Cercetarea științifică a dus la dezvoltarea a numeroase tipuri de vaccinuri care provoacă în siguranță răspunsuri imune care protejează împotriva infecțiilor, iar cercetătorii continuă să investigheze noi strategii de vaccinare pentru prevenirea bolilor infecțioase existente și emergente. Ultimele decenii au adus progrese majore în înțelegerea interacțiunilor complexe dintre microbii care provoacă boli și gazdele lor umane. Aceste cunoștințe, precum și progresele în tehnicile și tehnologiile de laborator, au ajutat la dezvoltarea de noi tipuri de vaccinuri.
Vaccinuri cu agenți patogeni întregi
Vaccinurile tradiționale constau în agenți patogeni întregi care au fost uciși sau slăbiți astfel încât să nu poată provoca boli. Astfel de vaccinuri cu agenți patogeni întregi pot declanșa răspunsuri imune puternice de protecție. Multe dintre vaccinurile utilizate clinic în prezent se încadrează în această categorie. Cu toate acestea, nu toți microbii care cauzează boli pot fi țintiți în mod eficient cu un vaccin cu agent patogen integral.
Cercetătorii au descris pentru prima dată în secolul al XIX-lea capacitatea microbilor inactivați, sau uciși, de a induce imunitate. Acest lucru a dus la dezvoltarea vaccinurilor inactivate, care sunt produse prin uciderea agentului patogen cu substanțe chimice, căldură sau radiații. Un exemplu contemporan este Havrix, un vaccin inactivat împotriva virusului hepatitei A, care a fost dezvoltat de NIAID și partenerii săi și a fost autorizat în Statele Unite în 1995.
Progresele în tehnicile de cultivare a țesuturilor din anii 1950 au permis dezvoltarea vaccinurilor vii atenuate, care conțin o versiune a microbului viu care a fost slăbită în laborator. Vaccinul împotriva rujeolei, oreionului și rubeolei (MMR) este un exemplu. Aceste vaccinuri declanșează răspunsuri imunitare puternice care pot conferi imunitate pe toată durata vieții după numai una sau două doze. Vaccinurile vii atenuate sunt relativ ușor de creat pentru anumiți viruși, dar dificil de produs pentru agenți patogeni mai complecși, cum ar fi bacteriile și paraziții.
Tehnicile moderne de inginerie genetică au permis crearea de virusuri chimerice, care conțin informații genetice de la și prezintă proprietăți biologice ale diferitelor virusuri-mamă. Un vaccin chimeric chimeric viu atenuat, dezvoltat de NIAID, care constă într-o coloană vertebrală a virusului dengue cu proteine de suprafață ale virusului Zika, se află în faza inițială de testare la om.
Vaccinuri subunitare
În loc de întregul agent patogen, vaccinurile subunitare includ doar componentele, sau antigenele, care stimulează cel mai bine sistemul imunitar. Deși această concepție poate face ca vaccinurile să fie mai sigure și mai ușor de produs, ea necesită adesea încorporarea de adjuvanți pentru a determina un răspuns imunitar protector puternic, deoarece antigenele singure nu sunt suficiente pentru a induce o imunitate adecvată pe termen lung.
Includerea doar a antigenelor esențiale într-un vaccin poate minimiza efectele secundare, așa cum este ilustrat de dezvoltarea unei noi generații de vaccinuri împotriva tusei convulsive (tuse pertussis). Primele vaccinuri împotriva tusei convulsive, introduse în anii 1940, cuprindeau bacteria Bordetella pertussis inactivată. Deși eficiente, vaccinurile pertussis cu celule întregi au provocat frecvent reacții adverse minore, cum ar fi febră și umflături la locul injectării. Acest lucru i-a determinat pe mulți oameni să evite vaccinul, iar până în anii 1970, scăderea ratelor de vaccinare a dus la o creștere a numărului de noi infecții. Cercetarea fundamentală la NIAID și în alte părți, precum și activitatea clinică susținută de NIAID, au condus la dezvoltarea vaccinurilor pertussis acelulare (care nu conțin celule) care se bazează pe componente individuale, purificate de B. pertussis. Aceste vaccinuri au o eficacitate similară cu cea a vaccinurilor cu celule întregi, dar sunt mult mai puțin susceptibile de a provoca reacții adverse.
Câteva vaccinuri pentru prevenirea infecțiilor bacteriene se bazează pe polizaharide, sau zaharuri, care formează învelișul exterior al multor bacterii. Primul vaccin licențiat împotriva Haemophilus influenzae de tip B (Hib), inventat la Institutul Național de Sănătate a Copilului și Dezvoltare Umană din cadrul NIH și dezvoltat ulterior de cercetători susținuți de NIAID, a fost un vaccin polizaharidic. Cu toate acestea, utilitatea sa a fost limitată, deoarece nu a declanșat răspunsuri imune puternice la sugari – grupul de vârstă cu cea mai mare incidență a bolii Hib. Cercetătorii NIH au dezvoltat apoi un așa-numit vaccin conjugat, în care polizaharidul Hib este atașat, sau „conjugat”, la un antigen proteic pentru a oferi o protecție îmbunătățită. Această formulare a crescut foarte mult capacitatea sistemului imunitar al copiilor mici de a recunoaște polizaharidul și de a dezvolta imunitate. În prezent, sunt disponibile vaccinuri conjugate pentru a proteja împotriva infecțiilor cu Hib, pneumococice și meningococice.
Alte vaccinuri împotriva bolilor bacteriene, cum ar fi vaccinurile împotriva difteriei și tetanosului, au ca scop declanșarea unor răspunsuri imune împotriva proteinelor cauzatoare de boală, sau a toxinelor, secretate de bacterii. Antigenele din aceste așa-numite vaccinuri toxoide sunt toxine inactivate chimic, cunoscute sub numele de toxoizi.
În anii 1970, progresele în tehnicile de laborator au inaugurat era ingineriei genetice. Un deceniu mai târziu, tehnologia ADN-ului recombinant – care permite combinarea ADN-ului din două sau mai multe surse – a fost exploatată pentru a dezvolta primul vaccin proteic recombinant, vaccinul împotriva hepatitei B. Antigenul vaccinului este o proteină a virusului hepatitei B produsă de celule de drojdie în care a fost inserat codul genetic pentru proteina virală.
Vaccinurile pentru prevenirea infecției cu virusul papiloma uman (HPV) se bazează, de asemenea, pe antigene proteice recombinate. La începutul anilor 1990, oamenii de știință de la Institutul Național de Cancer al NIH au descoperit că proteinele din învelișul exterior al HPV pot forma particule care seamănă foarte mult cu virusul. Aceste particule asemănătoare virusului (VLP) determină un răspuns imunitar similar cu cel provocat de virusul natural, dar VLP nu sunt infecțioase deoarece nu conțin materialul genetic de care virusul are nevoie pentru a se replica în interiorul celulelor. Oamenii de știință de la NIAID au conceput un vaccin experimental VLP pentru a preveni chikungunya, care a provocat răspunsuri imune robuste într-un studiu clinic în fază incipientă.
Cercetătorii de la NIAID și de la alte instituții dezvoltă, de asemenea, noi strategii pentru a prezenta sistemului imunitar antigene de subunități proteice. Ca parte a eforturilor de a dezvolta un vaccin antigripal universal, oamenii de știință de la NIAID au conceput un vaccin experimental care prezintă proteina feritină, care se poate autoasambla în bucăți microscopice numite nanoparticule care prezintă un antigen proteic. Un vaccin gripal experimental pe bază de nanoparticule este în curs de evaluare în cadrul unui studiu în fază incipientă la om. Tehnologia bazată pe nanoparticule este, de asemenea, în curs de evaluare ca platformă pentru dezvoltarea de vaccinuri împotriva coronavirusului MERS, a virusului sincițial respirator (RSV) și a virusului Epstein Barr.
Alte progrese relativ recente în tehnicile de laborator, cum ar fi capacitatea de a rezolva structurile atomice ale proteinelor, au contribuit, de asemenea, la progresele în dezvoltarea vaccinurilor cu subunități. De exemplu, prin rezolvarea structurii tridimensionale a unei proteine de pe suprafața RSV legată de un anticorp, oamenii de știință de la NIAID au identificat o zonă cheie a proteinei care este foarte sensibilă la anticorpii neutralizanți. Aceștia au reușit apoi să modifice proteina RSV pentru a stabiliza forma structurală în care prezintă zona sensibilă la neutralizare.
În timp ce majoritatea vaccinurilor subunitare se concentrează pe un anumit agent patogen, oamenii de știință dezvoltă, de asemenea, vaccinuri care ar putea oferi o protecție largă împotriva diferitelor boli. Cercetătorii NIAID au lansat în 2017 un studiu clinic în fază incipientă al unui vaccin pentru a preveni bolile transmise de țânțari, cum ar fi malaria, Zika, chikungunya și febra dengue. Vaccinul experimental, conceput pentru a declanșa un răspuns imunitar la saliva de țânțar mai degrabă decât la un virus sau un parazit specific, conține patru proteine recombinate din glandele salivare ale țânțarilor.
Vaccinuri cu acid nucleic
O altă abordare experimentală a vaccinării implică introducerea de material genetic care codifică antigenul sau antigenii împotriva cărora se caută un răspuns imunitar. Celulele proprii ale organismului folosesc apoi acest material genetic pentru a produce antigenii. Printre avantajele potențiale ale acestei abordări se numără stimularea răspunsurilor imune largi pe termen lung, stabilitatea excelentă a vaccinului și ușurința relativă de fabricare a vaccinului la scară largă. Multe astfel de vaccinuri se află în curs de cercetare, deși niciunul nu este în prezent autorizat pentru uz uman.
Vaccinurile cu plasmidă de ADN cuprind o mică bucată circulară de ADN numită plasmidă care poartă genele care codifică proteine ale agentului patogen de interes. Procesul de fabricare a vaccinurilor cu plasmidă ADN este bine stabilit, permițând dezvoltarea rapidă a vaccinurilor experimentale pentru a aborda bolile infecțioase emergente sau reemergente. Centrul de cercetare în domeniul vaccinurilor din cadrul NIAID a dezvoltat vaccinuri ADN candidate pentru a aborda mai multe amenințări de boli virale în timpul epidemiilor, inclusiv coronavirusul SARS (SARS-CoV) în 2003, gripa aviară H5N1 în 2005, gripa pandemică H1N1 în 2009 și virusul Zika în 2016. Timpul de la selectarea genelor virale care urmează să fie incluse în vaccin până la inițierea studiilor clinice la om a fost scurtat de la 20 de luni în cazul SARS-CoV la puțin mai mult de trei luni în cazul virusului Zika.
Se dezvoltă, de asemenea, vaccinuri bazate pe ARN mesager (ARNm), un intermediar între ADN și proteine. Progresele tehnologice recente au depășit în mare măsură problemele legate de instabilitatea ARNm și de dificultatea de a-l introduce în celule, iar unele vaccinuri cu ARNm au demonstrat rezultate timpurii încurajatoare. De exemplu, cercetătorii susținuți de NIAID au dezvoltat un vaccin experimental cu ARNm care a protejat șoarecii și maimuțele împotriva infecției cu virusul Zika după o singură doză.
În loc să livreze ADN sau ARNm direct în celule, unele vaccinuri utilizează un virus sau o bacterie inofensivă ca vector, sau purtător, pentru a introduce materialul genetic în celule. Mai multe astfel de vaccinuri cu vectori recombinanți sunt aprobate pentru a proteja animalele de bolile infecțioase, inclusiv de rabie și de bolii de Carré. Multe dintre aceste vaccinuri veterinare se bazează pe o tehnologie dezvoltată de cercetătorii NIAID în anii 1980, care utilizează versiuni slăbite ale unui poxvirus pentru a transmite materialul genetic al agentului patogen. În prezent, oamenii de știință susținuți de NIAID dezvoltă și evaluează vaccinuri vectoriale recombinante pentru a proteja oamenii de viruși precum HIV, virusul Zika și virusul Ebola.
.