей.
3. Очистка антигена.
4. Стерилизация вакцины.
5. Стандартизация и контроль качества вакцины.

Анатоксины
препараты, полученные из бактериальных экзотоксинов, полностью лишенные токсических свойств под воздействием физических и химических факторов, но сохраняющие антигенные и иммуногенные свойства

Анатоксины
Детоксицирующие факторы:
формальдегид,
окислители – тиазиновые и фталеиновые красители,
перекись водорода,
аскорбиновая кислота.
Депонирующие вещества:
активированный уголь,
крахмал,
хлористый кальций,
фосфат кальция,
гидрат окиси алюминия

Анатоксины
Технологическая схема получения анатоксинов
1. подбор наиболее токсигенного штамма;
2. выбранный штамм культивируют на жидкой среде для накопления в среде экзотоксина;
3. фильтрация;
4. обезвреживание токсина, при этом должны быть сохранены антигенные детерминанты.

Анатоксины
Для обезвреживания токсинов применяют следующие методы:
Длительное выдерживание (3–5 нед.) токсина в 0,3–0,5 % растворе формалина при температуре 39–40ºС (метод Рамона).
Использование окислителей (перекись водорода, тиазиновые и фталеиновые красители) при облучении видимым светом.
Обработка протеолитическим ферментами (трипсином, папаином, проназой) при температуре 40–60ºС с последующей гель-фильтрацией на колонках с сефадексом для удаления фермента из препарата.

Анатоксины
Полученный анатоксин вводят в организм вместе с адъювантами. Белковый антиген адсорбируют на геле алюминия гидроксида или алюминия фосфата.
В качестве консервантов препараты содержат 0,01 % раствор мертиолата или 0,25 % раствора фенола.
Анатоксины, применяемые для вакцинации: дифтерийный анатоксин, адсорбированный; столбнячный анатоксин, адсорбированный; стафилококковый анатоксин адсорбированный и др.

Особенности получения бактериальных анатоксинов
Установлены закономерности между морфологией и проявлением токсигенной активности штамма Clostridium tetani: большее количество токсина образуют S-формы колоний и штаммы, утратившие способность образовывать споры.
После максимального накопления токсина
в питательной среде на 6–7 сут. культивирования производят
двойную фильтрацию культуральной жидкости и получают стерильный нативный раствор, который обезвреживают 0,4 % формалином при 38 ºС в течение 21–25 сут.
Принято считать, что реакция формальдегид – белок состоит из 2 стадий:
быстрая стадия: взаимодействие свободных аминогрупп с формальдегидом и образование метилоламинных групп;
в реакции участвуют активные радикалы циклических аминокислот (тирозина, аргинина, гистидина и триптофана).

Особенности получения бактериальных анатоксинов
Процесс детоксикации бактерийных токсинов протекает неравномерно.
В течение первых 4 сут. отмечается падение токсичности на 80–90 %, хотя биологическая безвредность достигается только спустя 2–4 нед. детоксикации.
При детоксикации происходят 2 процесса: собственно детоксикация препарата и стабилизация структуры молекулы антигена с образованием жестких связей и появлением всего комплекса свойств анатоксинов.
Эти два процесса идут с разными скоростями, что зависит от свойств и количества присутствующих балластных белков.

Особенности получения бактериальных анатоксинов
Очистку бактериальных анатоксинов проводят методами:
химическими (осаждение органическими растворителями, высаливание),
физико-химическими (обработка сорбентами, ионообменная хроматография),
физическими (ультрафильтрация).

Ассоциированные вакцины
Ассоциированными препаратами называют вакцины, состоящие из однородных антигенов – только из анатоксинов или только из бактериальных корпускулярных антигенов
Смешанные ассоциированные вакцины включают антигены различной природы
АКДС (адсорбированная коклюшно-дифтерийно-столбнячная вакцина), широко применяющаяся на практике и содержащая антигены различной природы (инактивированные клетки возбудителя коклюша и два анатоксина – дифтерийный и столбнячный)

Ассоциированные вакцины
Процесс получения вакцины АКДС предусматривает получение каждого из входящих антигенов отдельно:
суспензия коклюшных микробов,
очищенные и концентрированные дифтерийный и столбнячный анатоксины,
гель гидроокиси алюминия.
Соединение осуществляется в специальном реакторе с мешалкой после внесения строго определенных количеств каждого компонента

Современные принципы конструирования вакцин
субклеточные вакцины - из отдельных структур бактерий
субъединичные вакцины – из отдельных структур вирусов
Цель: создание вакцин с повышенной иммуногенностью и уменьшенной реактогенностью.
генно-инженерные вакцины
Цель: изыскание новых, нетрадиционных способов биосинтеза протективных антигенов

Современные принципы конструирования вакцин
Выполненные в 70–80-х гг. научные исследования позволили разработать идеи, а в некоторых случаях и технологию, принципиально новых вакцин, к которым относятся:
вакцины искусственных антигенов;
генно-инженерные вакцины;
рибосомальные вакцины;
вакцины на основе ДНК;
антиидиотипические вакцины.

Современные принципы конструирования вакцин
Почему нужны современные вакцины?
Применяемые в повседневной практике вакцины содержат некоторое количество балластных компонентов микробных клеток и вирусов;
Не все антигены микробной клетки обеспечивают формирование иммунного ответа;
Необходимыми для создания иммунитета являются ВСЕГО! 1–2 антигена, а в организм вводится большое количество сложных комплексов;
У прививаемых возникают осложнения;
У прививаемых возникают аллергии.

Вакцины из искусственных антигенов
При создании вакцин из искусственных антигенов осуществляется синтез аналогов природных антигенных детерминант, ответственных за индукцию активного иммунитета против определенных возбудителей.
Иммунологические свойства искусственных антигенных детерминант определяют 2 фактора:
1. их расположение на поверхности молекулы;
2. их конформационная структура.

Вакцины из искусственных антигенов
Практический процесс получения искусственных антигенов складывается из 3 звеньев:
выделение биологически активного антигена,
расшифровка его молекулярной структуры,
искусственный ресинтез химическим или генно-инженерным путем.
Этот путь перспективен для создания вакцин против возбудителей, антигены которых обладают иммуногенными свойствами.

Вакцины из искусственных антигенов
Принципиальная новизна современного этапа конструирования вакцин:
начато создание искусственных макромолекул, обладающих необходимыми антигенными детерминантами;
нашли пути фенотипической коррекции генного контроля иммуногенеза. В результате может быть получен иммунный ответ и в том случае, если организм не реагирует на данный антиген.
Итог: наиболее перспективным путем является конструирование макромолекулярных комплексов, в состав которых входят необходимые антигенные детерминанты, структура-носитель, адъюванты.

Вакцины из искусственных антигенов
при получении вакцин из искусственных антигенов задача состоит в том, чтобы выявить антиген, обеспечивающий иммунный ответ и научиться его синтезировать
по принципу природных аналогов
генно-инженерными методами

Вакцины из искусственных антигенов
Преимущества синтетических антигенов:
безопасность;
химическая чистота;
возможность синтеза в больших количествах;
простоту хранения.
Этапы создания искусственных антигенов
Накопление биомассы микроорганизма.
Выделение высокоочищенного антигена белковой или полисахаридной природы.
Анализ первичной структуры молекулы антигена.
Разработка способа искусственного синтеза данной антигенной молекулы или фрагмента, отвечающего за антигенность.
Создание технологии наработки искусственного антигена.

Рибосомальные вакцины
рибосомальные (субклеточные) вакцины – препараты, состоящие из рибосом соответствующего возбудителя

Рибосомальные вакцины
Преимущества рибосомальных вакцин:
бактериальные рибосомы не обладают токсичностью для животных и малоактивными для человека;
обладают более выраженной иммуногенностью;
способны создавать перекрестный иммунитет к разным серотипам и серогруппам в пределах вида.

Рибосомальные вакцины
Этапы получения рибосомальных вакцин
Накопление биомассы микроорганизмов.
Разрушение бактериальных клеток (механическим способом или обработкой ультразвуком).
Выделение рибосом методом ультрацентрифугирования.
Проверка иммунологической активности.

Рибосомальные вакцины

Генно-инженерные вакцины
Генно-инженерные вакцины – препараты, полученные с применением рекомбинантных микроорганизмов
Перспективность создания данного вида вакцин обусловлена следующими причинами:
1. недостатком природных источников сырья;
2. невозможностью размножить вирус в классических объектах, т.к. не удалось найти для них пермиссивные клетки.

Генно-инженерные вакцины
Стадии конструирования генно-инженерных вакцин
Выделение или получение гена, кодирующего протективный антиген.
Внесение гена в экспрессирующий вектор (плазмида, фаг, вирус).
Введение вектора в пермессивную клетку.
Клонирование вектора и отбор клонов, продуцирующих протективный антиген.
Испытание иммуногенной активности антигена.
Культивирование клеток, выделение протективного антигена.
Проверка иммуногенной активности.

Генно-инженерные вакцины

Векторные (рекомбинантные) вакцины
Вакцина рекомбинантная – вакцина, изготовленная на основе штамма микроорганизма, в который методами генетического переноса переданы гетерологичные фрагменты ДНК (РНК) прокариотов или эукариотов
Метод «генной вакцинации»

Векторные (рекомбинантные) вакцины
Преимущество:
возможность вводить внутренний белок вируса, который образует комплекс с ДНК, который в отличие от белков внешней оболочки вируса не изменяется.
НО!
Перед использованием в клинической практике метода «генной вакцинации» необходимо убедиться, что плазмиды не будут встраиваться в геном клеток человека, повышая опасность онкологических заболеваний

Векторные (рекомбинантные) вакцины
получают методами генной инженерии:
1. гены вирулентного микроорганизма, отвечающий за синтез протективных антигенов, встраивают в геном какого-либо безвредного микроорганизма (реципиент);
2. реципиент при культивировании продуцирует и накапливает соответствующий антиген.

Векторные (рекомбинантные) вакцины
ДНК-вакцины обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными:
1. Способствуют выработке антител к нативной молекуле вирусных протеинов. Если в качестве вакцины использовать иммуногенные протеины, то в процессе их производства могут произойти изменения трехмерной конфигурации этих молекул. Поэтому иммунизация может быть низкоэффективной в связи с образованием антител, специфичных к измененным иммуногенным молекулам, но не к нативным вирусным протеинам. Введение ДНК-вакцин приводит к синтезу клетками вирусных антигенов в их нативной форме.

Векторные (рекомбинантные) вакцины
ДНК-вакцины обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными:
2. Способствует выработке цитотоксических Т-лимфоцитов. Инактивированные или субъединичные вакцины индуцируют гуморальный иммунный ответ. Это обусловлено тем, что характер механизмов представления и распознавания антигенов клетками иммунной системы зависит от того, синтезируется антиген в клетке или поступает в нее извне, а от этого зависит характер активации и взаимодействия клеток, участвующих в иммунном ответе. Поскольку ДНК-вакцины обеспечивают синтез иммуногенных белков клетками самого организма, они способствуют формированию гуморального и клеточного иммунитета. Активация цитотоксических Т-лимфоцитов без введения живого патогена является важнейшей отличительной чертой ДНК-вакцин.

Векторные (рекомбинантные) вакцины
ДНК-вакцины обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными:
3. Могут избирательно воздействовать на разные субпопуляции Т-лимфоцитов.
4. Способствуют формированию длительного иммунитета.
5. Устраняют риск инфицирования.

Упрощение разработки и производства новых вакцин
Простота получения ДНК патогенных микроорганизмов
Возможность создания комбинированных вакцин
Упрощение производства. Технология получения разных ДНК-вакцин существенно не отличаются. Применение единой технологии может упростить стандартизацию методов производства ДНК-вакцин и контроля их качества, что позволит сократить затраты на их производство
ДНК-вакцины высокостабильны: способны выдерживать высокие и низкие температуры, разные условия влажности, поэтому генные вакцины не требуют создания холодовых цепочек.

Контроль качества вакцинных препаратов
При разработке своих национальных требований к вакцинам все страны руководствуются рекомендациями ВОЗ. Экспертный коми­тет по биологической стандартизации ВОЗ рассматривает, одобряет и публикует рекомендации практически по всем видам вакцин. В ре­комендациях отражены все этапы производства и контроля вакцин, начиная с сертификации вакцинного штамма и клеточных культур, на основе которых готовятся вакцины, и заканчивая контролем ко­нечного продукта.

Контроль качества вакцинных препаратов
Технология и условия производства, качество вакцин определяются:
производственными регламентами,
техническими условиями,
на­ставлениями и инструкциями, утвержденными официальными го­сударственными органами.
В РФ каждая серия вакцины проходит конт­роль на производстве и выборочно контролируется в Государствен­ном контрольном институте медицинских биологических препара­тов им. Л.А. Тарасевича.

Контроль качества вакцинных препаратов
В процессе производства контролируют:
- нативную взвесь на стерильность, иммуногенность и густоту;
- разведенную вакцину на стерильность и густоту.
При контроле готовых препаратов оценивают:
- растворимость (для сухой вакцины), гомогенность (при добавлении растворителя);
- стерильность (оценивают методом посева на питательные среды);
- содержание фенола;
- безвредность;
- иммуногенность;
- переносимость;
- правильность этикетирования и упаковки.

Контроль качества вакцинных препаратов
Способность вакцин вызывать состояние невосприимчиво­сти проверяют биологическим и эпидемиологическим способами.

Контроль качества вакцинных препаратов
Общие требования:
Безопасность
Специ­фическая активность.
Для обеспечения безопасности вак­цин должны быть изучены свойства вакцинного штамма, клеточного субстрата, свойства полуфабриката и конечного продукта (стериль­ность, токсичность, пирогенность, химические и биологические при­меси, добавки, контаминация и пр.).

Контроль качества вакцинных препаратов
Требованиями к специфической безопасности вакцин являются:
полнота инактивации токсинов, бактерий, вирусов,
отсутствие ос­таточной вирулентности (или реверсии вирулентности),
отсутствие контами­нации,
наличие генетической стабильности,
наличие генетической гомоген­ности вакцинного штамма.

Контроль качества вакцинных препаратов
Специфическая активность вакцин включает показатели:
количество антигена в единице объема,
количество живых или убитых микробных клеток, составляющих основу вакцины,
уровень специфических антител в сыворотке крови животных, иммунизиро­ванных данной вакциной,
степень защищенности таких животных на введение разрешающей дозы инфекционного агента.