Основные принципы получения вакцин

  Неживые В. подразделяют на молекулярные (химические) и корпускулярные. Молекулярные В. конструируют на основе специфических протективных антигенов, находящихся в молекулярном виде и полученных путем биосинтеза или химического синтеза. К этим В. можно отнести также анатоксины, которые представляют собой обезвреженные формалином молекулы токсинов, образуемых микробной клеткой (дифтерийный, столбнячный, ботулинический и др.). Корпускулярные В. получают из цельных микроорганизмов, инактивированных физическими (тепло, ультрафиолетовое и другие излучения) или химическими (фенол, спирт) методами (корпускулярные, вирусные и бактериальные вакцины), или из субклеточных над-молекулярных антигенных структур, извлеченных из микроорганизмов (субвирионные вакцины, сплит-вакцины, вакцины из сложных антигенных комплексов).

  Молекулярные  антигены, или сложные протективные антигены бактерий и вирусов, используют для получения синтетических и полусинтетических вакцин, представляющих собой комплекс из специфического антигена, полимерного носителя и адъюванта.

  Из отдельных  В. (моновакцин), предназначенных для  иммунизации против одной инфекции, готовят сложные препараты, состоящие  из нескольких моновакцин. Такие ассоциированные  вакцины, или поливакцины, поливалентные  вакцины обеспечивают иммунитет  одновременно против нескольких инфекций. Примером может служить ассоциированная АКДС-вакцина, в состав которой входят адсорбированные дифтерийный и столбнячный анатоксины и коклюшный корпускулярный антиген. Существует также семейство полианатоксинов: ботулинический пентаанатоксин, противогангренозный тетраанатоксин, дифтерийно-столбнячный дианатоксин. Для профилактики полиомиелита применяют единый поливалентный препарат, состоящий из аттенуироваиных штаммов I, II, III серотипов (сероваров) вируса полиомиелита.

  Насчитывается около 30 вакцинных препаратов, применяемых  с целью профилактики инфекционных болезней; примерно половина из них  живые, остальные инактивированные. Среди живых В. выделяют бактерийные - сибиреязвенную, чумную, туляремийную, туберкулезную, против Ку-лихорадки; вирусные - оспенную, коревую, гриппозную, полиомиелитную, паротитную, против желтой лихорадки, краснухи. Из неживых В. применяют коклюшную, дизентерийную, брюшнотифозную, холерную, герпетическую, сыпнотифозную, против клещевого энцефалита, геморрагических лихорадок и другие, а также анатоксины - дифтерийный, столбнячный, ботулинический, газовой гангрены.  

  1.3 Свойства вакцин

  Основным  свойством вакцин является создание активного поствакцинального иммунитета, который по своему характеру и конечному эффекту соответствует постинфекционному иммунитету, иногда отличаясь от него лишь количественно. Вакцинальный процесс при введении живых вакцин сводится к размножению и генерализации аттенуированного штамма в организме привитого и вовлечению в процесс иммунной системы. Хотя по характеру поствакцинальных реакций при введении живых В. вакцинальный процесс и напоминает инфекционный, однако он отличается от него своим доброкачественным течением.

  Вакцины при  введении в организм вызывают ответную иммунную реакцию, которая в зависимости  от природы иммунитета и свойств  антигена может носить выраженный гуморальный, клеточный или клеточно-гуморальный  характер.

  Эффективность применения вакцины определяется иммунологической реактивностью, зависящей от генетических и фенотипических особенностей организма, от качества антигена, дозы, кратности  и интервала между прививками. Поэтому для каждой вакцины разрабатывают  схему вакцинации.

  Живые вакцины  обычно используют однократно, неживые - чаще двукратно или трехкратно. Поствакцинальный иммунитет сохраняется после первичной вакцинации 6-12 мес. (для слабых вакцин) и до 5 и более лет (для сильных вакцин); поддерживается периодическими ревакцинациями. Активность (сила) вакцины определяется коэффициентом защиты (отношением числа заболеваний среди непривитых к числу заболевших среди привитых), который может варьировать от 2 до 500. К слабым вакцинам с коэффициентом защиты от 2 до 10 относятся гриппозная, дизентерийная, брюшнотифозная и др., к сильным с коэффициентом защиты от 50 до 500 - оспенная, туляремийная, против желтой лихорадки и др.

  В зависимости  от способа применения вакцины делят  на инъекционные, пероральные и ингаляционные. В соответствии с этим им придается соответствующая лекарственная форма: для инъекций применяют исходные жидкие или регидратированные из сухого состояния вакцины; пероральные - в виде таблеток, конфет (драже) или капсул; для ингаляций используют сухие (пылевые или регидратированные) вакцины. Вакцины для инъекций вводят накожно (скарификация), подкожно, внутримышечно. 

  1.4 Получение вакцин

  Наиболее  просты в изготовлении живые вакцины, так как технология в основном сводится к выращиванию аттенуированного вакцинного штамма с соблюдением условий, обеспечивающих получение чистых культур штамма, исключение возможностей загрязнения другими микроорганизмами (микоплазы, онковирусы) с последующей стабилизацией и стандартизацией конечного препарата. Вакцинные штаммы бактерий выращивают на жидких питательных средах (гидролизаты казеина или другие белково-углеводные среды) в аппаратах - ферментаторах емкостью от 0,1 м3 до 1-2 м3. Полученная чистая культура вакцинного штамма подвергается лиофильному высушиванию с добавлением протекторов.

  Вирусные  и риккетсиозные живые вакцины получают выращиванием вакцинного штамма в эмбрионах кур или перепелов, свободных от вирусов лейкоза, либо в культурах клеток, лишенных микоплазм. Используют или первично-трипсинизированные клетки животных или перевиваемые диплоидные клетки человека. Живые аттенуированные штаммы бактерий и вирусов, применяемые для приготовления живых вакцин, получены, как правило, из природных штаммов путем их селекции или пассажей через биологические системы (организм животных, эмбрионы кур, культуры клеток, питательные среды).

  В связи  с успехами генетики и генетической инженерии появились возможности  целенаправленного конструирования  вакцинных штаммов. Получены рекомбинантные штаммы вируса гриппа, а также штаммы вируса вакцины со встроенными генами протективных антигенов вируса гепатита В.

  Инактивированные  корпускулярные бактериальные вакцины  или цельновирионные инактивированные вакцины получают соответственно из культур бактерий и вирусов, выращенных на тех же средах накопления, что и в случаях получения живых вакцин, и затем подвергнутых инактивации нагреванием (гретые вакцины), формалином (формолвакцины), ультрафиолетовым излучением (УФ-вакцины), ионизирующим излучением (радиовакцины), спиртом (спиртовые вакцины). Инактивированные вакцины ввиду недостаточно высокой иммуногенности и повышенной реактогенности не нашли широкого применения.

  Производство  молекулярных вакцин - более сложный  технологический процесс, т. к. требует  извлечения из выращенной микробной  массы протективных антигенов или антигенных комплексов, очистки и концентрирования антигенов, введения в препараты адъювантов. Выделение и очистка антигенов с помощью традиционных методов (экстракции трихлоруксусной кислотой, кислотного или щелочного гидролиза, ферментативного гидролиза, высаливания нейтральными солями, осаждения спиртом или ацетоном) сочетаются с применением современных методов (скоростного ультрацентрифугирования, мембранной ультрафильтрации, хроматографического разделения, аффинной хроматографии, в т.ч. на моноклональных антителах). С помощью этих приемов удается получать антигены высокой степени очистки и концентрирования.

  К очищенным  антигенам, стандартизированным по числу антигенных единиц, с целью повышения иммуногенности добавляют адъюванты, чаще всего сорбенты-гели (гидрат окиси алюминия и др.).

  Препараты, в которых антиген находится  в сорбированном состоянии, называют сорбированными или адсорбированными (дифтерийный, столбнячный, ботулинический сорбированные анатоксины). Сорбент играет роль носителя и адъюванта. В качестве носителя в синтетических вакцинах предложены всевозможные полимеры.

  Интенсивно  разрабатывается генно-инженерный способ получения протективных белковых антигенов бактерий и вирусов. В качестве продуцентов используют обычно эшерихии, дрожжи, псевдомонады со встроенными в них генами протективных антигенов. Получены рекомбинантные штаммы бактерий, продуцирующие антигены возбудителей гриппа, коклюша, кори, герпеса, гепатита В, бешенства, ящура, ВИЧ-инфекции и др.

  Получение протективных антигенов генно-инженерным способом целесообразно в том случае, когда выращивание микробов связано с большими трудностями или опасностями, или когда трудно извлекать антиген из микробной клетки. Принцип и технология получения вакцин на основе генно-инженерного способа сводятся к выращиванию рекомбинантного штамма, выделению и очистке протективного антигена, конструированию конечного препарата.

  Препараты вакцин, предназначенные для иммунизации  людей, проверяют на безвредность, реактогенность и иммуногенность. Безвредность включает проверку на лабораторных животных и других биологических системах токсичности, пирогенности, стерильности, аллергенности, тератогенности, мутагенности препарата.

  Реактогенность, т.е. побочные местные и общие реакции на введение вакцины, оценивают на животных и при прививках людей. Иммуногенность проверяют на лабораторных животных и выражают в иммунизирующих единицах, т.е. в дозах антигена, защищающих 50% иммунизированных животных, зараженных определенным числом инфицирующих доз патогенного микроба или токсина. В противоэпидемической практике эффект вакцинации оценивают по соотношению инфекционной заболеваемости в привитых и непривитых коллективах. Контроль вакцин осуществляют на производстве в отделах бактериологического контроля и в Государственном научно-исследовательском институте стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л.А. Тарасовича по разработанной и утвержденной МЗ СССР нормативно-технической документации. 

  2. Сыворотки в биотехнологии  

  2.1 Общая характеристика

  Специфические иммунные сыворотки содержат антитела к определенным видам микроорганизмов.

  Сывороточные  препараты используют в следующих  целях:

  - для лечения,  так как введение в организм  антител обеспечивает быстрое  обезвреживание микробов и их  токсинов;

  - для профилактики, чтобы быстро создать невосприимчивость  у человека, контактировавшего с  больным или инфицированным материалом;

  - микроорганизма  выделенного от больного, что  позволяет установить вид (тип)  микроорганизма.

  Введение  сыворотки в организм человека создает  пассивный иммунитет.

  Различают сыворотки антитоксические, которые  получают путем иммунизации животных анатоксинами или токсинами микробов, и антимикробные, домученные при многократной иммунизации животных бактериями и эндотоксинами.

  Наиболее  эффективны антитоксические сыворотки, которые быстро обезвреживают экзотоксины  в организме больного. Их применяют  для лечения дифтерии, скарлатины, столбняка, ботулизма, газовой гангрены и заболеваний, вызванных стафилококками. Антимикробные сыворотки менее эффективны, поэтому их используют реже.  

  2.2 Получение

  Лечебные  и профилактические гетерологичные сыворотки получают путем иммунизации ослов и лошадей, поскольку эти животные более реактогенны, чем другие, и дают большой выход антител. Кроме того, лошадиный белок анафилоктогенен.

  Для получения  антитоксических сывороток животных вначале иммунизируют анатоксином, а после создания базисного иммунитета – возрастающими дозами токсина. Антибактериальные сыворотки получают путем введения животным убитых или  живых микробов. Из крови животных выделяют плазму, затем из нее удаляют фибрин получают сыворотку.

  Забор крови  у этих животных производят в период максимального содержания антител, однако для этого необходимо постоянно  контролировать кровь по такому показателю, как титр антител.

  Антитоксические сыворотки титруются в антитоксических  или международных единицах (АЕ или  МЕ). За 1 АЕ принимают минимальное  количество сыворотки, предохраняющее определенный вид животных от гибели при заражении специально подобранной  дозой токсина. Так, 1АЕ антидифтерийной  сыворотки – это наименьшее количество сыворотки, которое на протяжении 4 суток предохраняет от смерти морскую  свинку массой 250г, инфицированную 100 ДLМ дифтерийного токсина.

  Антибактериальные и антивирусные сыворотки не тетрируются и вводятся по клиническим показаниям в миллилитрах. При определении их дозы учитывается тяжесть, день заболевания и возраст больного.

  Полученные  выше описанным способом сывороточные препараты характеризуются относительно низкой активностью и существенным количеством примесей.

  Сыворотки можно получать также из культивируемых на искусственной питательной среде  животных клеток. Однако главной проблемой  в этом случае является обеспечение  стабильного роста животных клеток вследствие их генетической нестабильности, непостоянства генетических экспрессий и старения.

  Нередко для  лечения и профилактики инфекционных болезней используются гомологичные сыворотки  здоровых доноров, переболевших людей  или препараты плацентарной крови.