科学的研究により、感染から守る免疫反応を安全に誘発する数多くの種類のワクチンが開発されており、研究者は既存および新興感染症の予防のために新しいワクチン戦略を研究し続けています。 ここ数十年の間に、病気を引き起こす微生物と宿主であるヒトとの複雑な相互作用の理解が大きく進みました。
全病原体ワクチン
従来のワクチンは、病気を引き起こさないように殺したり弱めたりした病原体全体から構成されています。 このような全病原体ワクチンは、強力な防御免疫反応を引き起こすことができる。 今日、臨床で使用されているワクチンの多くは、このカテゴリーに属する。 しかし、すべての疾患を引き起こす微生物が、全病原体ワクチンで効果的に標的化できるわけではありません。
科学者が最初に不活化、つまり殺した微生物が免疫を誘導する能力を説明したのは19世紀でした。 これは、化学物質や熱、放射線で病原体を殺すことによって製造される不活化ワクチンの開発につながりました。 現代的な例としては、NIAIDとそのパートナーが開発し、1995年に米国で認可されたA型肝炎ウイルスに対する不活性化ワクチン、Havrixがあります
1950年代の組織培養技術の進歩は、生きた微生物を実験室で弱毒化したものを含む生消化ワクチンの開発を可能にしました。 麻疹、おたふくかぜ、風疹（MMR）ワクチンがその一例である。 これらのワクチンは強い免疫反応を引き起こし、1、2回の接種で生涯続く免疫を獲得することができます。
現代の遺伝子工学技術は、異なる親ウイルスの遺伝情報を含み、生物学的特性を示すキメラウイルスの創出を可能にしました。 NIAIDが開発したデングウイルス骨格とジカウイルス表面タンパク質からなる弱毒生キメラワクチンは、現在、ヒトでの初期段階の試験が行われています。 この設計により、ワクチンはより安全で製造しやすくなりますが、抗原だけでは十分な長期免疫を誘導できないため、強い防御免疫反応を引き起こすために、しばしばアジュバントを組み込むことが必要となります。 1940年代に導入された最初の百日咳ワクチンは、百日咳菌の不活性化ワクチンでした。 しかし、百日咳ワクチンは有効ではあるものの、発熱や注射部位の腫れなどの軽度の副反応を引き起こすことがしばしばありました。 そのため、多くの人がワクチンを避けるようになり、1970年代には、ワクチン接種率の低下により新規感染者が増加するようになりました。 NIAIDをはじめとする基礎研究とNIAIDが支援する臨床研究により、個々の精製された百日咳菌の成分を基にしたアセルラー（細胞を含まない）百日咳ワクチンが開発されました。
細菌感染を防ぐためのいくつかのワクチンは、多くの細菌の外側のコーティングを形成する多糖類、または糖類をベースにしています。 インフルエンザ菌b型（Hib）に対する最初の認可済みワクチンは、NIHの国立小児保健・人間開発研究所で発明され、NIAIDの支援を受けた研究者がさらに開発したもので、多糖体ワクチンでした。 しかし、Hib感染の最も多い年齢層である乳幼児に強い免疫反応を示さないため、その有用性は限られたものでした。 そこでNIHの研究者たちは、Hib多糖体にタンパク質抗原を結合させた、いわゆるコンジュゲートワクチンを開発し、防御力を向上させました。 この製法により、幼い子どもたちの免疫系が多糖体を認識し、免疫を獲得する能力が大幅に向上しました。 今日、結合型ワクチンは、Hib、肺炎球菌、および髄膜炎菌の感染を防ぐために利用できます。
ジフテリアや破傷風などの細菌性疾患に対する他のワクチンは、細菌が分泌する病気を引き起こすタンパク質、または毒素に対する免疫反応を誘発することを目的としています。 これらのいわゆるトキソイドワクチンの抗原は、トキソイドとして知られる化学的に不活性化された毒素です。
1970年代、実験技術の進歩により、遺伝子工学の時代が到来しました。 その10年後、2つ以上のソースからのDNAを組み合わせることができる組換えDNA技術が、最初の組換えタンパク質ワクチンであるB型肝炎ワクチンの開発に利用されました。 このワクチン抗原は、ウイルスタンパク質の遺伝子コードが挿入された酵母細胞によって生成されたB型肝炎ウイルスタンパク質です
ヒトパピローマウイルス（HPV）感染を防ぐためのワクチンも組み換えタンパク質抗原をベースにしています。 1990年代初頭、NIHの国立がん研究所の科学者たちは、HPVの外殻のタンパク質が、ウイルスに酷似した粒子を形成することを発見しました。 このウイルス様粒子（VLP）は、天然のウイルスが引き起こすのと同様の免疫反応を引き起こすが、VLPはウイルスが細胞内で複製するために必要な遺伝物質を含まないため、非感染性である。 NIAIDの科学者は、チクングニヤを予防する実験的なVLPワクチンを設計し、初期段階の臨床試験で強力な免疫反応を引き出しました。
NIAIDおよびその他の機関の科学者は、タンパク質サブユニット抗原を免疫系に提示する新しい戦略も開発しています。 普遍的なインフルエンザ・ワクチンを開発する取り組みの一環として、NIAID の科学者は、タンパク質抗原を表示するナノ粒子と呼ばれる微細な断片に自己集合できるフェリチンを特徴とする実験的なワクチンを設計しています。 ナノ粒子をベースにした実験的なインフルエンザ・ワクチンは、ヒトを対象とした初期段階の試験で評価されています。 ナノ粒子ベースの技術は、MERS コロナウイルス、呼吸器合胞体ウイルス (RSV) およびエプスタイン バーウイルスに対するワクチン開発のプラットフォームとしても評価されています。
また、タンパク質の原子構造を解明する能力など、比較的最近の実験技術の進歩も、サブユニット ワクチン開発の進歩に寄与しています。 たとえば、NIAID の科学者は、抗体と結合した RSV 表面のタンパク質の立体構造を解析することにより、中和抗体に対して非常に感度の高いタンパク質の重要な領域を特定しました。 5447>
ほとんどのサブユニットワクチンは特定の病原体に焦点を当てていますが、科学者たちは、さまざまな病気に対する幅広い保護を提供できるワクチンも開発しています。 NIAIDの研究者たちは2017年、マラリア、ジカ熱、チクングニア、デング熱などの蚊が媒介する病気を予防するワクチンの初期段階の臨床試験を開始しました。 この実験的なワクチンは、特定のウイルスや寄生虫ではなく、蚊の唾液に対する免疫反応を引き起こすように設計されており、蚊の唾液腺からの4つの組み換えタンパク質を含みます。
核酸ワクチン
ワクチン接種に対する別の研究アプローチでは、免疫反応が求められる抗原または抗原をコードする遺伝物質の導入が行われます。 そして、体内の細胞がこの遺伝物質を用いて抗原を産生する。 この方法の利点としては、長期にわたって幅広い免疫反応を刺激できること、ワクチンの安定性に優れていること、大規模なワクチン製造が比較的容易であることなどが挙げられる。
DNAプラスミドワクチンは、プラスミドと呼ばれる小さな円形のDNAからなり、目的の病原体のタンパク質をコードする遺伝子を搭載しています。 DNAプラスミドワクチンの製造工程は確立されているため、新興または再興感染症に対処するための実験的なワクチンを迅速に開発することが可能になっています。 NIAIDのワクチン研究センターは、2003年のSARSコロナウイルス（SARS-CoV）、2005年のH5N1鳥インフルエンザ、2009年のH1N1パンデミックインフルエンザ、2016年のジカウイルスなど、いくつかのウイルス性疾患の脅威が発生した際に対処するための候補DNAワクチンの開発を行ってきました。 ワクチンに含めるウイルス遺伝子の選定からヒトでの臨床試験開始までの期間は、SARS-CoVでは20カ月、ジカウイルスでは3カ月弱と短縮された
DNAとタンパク質の中間体であるメッセンジャーRNA（mRNA）に基づくワクチンも開発が進んでいる。 最近の技術的進歩により、mRNAの不安定性と細胞内への送達の難しさという問題はほぼ克服され、いくつかのmRNAワクチンは、初期の段階で有望な結果を示しています。 例えば、NIAIDが支援する研究者は、1回の投与でマウスとサルをジカウイルス感染から守る実験的なmRNAワクチンを開発しました。
DNAやmRNAを直接細胞に送り込むのではなく、無害なウイルスや細菌をベクター、またはキャリアとして使い、遺伝物質を細胞に導入しているワクチンもあります。 このような組み換えベクターワクチンは、狂犬病やジステンパーなどの感染症から動物を守るために承認されているものがいくつかある。 これらの動物用ワクチンの多くは、1980年代にNIAIDの研究者が開発した技術に基づいており、弱毒化したポックスウイルスを用いて病原体の遺伝物質を導入するものである。 今日、NIAIDが支援する科学者たちは、HIV、ジカウイルス、エボラウイルスなどのウイルスから人間を守るための組み換えベクターワクチンを開発し評価しています
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