A koronavírus elleni vakcinák közötti különbségek

Az első vakcinák kifejlesztése és bevetése óta szinte teljesen eradikálhatóvá váltak olyan betegségek, mint a diftéria vagy a gyermekbénulás. A 2-es típusú poliovírus és ezzel a bárányhimlő kipusztítása is világszerte sikeres. A német Paul Ehrlich Institut “Bulletin zur Arzneimittelsicherheit” c. folyóiratában évente megjelenteti a vakcinák felügyeleti rendszerének előző évi adatait. Ebben megfigyelhető, hogy a súlyos, oltással kapcsolatos komplikációk igen ritkák, és az oltóanyagok alapvetően jól tolerálhatók és biztonságosak.

Mindennek ellenére a potenciális koronavírus-vakcinák fejlesztése bizonytalanságot okozhat a lakosság, de még a szakemberek körében is, mivel ez esetben génalapú vakcinák bevezetéséről is szó esik, amelyet korábban még nem engedélyeztek. Indokolt-e ez a bizonytalanság?

A legtöbbet ígérő jelöltek közé tartoznak az új mRNS-, DNS-, illetve vektor alapú oltóanyagok, de ezeken kívül más hatásmódú anyagok is találhatók a klinikai tanulmányokban.

Az oltóanyag-fejlesztés alapjai a következők:

• génbázisú oltóanyagok (RNS- és DNS-vakcinák),
• vektor alapú oltóanyagok,
• fehérjealegység (subunit) alapú oltóanyagok,
• legyengített élő kórokozókat tartalmazó és inaktivált kórokozót tartalmazó oltóanyagok.

Bár a génbázisú vakcináknak még nincs engedélyezett képviselőjük, az RNS- és DNS-vakcináknak egy pandémiás időszakban nagy előnye van: ezek előállításához nincs szükség bioreaktorokra és sejtkultúrákra (mint például az inaktivált kórokozók esetében), és gyorsan előállíthatók laboratóriumi körülmények között. Mivel a fejlesztési folyamat ezáltal jelentős mértékben felgyorsul, nem meglepő módon tehát, a legtöbb stratégia ezen az új technológián alapszik.

Génbázisú oltóanyagok

A nukleinsav-vakcináknak is nevezett szerek genetikai anyagot (DNS-t vagy RNS-t) tartalmaznak, ezzel utasítást adnak a sejteknek az antigén előállításához. A SARS-nCoV-2 vírus esetében ez az antigén a virális “tüske” (Spike) protein. Amint az emberi sejtek megkapják az utasítást, a fehérjetermelő apparátus előállítja az antigént, amely aztán képes az immunválasz kiváltására.

Az ilyen oltóanyagok előnye, hogy könnyen előállíthatók, és ezáltal olcsóbbak is. Mivel az antigént a saját szervezet termeli, a megfigyelések szerint az immunválasz is erősebb.

Hátrányuk azonban az, hogy korábban egy DNS- vagy RNS-vakcinát sem engedélyeztek emberi használatra, tehát a hosszú távú adatok hiányoznak. Ezen felül ezeket az oltóanyagokat extrém hideg, -70 ℃-os hőmérsékleten kell tárolni. Erre speciális hűtő szerkezet alkalmas, amelyhez különösen az alacsonyabb jövedelemmel bíró országok nehezebben juthatnak hozzá.

Előállítás

Miután a patogén genomját szekvenálták, viszonylag gyors és egyszerű az egyik fehérje ellen vakcinát készíteni. A Moderna RNS-vakcinája például a szekvenálást követő két hónapon belül már klinikai tanulmányokban szerepelt. Ez a sebesség különösen fontos az újonnan fellépő, járványt okozó, pandémiás vagy gyorsan mutálódó kórokozók elleni küzdelemben.

Bár a DNS- és RNS-vakcinákat viszonylag egyszerű előállítani, a folyamat kismértékben különbözik a két esetben. Miután az antigént kódoló DNS-szakaszt kémiai úton létrehozták, különböző enzimek segítségével egy bakterális plazmidba építik be. A plazmid több kópiája ezek után gyorsan osztódó baktériumokkal teli tartályba kerül, mielőtt izolálnák és megtisztítanák.

Az RNS-vakcinákat könnyebb szintetizálni, mivel ehhez csak laboratóriumi körülményekre van szükség baktériumok és sejtek nélkül. Mindkét esetben egy intézményen belül több különböző antigén készülhet, ami tovább csökkenti a költségeket. Ez a legtöbb hagyományos oltóanyag esetében nem lehetséges.

RNS-vakcinák

Az olyan hatóanyagok, mint a BNT162 (BioNTech, Fosun, Pfizer) és az mRNS-1273 (Moderna, NIAID) alapvetően egy egyszálú mRNS-molekulából állnak, mely egy bizonyos fehérje felépítésének genetikai információját tartalmazza. A citoszólban ezután a peptid szintézise riboszómák által katalizált folyamatban történik. Ahhoz, hogy az RNS bejusson a sejtbe, a vakcinában liposzómába vagy ún. lipid-nanopartikulumokba csomagolva található.

Emellett, mint a BNT162 esetében is, önreplikálódó és önerősítő RNS-t is használnak. A molekulában ilyenkor az antigén mellett olyan fehérjék is kódolva vannak, amelyek az RNS replikációját lehetővé teszik, így az oltáshoz szükséges egyszeri dózis csökkenthető. Ilyen molekulák alfavírusokból származnak (szegmentáció nélküli pozitív szálú RNS-vírusok).

Az alfavirális genom két leolvasó „keretre” (ORF) osztható: az első keret kódolja az RNS-függő RNS-polimerázt (replikázt), a második pedig a struktúrfehérjéket. Az önerősítő RNS-konstrukció esetén a struktúrfehérjét kódoló ORF helyén a választott antigén kerül beépítésre, míg a virális replikáz a konstrukt része marad, és az intracelluláris jelerősítésben vesz részt az immunizáció után.

Biztonságosság

Az RNS-bázisú oltások alapvetően nagyon biztonságosak, mivel az előállításhoz semmilyen toxikus anyagra, sem pedig sejtkultúrára nincs szükség, amelyek vírussal kontaminálódhatnak. A szintézishez szükséges rövid idő is csak kevés lehetőséget ad arra, hogy bármilyen nem kívánt kontamináció történjen.

Továbbra is igen csekély az az elméleti kockázat, miszerint a vektor integrálódna a gazdasejt DNS-ébe. Az RNS nem kerül a sejtmagi DNS közelébe, így alapvetően nem lehetséges az inzerció. Ezen felül a reverz transzkriptáz enzim is szükséges lenne, mely az egyszálú RNS-molekula alapján kétszálú DNS-t szintetizál. Ez azonban csak egyes vírusok (pl. HIV, HBV) genomjában található meg.

A génbázisú oltóanyagok alkalmasak gyermekek oltására is: az egyes országokban eltérő a mintázat, de világszerte a Pfizer-BioNTech és a Moderna vakcináit adják gyermekek és várandósok számára, csökkentett vagy módosított dózisban. Jelenleg 5 évesnél nagyobb gyermekeket lehet beoltani, a kísérletek folyamatban vannak az 5 év alattiak vakcinációjával kapcsolatban.

A biztonságossági meggondolások elsősorban a lokális és szisztémás gyulladások, a biohasznosulás és perzisztencia, autoreaktív antitestek stimulációja, illetve a nem natív nukleotidok és egyéb komponensek lehetséges toxikus hatásai köré csoportosíthatók. Egy lehetséges probléma lehet, hogy az mRNS-báziú vakcina I. típusú interferon-reakciót indukálhat, amely nem csak a gyulladásokkal, hanem az autoimmunitással is asszociált.

Egy potenciális biztonságossági tényező lehet az extracelluláris RNS megjelenése az oltás következtében. Kimutatták ugyanis, hogy a natív extracelluláris RNS-molekulák az endothelsejtek permeabilitását megnövelik, ezáltal ödémák kialakulásához vezethetnek.

Egy másik tanulmány adatai szerint az extracelluláris RNS véralvadást, ezzel akár thrombusképződést indukálhat. A SARS és MERS ellenes RNS-vakcinákkal készített preklinikai tanulmányok pedig meglévő tüdőbetegség súlyosbodására mutattak rá.

A jelenlegi adatok szerint a Pfizer-BioNTech vakcina mellékhatása myocarditis lehet. Megfigyeléses prospektív vizsgálatok azonban rámutattak, hogy ennek előfordulása elsősorban a fiatal korosztályban a legmagasabb, és ott is igen ritka (5 millió beoltottból mindössze 136 eset).

DNS-vakcinák

A DNS-alapú oltóanyagok előállítása során az antigént kódoló DNS-darabot egy bakteriális plazmidba inzertálják, amelyet injekció után a célsejtek felvesznek és beolvasnak. Az INO-4800 (Inovio Pharmaceuticals) például ezen hatásmóddal rendelkezik a koronavírus-fertőzés leküzdésében. A plazmid egy kör alakú DNS, amely baktériumokban található, és egyes gének tárolására és megosztására szolgál. A plazmidok a kromoszómális DNS-től függetlenül replikálódhatnak és egyszerű lehetőség a sejtek közötti géntranszfer számára. Ez az oka annak, hogy a géntechnológia területén ez a rendszer igen bevett módszer.

Az antigént tartalmazó DNS-plazmidokat általában az izomba injektálják, de a kihívást az jelenti, hogy ténylegesen bejuttassák az emberi sejtekbe. Ez egy lényeges lépés, hiszen a DNS-t fehérjévé fordító apparátus a sejtek belsejében található. A bejutási folyamat hatékonyabbá tételéhez különböző eljárások léteznek. Ilyen például az elektroporáció, melynek során kis elektromos impulzusok segítségével a sejtmembránban átmeneti pórusokat “ütnek”. Másik lehetőség a DNS-t nanopartikulumokba csomagolni, amely aztán a sejtmembránnal fuzionál, így segítve a hatóanyag felvételét.

Amint a DNS-t (vagy RNS-t) a szervezet sejtjei beolvasták és az antigént elkészítették, kihelyezik azt a sejtfelszínre. Itt az immunrendszer felismeri az antigént és immunreakciót vált ki. Ez a válasz citotoxikus T-sejteket vonz, amelyek a fertőzött sejteket megkeresik és elpusztítják, illetve B-sejteket és helper T-sejteket, amelyek az antitest-termelésben játszanak szerepet.

A DNS-vakcinák immunogenitása alacsony, ezért jelen állás szerint az immunizálás megismétlése szükséges, és a hosszú távú hatások sem lehetnek megfelelően megalapozva. Kutatások folynak DNS-vakcinák kifejlesztésével az influenza, AIDS, hepatitis B és C, veszettség, humán T-sejt leukaemia és cervix-carcinoma ellen, azonban eddig ilyen típusú oltások csak az állatgyógyászatban engedélyezettek. 

Az INO-4800 jelenleg fázis III. klinikai vizsgálat alanya többek között Brazíliában és az Egyesült Államokban, jóváhagyásra sem ezekben az országokban, sem Európában még nem került. Ezzel tehát a koronavírus megelőzésében használt DNS-alapú oltásoknak még nincs széles körben alkalmazott képviselőjük.

Biztonságosság

Potenciális biztonságossági kockázat lehet az emberi genomba történő plazmidintegráció. Ez hipotetikus (proto)onkogén-aktivációhoz, antikarcinogén (tumorszuppresszor) DNS-szakaszok deaktivációjához vagy autoimmun betegségek kialakulásához vezethet.

Vektor alapú oltások

Az AZD1222 (AstraZeneca, University of Oxford) vagy az Ad5-nCoV (CanSino Biological Inc., Beijing Institute of Biotechnology, Szputnyik V 1. fázis) abban különböznek a nukleinsav-injekciótól, hogy egy hordozó vírust használnak, mely az antigén genetikai kódját tartalmazza. A vektor segítségével így a genetikai anyag bejut a testi sejtekbe. Ilyen lehet a módosított Vaccinia-Virus Ankara (MVA), a 26-os szerotípusú adenovírus (Janssen-Cilag, Szputnyik V 2. fázis) vagy a géntechnológiailag előállított vezikuláris Stomatitis Virus (rVSV).

A vírus leadó rendszerként viselkedik. A nukleinsav-injekcióhoz hasonlóan arra készteti a szervezetet, hogy az antigént elkészítse, és ezzel immunválaszt váltson ki. Megkülönböztetünk replikálódó és nem replikálódó virális vektorokat.

• A replikálódó vektorok új víruspartikulumokat termelnek a sejtben, amelyek további sejteket tudnak megfertőzni. Az újonnan fertőzött sejtek szintén az oltóanyagban kódolt antigént kezdik termelni.
• A nem replikálódó vektorok nem tudnak új vírusokat előállítani. Csak az antigént termeltetik a megfertőzött sejttel.

Egy, az EMA által 2019 végén engedélyezett vektor alapú oltás az ebola elleni Ervebo (rVSV-ZEBOV). COVID-19 ellen nem replikálódó vektorokat használnak a fejlesztésben.

Az adenovírus-vektor állatmodellekben sokat ígérőnek bizonyult, és számos klinikai tanulmány, különösen a rákterápiáról szóló irodalom középpontjában áll. Ebben az esetben a vektor egy tumorspecifikus antigént tartalmaz, rekombináns DNS vagy mRNS formájában.

Előállítás

Hagyományosan a virális vektorokat letapadt sejtekben tenyésztik, amit nagy léptékben kivitelezni nehéz. A virális vektorok egyik hátránya ezért a skálázhatóság. Jelenleg szuszpenziós sejtvonalak is fejlesztés alatt állnak, melyekkel a vektor nagy bioreaktorokban is tenyészthető. A vektor összeállítása több lépéses komplex folyamat, és több összetevőt tartalmaz, ezért a kontamináció kockázata is magasabb. Minden lépés után több tesztet kell elvégezni, ez pedig tovább növeli a költségeket.

Biztonságosság

Az ezen oltóanyagcsoport biztonságossági kihívása abban áll, hogy az emberek nagy része vélhetően már találkozott korábban a vektor vírussal, így előfordulhat, hogy a vektor ellen immunválasz alakul ki, amely az oltás hatékonyságát csökkenti. Egy ilyen “anti-vektor immunitás” megnehezítheti az adagolás elosztását.

Az egyfázisú Janssen és a Szputnyik V 2. adagja kölcsönhatásaként alakulhat ki keresztreakció, mely a később beadott oltás hatékonyságát ronthatja. Ennek oka az, hogy a genetikai információ mindkét esetben ugyanazon típusú adenovírus vektorba van csomagolva, a korábbi esetlegesen fellépő anti-vektor immunitás pedig a később beadott oltóanyag ellen is fellép, csökkentve ezáltal annak hatékonyságát.

A vektor elleni, már meglévő immunválasz a beoltottakban bizonyos körülmények között erősebb immunválaszt válthat ki. A vektorspecifikus immunválasz tehát (akár korábbi expozíció, akár az oltás miatt alakult ki), befolyásolhatja a biztonságosságot. Mivel a betegséget kiváltó antigén genetikai kódját beillesztik a DNS-vírusok genomjába, virális integrációs mechanizmusok a DNS sejtmagba történő felvételéhez vezethetnek.

Az AstraZeneca oltással szemben megfogalmazott kritika szerint a vakcina mellékhatása thrombosis lehet, ezért különös figyelemmel (vagy egyáltalán nem) kell őket adni. A vélt pathomechanizmus a jelenség hátterében a vakcina-indukált prothromboticus immunthrombocytopenia (VIPIT), mely során a vakcina partikulumai a vérlemezkék felületén található PF4-hez kötődnek, és a heparin-indukált thrombocytopeniához (HIT) hasonló folyamatot indítanak be a szervezetben. A tünetek mellett a laborban emelkedett D-dimer és alacsony vérlemezkeszám lehet árulkodó, pozitív anamnézis mellett. A szindróma bár valós, igen ritkának bizonyul: az esetek száma mintegy 4-6/1 millió beadott oltás.

Fehérjealegység alapú oltóanyagok

A proteinalegység elleni vakcinák a kórokozó egy (általában fehérje) részletét veszik alapul, hogy immunválaszt váltsanak ki. Ezzel ugyan minimalizálható a mellékhatások kockázata, de az immunválasz is gyengébb lehet; ezért gyakran adjuvánsok segítségével erősítik az immunválaszt. A korábban engedélyezett alegység-vakcinák közé tartozik a Hepatitis-B oltás.

Az ilyen oltóanyagok egyik hátránya az, hogy az immunválasz kiváltására használt fehérje struktúrájából hiányozhatnak a patogén-asszociált molekuláris mintázatok (PAMP). Ezek a mikroorganizmusok széles csoportjára jellemző mintázatok, és lehetővé teszik az immunrendszer számára a behatoló felismerését. Ha a PAMP struktúrák hiányoznak, gyengült immunválasz alakulhat ki. Mivel az antigének nem fertőznek meg sejteket, az alegység-vakcinák alapvetően csak (a más oltásokhoz képest gyengébb) antitest-mediált immunválaszt hoznak létre.

Az EMA által újonnan engedélyezett Nuvaxovid (NVX-CoV2373) oltóanyag nanopartikulumba csomagolt vírushoz hasonló részecskék (VLP) mellett Mátrix-M1 adjuvánst tartalmaz, melyek közösen felelősek a megfelelő immunválasz kialakításáért. Fázis III vizsgálatok alapján a vakcina 90% feletti védettséget produkál, a mellékhatások enyhének és gyorsan múlónak látszanak.

Előállítás

Minden alegység-vakcina élő organizmusok (baktériumok, élesztőgombák) segítségével készül, melyeknek növekedéséhez szubsztrát szükséges, és szigorú higiéniai előírásoknak kell megfelelni, hogy elkerülhető legyen a más organizmusokkal való kontamináció. Ez az előállítást a kémiailag szintetizált oltóanyagokhoz képest drágítja. A pontos eljárás az alegység-vakcina karakterisztikájától függ.

A rekombináns Hepatitis-B oltáshoz hasonló, fehérje fragmentumok elleni vakcinát úgy állítják elő, hogy az antigén genetikai kódját élesztő sejtekbe injektálják. Ezeket a sejteket egyszerű tenyészteni, és nagy mennyiségben állítják elő a kívánt fehérjét. Az élesztő nagy erjesztő tartályokban növekszik és osztódik, majd kinyerik az antigént. A megtisztított fehérjét más komponensekhez adják hozzá: tartósítószerekhez, hogy stabilan tartsák, illetve adjuvánshoz, hogy az immunválaszt erősítsék.

A poliszacharid- vagy konjugát-vakcinák esetében a poliszacharid az ipari bioreaktorokban tenyésztett baktériumok segítségével készül, az antigén pedig a sejtfalból kerül kinyerésre. Konjugát-vakcinák esetén a fehérjét, amelyhez a cukormolekula kötődik, egy másik típusú baktérium termeli egy külön bioreaktorban. Amint a fehérje kinyerésre került, kémiailag hozzákötik a poliszacharidhoz, majd a fennmaradó kompenseket is hozzáadják a rendszerhez.

Legyengített és inaktivált kórokozók

Sok engedélyezett védőoltás tartalmaz egész vírusokat vagy azok egy részét, amellyel immunválaszt lehet kiváltani. Két fő megközelítés létezik:

• legyengített élő vírusok felhasználása, mely replikálódni képes, de betegséget nem okoz,
• genetikai anyagukban károsított vírusok felhasználása, melyek replikálódni nem képesek, de immunválaszt ki tudnak váltani (Wuhan Institute of Biological Products, Beijing Institute of Biological Products, Sinopharm, Sinovac).

Mindkét típus széles körben elterjedt technológián alapszik. Az élő kórokozót tartalmazó vakcinák azonban a gyenge immunrendszerű emberek esetében betegséget válthatnak ki és gondos tárolást igényelnek. Ezek az alacsonyabb jövedelemmel bíró országokban történő felhasználást megnehezítik.

Mivel a védőoltások ezen típusánál természetes kórokozók legyengített alakjait juttatják a szervezetbe, az immunrendszer úgy reagál, mint minden más behatoló esetén: elhárító mechanizmusokat indít, végül “killer” és “helper” T-sejtek, illetve antitesttermelő B-sejtek aktiválódnak.

Ez az immunválasz addig áll fenn, ameddig a vírus a szervezetből el nem tűnik; ami azt jelenti, hogy a vírus elleni memóriasejteknek megfelelő idejük van kifejlődni. A legyengített kórokozók ezért majdnem olyan minőségű immunválaszt váltanak ki, amely felér az igazi vírussal való expozíciónak - anélkül, hogy betegséget váltanának ki.

Előállítás

Különböző vírusok különböző előállítási folyamatot igényelnek, így minden egyes oltáshoz külön intézmény és eszközpark szükséges. Az influenza vírust például megtermékenyített tyúktojásokban tenyésztik - amelyeknek szintén speciális, steril keltetőből kell származniuk. A polio vírust különleges, sejtekkel teli csészékben tenyésztik, amelynek más kezelés a megfelelő. A baktériumbázisú oltóanyagokat hatalmas bioreaktorokban növesztik.

Az élő és növekvő vírusok tenyésztése során szigorú elővigyázatossági előírásoknak kell megfelelni, hogy meggátoljuk a vírus kiszivárgását és a dolgozók megfertőződését. Amint elég nagy a vírus- (vagy baktérium-) tenyészet, a kórokozót oltóanyagonként izolálják, megtisztítják és legyengítik vagy inaktiválják. Minden egyes lépés speciális eszközöket, reagenseket igényel, kerülni kell a kontaminációt, és ellenőrző vizsgálatokat kell végrehajtani; mindezek tovább emelhetik az előállítás költségeit.

Biztonságosság

Az inaktivált vírust tartalmazó vakcina a betegséget okozó vírust vagy egy részét tartalmazza, de a kórokozó genetikai anyaga elroncsolódott. Ez általában biztonságosabbá és stabilabbá teszi az oltást az élő kórokozót tartalmazónál, és legyengült immunrendszerű betegeknek is adható. Bár a genetikai anyag nem funkcióképes, az inaktivált vírusban sok olyan fehérje található, amelyre az immunrendszer reagálhat.

Mivel azonban nem fertőznek meg sejteket, az ilyen vakcinák csak az antitest-közvetített immunválaszt aktiválják, amely gyengébb és kevésbé hosszantartó lehet. Hogy ezt elkerüljék, gyakran alkalmaznak adjuvánsokat az oltás során, illetve emlékeztető oltások is szükségesek lehetnek.

Mivel élő vírusok kerülnek be a szervezetbe és rendeltetési helyüknek megfelelően lokalizálódnak, az orrgaratból levett koronavírus-teszt az oltás ellenére pozitív eredményt jelezhet. Ez, bár a laikusok számára bizalmatlanságra adhat okot, a tünetek ellenére nem feltétlenül jelent vad típusú koronavírussal való fertőződést. Sok esetben az oltással a szervezetbe került kevésbé virulens kórokozó elleni immunválasz felelős a tünetekért.