By Benedette Cuffari, M.Sc.Reviewed by Emily Henderson, B.Sc.

DNA vakcíny, které jsou často označovány jako vakcíny třetí generace, využívají upravenou DNA k vyvolání imunologické odpovědi hostitele proti bakteriím, parazitům, virům a potenciálně i rakovině.

Obrázek: Billion Photos/.com

Tradiční vakcíny

Vakcíny, které jsou v současné době k dispozici celosvětové populaci, zahrnují vakcíny proti spalničkám, příušnicím, zarděnkám, viru sezónní chřipky, tetanu, dětské obrně, žloutence typu B, rakovině děložního čípku, záškrtu, černému kašli a také několika dalším nemocem, které jsou endemické pro určité oblasti světa.

Mnohé z těchto vakcín poskytují imunitu tím, že u naivního hostitele vyvolávají adaptivní imunitní reakce specifické pro antigen.

Přesněji řečeno, tyto vakcíny vystavují imunitní systém epitopům, které pocházejí z cílového patogenu, což umožňuje imunitnímu systému vyvinout protilátky, které mohou rozpoznat a napadnout toto infekční agens, pokud se očkovaný hostitel s tímto patogenem setká v budoucnosti.

Ačkoli konvenční vakcíny mají zásadní význam pro prevenci šíření mnoha vysoce infekčních onemocnění, výroba těchto vakcín často vyžaduje, aby výzkumníci pracovali s živými patogeny. Nejenže manipulace s těmito patogeny může pro ty, kteří vakcínu vyvíjejí, představovat bezpečnostní problém, ale obavy vzbuzuje i riziko kontaminace těmito patogeny.

Problémy spojené s vývojem konvenčních vakcín vedly ke zkoumání několika alternativních přístupů k vakcínám, které by mohly být použity pro infekční i neinfekční choroby.

Jednou z alternativních vakcín, která si získala značnou pozornost, je vakcína na bázi DNA, která je považována za stabilnější, nákladově efektivnější a snadněji zpracovatelnou než tradiční vakcíny.

Jak fungují DNA vakcíny?

Stejně jako jakýkoli jiný typ vakcíny vyvolávají DNA vakcíny adaptivní imunitní odpověď. Základní princip fungování každé DNA vakcíny spočívá v použití plasmidu DNA, který kóduje protein pocházející z patogenu, na který bude vakcína zaměřena.

Plasmidová DNA (pDNA) je levná, stabilní a relativně bezpečná, díky čemuž lze tuto nevirovou platformu považovat za vynikající možnost pro dodávání genů. Mezi různé virové vektory, které byly použity jako zdroj pDNA, patří onkoretroviry, lentiviry, adenoviry, adenoasociované viry a Herpes simplex-1.

Při intramuskulární (IM) injekci vakcíny DNA bude pDNA cílit na myocyty. Vakcíny DNA lze také podat subkutánní nebo intradermální injekcí, přičemž obě budou cílit na keratinocyty. Bez ohledu na místo vpichu bude pDNA transfekovat myocyty nebo keratinocyty, které poté projdou typem programované buněčné smrti známé jako apoptóza.

Buňka, která projde apoptózou, uvolní malé fragmenty vázané na membránu, které jsou jinak známé jako apoptotická tělíska, která spustí endocytózu buněčných zbytků nezralými dendritickými buňkami (iDC). Aktivita iDC pak může iniciovat tvorbu exogenních antigenů, které jsou prezentovány výhradně hlavní histokompatibilní třídou II (MHCII).

Prezentace antigenů na MHCII aktivuje pomocné CD4+ T buňky, které přispívají k primingu B buněk a nakonec umožňují vytvoření humorální imunitní odpovědi. Tato humorální imunitní odpověď je nutná k aktivaci produkce CD8+ T buněk.

Kromě působení na myocyty nebo keratinocyty může jakýkoli způsob podání DNA vakcíny také transfekovat antigen prezentující buňky (APC) nacházející se v blízkosti místa vpichu. Tento způsob přímé transfekce vede k endogenní expresi transgenu a paralelní prezentaci antigenu prostřednictvím MHCI i MHCII, čímž se získají jak CD8+, tak CD4+ T-buňky.

Obrázek: New Africa/.com

Jaké DNA vakcíny jsou v současné době ve vývoji?

V současné době neexistuje žádná DNA vakcína, která by byla schválena pro široké použití u lidí. Několik vakcín na bázi DNA však bylo schváleno jak Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv Spojených států amerických (FDA), tak Ministerstvem zemědělství Spojených států amerických (USDA) pro veterinární použití, mezi něž patří vakcína proti viru západonilské horečky u koní a také vakcína proti melanomu pro psy.

Ačkoli vakcíny na bázi DNA dosud nebyly schváleny pro použití u široké veřejnosti, existuje několik probíhajících klinických studií vakcín na bázi DNA u lidí. Podle Národní lékařské knihovny USA se v současné době ve Spojených státech testuje v klinických studiích na lidech více než 160 různých DNA vakcín. Odhaduje se, že 62 % těchto zkoušek je věnováno vakcínám proti rakovině a 33 % je aplikováno na vakcíny proti viru lidské imunodeficience (HIV).

Jedna z prvních klinických zkoušek DNA vakcíny zkoumala potenciální terapeutické a profylaktické účinky DNA vakcíny proti HIV. Ačkoli byla v této studii zjištěna určitá úroveň imunogenicity, nebyla zjištěna žádná významná imunitní odpověď. Hypervariabilita viru HIV umožňuje tomuto viru napadat imunitní systém hostitele několika různými mechanismy.

Vědci usilující o vývoj vakcíny proti HIV na bázi DNA proto zjistili, že k navržení nejlepší vakcíny proti HIV na bázi DNA je třeba pečlivě vyhodnotit několik různých strategií primingu, posilujících látek a pozměněných injekčních schémat.

Budoucí směry

Přestože se v současné době po celém světě testuje řada vakcín na bázi DNA na lidech, v cestě tomu, aby se tento přístup k vakcínám mohl uplatnit v klinické praxi, stále stojí několik problémů. Jedním z největších problémů spojených s vakcínami na bázi DNA je jejich nízká imunogenicita u větších zvířat a lidí.

Výzkumníci se domnívají, že ke zvýšení imunogenicity vakcín na bázi DNA by bylo třeba vstříknout člověku průměrné velikosti větší množství DNA v rozmezí 5 až 20 mg. Další výzva vakcín na bázi DNA zahrnuje optimalizaci transfekce, které by mohlo být dosaženo začleněním několika parametrů, jako je hybridní virový/eukaryotický promotor nebo optimalizace kodonů antigenu.

Souhrnně vzato se ideální DNA vakcína vyhne extracelulární degradaci a úspěšně vstoupí do jádra cílových buněk, aby vyvolala dlouhodobou imunitní odpověď.

• Malonis R.J., Lai J.R., Vergnolle O. (2020). Vakcíny na bázi peptidů: Současný pokrok a budoucí výzvy. Chemical Reviews 20(6);3210-3229. doi:10.1021/acs.chemrev.9b00472.
• Hobernik, D., & Bros, M. (2018). DNA vakcíny – jak daleko od klinického použití? International Journal of Molecular Sciences 19(11). doi:10.3390/ijms19113605.
• Jahanafrooz, Z., Baradaran, B., Mosafer, J., et al. (2020). Porovnání DNA a mRNA vakcín proti rakovině. Drug Discovery Today 25(3); 552-560. doi:10.1016/j.drudis.2019.12.003.
• Rezaei, T., Khalili, S., Baradaran, B., et al. (2019). Nejnovější pokroky ve vývoji DNA vakcín proti HIV: Stepwise improvements to clinical trials (Postupné zlepšování ke klinickým zkouškám). Journal of Controlled Release 316; 116-137. doi:10.1016/j.jconrel.2019.10.045.

Další čtení

• Všechen obsah vakcín
• Co jsou to vakcíny?
• Historie očkování
• Seznam očkování
• Účinnost očkování

.

Napsal

Benedette Cuffari

Po dokončení bakalářského studia toxikologie s dvěma vedlejšími obory španělština a chemie v roce 2016, Benedette pokračovala ve studiu a v květnu 2018 dokončila magisterské studium toxikologie. Během postgraduálního studia Benedette zkoumala dermatotoxicitu mechlorethaminu a bendamustinu; dvou dusíkatých hořčičných alkylačních látek, které se používají v protinádorové terapii.

Citace

.