Τι είναι το εμβόλιο DNA;

Τα εμβόλια DNA, τα οποία συχνά αναφέρονται ως εμβόλια τρίτης γενιάς, χρησιμοποιούν μηχανικό DNA για να προκαλέσουν ανοσολογική απόκριση στον ξενιστή έναντι βακτηρίων, παρασίτων, ιών και πιθανώς καρκίνου.

Παραδοσιακά εμβόλια

Τα εμβόλια που διατίθενται επί του παρόντος στον παγκόσμιο πληθυσμό περιλαμβάνουν εμβόλια για ιλαρά, παρωτίτιδα, ερυθρά, εποχιακό ιό γρίπης, τέτανο, πολιομυελίτιδα, ηπατίτιδα Β, καρκίνο του τραχήλου της μήτρας, διφθερίτιδα, κοκκύτη και εμβόλια για άλλες ασθένειες που είναι ενδημικές σε ορισμένες περιοχές της κόσμος.

Πολλά από αυτά τα εμβόλια παρέχουν ανοσία προκαλώντας ειδικά αντιγόνο προσαρμοστικές ανοσοαποκρίσεις σε έναν ξενιστή.

Πιο συγκεκριμένα, αυτά τα εμβόλια εκθέτουν το ανοσοποιητικό σύστημα σε επίτοπους που προέρχονται από το παθογόνο, το οποίο επιτρέπει στο ανοσοποιητικό σύστημα να αναπτύξει αντισώματα που μπορούν να αναγνωρίσουν και να επιτεθούν σε αυτόν τον μολυσματικό παράγοντα εάν ο εμβολιασμένος ξενιστής συναντήσει αυτό το παθογόνο στο μέλλον.

Αν και τα συμβατικά εμβόλια είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη της εξάπλωσης πολλών εξαιρετικά μολυσματικών ασθενειών, η παρασκευή αυτών των εμβολίων απαιτεί συχνά από τους ερευνητές να χειρίζονται ζωντανά παθογόνα. Όχι μόνο ο χειρισμός αυτών των παθογόνων μπορεί να δημιουργήσει ανησυχίες για την ασφάλεια των ατόμων που αναπτύσσουν το εμβόλιο, αλλά και ο κίνδυνος μόλυνσης από αυτά τα παθογόνα είναι επίσης ανησυχητικός.

Οι προκλήσεις που σχετίζονται με την ανάπτυξη συμβατικών εμβολίων οδήγησαν στη διερεύνηση πολλών εναλλακτικών προσεγγίσεων εμβολίων που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν τόσο για μολυσματικές όσο και για μη μολυσματικές ασθένειες.

Ένα εναλλακτικό εμβόλιο που έχει αποκτήσει ιδιαίτερη προσοχή είναι το εμβόλιο με βάση το DNA. Το εμβόλιο με βάση το DNA θεωρείται ότι είναι πιο σταθερό, οικονομικά αποδοτικό και ευκολότερο στον χειρισμό από τα παραδοσιακά εμβόλια.

Πώς λειτουργούν τα εμβόλια DNA;

Όπως κάθε άλλος τύπος εμβολίου, τα εμβόλια DNA προκαλούν προσαρμοστική ανοσοαπόκριση. Η βασική αρχή λειτουργίας πίσω από οποιοδήποτε εμβόλιο DNA είναι η χρήση ενός πλασμιδίου DNA που κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που προέρχεται από το παθογόνο στο οποίο θα στοχευτεί το εμβόλιο.

Το πλασμιδικό DNA (pDNA) είναι φθηνό, σταθερό και σχετικά ασφαλές, επιτρέποντας έτσι σε αυτήν την μη ιική πλατφόρμα να θεωρηθεί μια εξαιρετική επιλογή για την παράδοση γονιδίων. Μερικοί από τους διαφορετικούς φορείς ιών που έχουν χρησιμοποιηθεί για την πηγή pDNA περιλαμβάνουν ογκο-ρετροϊούς, φακούς ιούς, αδενοϊούς, ιούς που σχετίζονται με αδενοειδή και Herpes simplex-1.

Όταν χορηγείται ενδομυϊκή ένεση εμβολίου DNA, το pDNA θα στοχεύει μυοκύτταρα. Τα εμβόλια DNA μπορούν επίσης να χορηγηθούν μέσω υποδόριας ή ενδοδερμικής ένεσης, για στόχευση κερατινοκυττάρων. Ανεξάρτητα από το σημείο της ένεσης, το pDNA θα επιμολύνει τα μυοκύτταρα ή τα κερατινοκύτταρα. Αυτά τα κύτταρα θα υποστούν τότε απόπτωση.

Ένα κύτταρο που υφίσταται απόπτωση θα απελευθερώσει μικρά θραύσματα συνδεδεμένα με μεμβράνη που είναι γνωστά ως αποπτωτικά σώματα. Αυτά τα αποπτωτικά σώματα πυροδοτούν την ενδοκυττάρωση κυτταρικών συντριμμιών από ανώριμα δενδριτικά κύτταρα (iDC). Η δραστηριότητα του iDC μπορεί στη συνέχεια να ξεκινήσει τη δημιουργία εξωγενών αντιγόνων, τα οποία παρουσιάζονται αποκλειστικά από την κύρια κατηγορία ιστοσυμβατότητας II (MHCII).

Η παρουσίαση αντιγόνου στο MHCII ενεργοποιεί το βοηθητικό CD4⁺ Τ κύτταρα, που συμβάλλουν στην εκκίνηση Β κυττάρων και τελικά επιτρέπουν τη δημιουργία χυμικής ανοσοαπόκρισης. Αυτή η χυμική ανοσοαπόκριση απαιτείται για την ενεργοποίηση της παραγωγής CD8⁺ Τ κύτταρα.

Εκτός από τη δράση είτε σε μυοκύτταρα είτε σε κερατινοκύτταρα, οποιαδήποτε οδός χορήγησης εμβολίου DNA μπορεί επίσης να επιμολύνει κύτταρα που παρουσιάζουν αντιγόνα (APC) που βρίσκονται κοντά στο σημείο της ένεσης. Αυτή η οδός άμεσης μορφομετατροπής οδηγεί σε ενδογενή έκφραση διαγονιδίου και παράλληλη παρουσίαση του αντιγόνου τόσο μέσω MHCI όσο και MHCII, αποδίδοντας έτσι και τα δύο CD8⁺ και CD4⁺ Τ κύτταρα.

Ποια εμβόλια DNA βρίσκονται σε εξέλιξη;

Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν εμβόλια DNA που έχουν εγκριθεί για ευρεία χρήση σε ανθρώπους. Ωστόσο, αρκετά εμβόλια με βάση το DNA έχουν εγκριθεί τόσο από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων των Ηνωμένων Πολιτειών (FDA) όσο και από το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ (USDA) για κτηνιατρική χρήση, συμπεριλαμβανομένου ενός εμβολίου κατά του ιού του Δυτικού Νείλου στα άλογα και ενός εμβολίου μελανώματος για Σκύλοι.

Αν και τα εμβόλια με βάση το DNA δεν έχουν ακόμη εγκριθεί για χρήση στο ευρύ κοινό, πραγματοποιήθηκαν αρκετές τρέχουσες κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους για εμβόλια DNA. Σύμφωνα με την Εθνική Βιβλιοθήκη Ιατρικής των ΗΠΑ, περισσότερα από 160 διαφορετικά εμβόλια DNA δοκιμάζονται επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες. Εκτιμάται ότι το 62% αυτών των δοκιμών αφιερώνεται σε εμβόλια κατά του καρκίνου και το 33% εφαρμόζεται σε εμβόλια κατά του ιού ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV).

Μία από τις πρώτες κλινικές δοκιμές σε ένα εμβόλιο DNA διερεύνησε τις πιθανές θεραπευτικές και προφυλακτικές επιδράσεις ενός εμβολίου DNA κατά του HIV. Αν και ανιχνεύθηκε κάποιο επίπεδο ανοσογονικότητας σε αυτή τη δοκιμή, δεν βρέθηκε σημαντική ανοσοαπόκριση. Η υπερμεταβλητότητα του HIV επιτρέπει σε αυτόν τον ιό να εισβάλει στο ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή μέσω πολλών διαφορετικών μηχανισμών.

Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες που επιδιώκουν να αναπτύξουν ένα εμβόλιο με βάση το DNA κατά του HIV ανακάλυψαν ότι πρέπει να αξιολογηθούν προσεκτικά αρκετές διαφορετικές στρατηγικές εκκίνησης, παράγοντες ενίσχυσης και τροποποιημένα προγράμματα ένεσης για να σχεδιάσουν το καλύτερο εμβόλιο DNA κατά του HIV.

Μελλοντικές κατευθύνσεις

Παρόλο που πολλά εμβόλια με βάση το DNA δοκιμάζονται επί του παρόντος σε ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, πολλές προκλήσεις εξακολουθούν να εμποδίζουν τη μετάφραση αυτής της προσέγγισης εμβολίου στην κλινική. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που σχετίζονται με τα εμβόλια DNA είναι η χαμηλή ανοσογονικότητά τους σε μεγαλύτερα ζώα και ανθρώπους.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι υψηλότερες ποσότητες DNA εντός της περιοχής από 5 έως 20 mg θα πρέπει να εγχυθούν σε έναν άνθρωπο μέσου μεγέθους για να αυξηθεί η ανοσογονικότητα των εμβολίων με βάση το DNA. Μια άλλη πρόκληση εμβολίων με βάση το DNA περιλαμβάνει τη βελτιστοποίηση της επιμόλυνσης, η οποία θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσω της ενσωμάτωσης διαφόρων παραμέτρων όπως ένας υβριδικός ιικός / ευκαρυωτικός προαγωγός ή η βελτιστοποίηση των αντιγόνων κωδικονίων.

Συνολικά, ένα ιδανικό εμβόλιο DNA θα αποφύγει την εξωκυτταρική αποδόμηση και θα εισέλθει επιτυχώς στον πυρήνα των κυττάρων στόχων για να προκαλέσει μακροχρόνια ανοσοαπόκριση.