Af Benedette Cuffari, M.Sc.Anmeldt af Emily Henderson, B.Sc.

DNA-vacciner, som ofte omtales som tredje generations vacciner, anvender manipuleret DNA til at fremkalde et immunologisk respons hos værten mod bakterier, parasitter, vira og potentielt kræft.

Image Credit: Billion Photos/.com

Traditionelle vacciner

De vacciner, der i øjeblikket er tilgængelige for den globale befolkning, omfatter vacciner mod mæslinger, fåresyge, røde hunde, sæsonbestemt influenzavirus, stivkrampe, polio, hepatitis B, livmoderhalskræft, difteri, kighoste samt flere andre sygdomme, der er endemiske i visse regioner af verden.

Mange af disse vacciner giver immunitet ved at inducere antigenspecifikke adaptive immunresponser hos en naiv vært.

Mere specifikt udsætter disse vacciner immunsystemet for epitoper, der stammer fra målpatogenet, hvilket gør det muligt for immunsystemet at udvikle antistoffer, der kan genkende og angribe dette infektiøse agens, hvis den vaccinerede vært møder dette patogen i fremtiden.

Og selv om konventionelle vacciner er afgørende for at forhindre spredning af mange meget smitsomme sygdomme, kræver fremstillingen af disse vacciner ofte, at forskerne håndterer levende patogener. Ikke alene kan håndteringen af disse patogener give anledning til sikkerhedsproblemer for dem, der udvikler vaccinen, men risikoen for kontaminering med disse patogener er også bekymrende.

De udfordringer, der er forbundet med udviklingen af konventionelle vacciner, har ført til undersøgelse af flere alternative vaccinetilgange, der kan anvendes til både smitsomme og ikke-smitsomme sygdomme.

En alternativ vaccine, der har fået stor opmærksomhed, er en DNA-baseret vaccine, som anses for at være mere stabil, omkostningseffektiv og lettere at håndtere end traditionelle vacciner.

Hvordan virker DNA-vacciner?

Som enhver anden type vaccine inducerer DNA-vacciner et adaptivt immunforsvar. Det grundlæggende arbejdsprincip bag enhver DNA-vaccine indebærer brugen af et DNA-plasmid, der koder for et protein, der stammer fra det patogen, som vaccinen er rettet mod.

Plasmid-DNA (pDNA) er billigt, stabilt og relativt sikkert, hvilket gør, at denne ikke-virale platform kan betragtes som en fremragende mulighed for genoverførsel. Nogle af de forskellige virusvektorer, der er blevet anvendt til at fremskaffe pDNA, omfatter onco-retrovirus, lentivirus, adenovirus, adeno-associerede virus og Herpes simplex-1.

Når en intramuskulær (IM) injektion af en DNA-vaccine gives, vil pDNA’et være rettet mod myocytter. DNA-vacciner kan også administreres ved en subkutan eller intradermal injektion, som begge vil være rettet mod keratinocytter. Uanset injektionsstedet vil pDNA’et transficere myocytter eller keratinocytter, som derefter vil gennemgå en form for programmeret celledød kendt som apoptose.

En celle, der gennemgår apoptose, vil frigive små membranbundne fragmenter, der ellers er kendt som apoptotiske legemer, som udløser endocytose af celleaffald af umodne dendritiske celler (iDC). Aktiviteten af iDC kan derefter igangsætte genereringen af eksogene antigener, som udelukkende præsenteres af major histokompatibilitetsklasse II (MHCII).

Antigenpræsentation til MHCII aktiverer hjælper-CD4+ T-celler, som bidrager til B-cellepriming og i sidste ende gør det muligt at skabe det humorale immunrespons. Dette humorale immunrespons er nødvendigt for at aktivere produktionen af CD8+ T-celler.

Ud over at virke på enten myocytter eller keratinocytter kan enhver administrationsvej for DNA-vaccine også transficere antigenpræsenterende celler (APC’er), der befinder sig i nærheden af injektionsstedet. Denne direkte transfektionsvej resulterer i endogen transgenekspression og parallel præsentation af antigenet gennem både MHCI og MHCII, hvorved der opnås både CD8+ og CD4+ T-celler.

Image Credit: New Africa/.com

Hvilke DNA-vacciner er i øjeblikket under udvikling?

For øjeblikket er der ingen DNA-vacciner, der er blevet godkendt til udbredt brug hos mennesker. Flere DNA-baserede vacciner er dog blevet godkendt af både USA’s Food and Drug Administration (FDA) og USA’s landbrugsministerium (USDA) til veterinær brug, hvoraf en vaccine mod West Nile-virus hos heste samt en melanomvaccine til hunde indgår.

Selv om DNA-baserede vacciner endnu ikke er blevet godkendt til brug i den brede offentlighed, findes der flere igangværende kliniske forsøg med DNA-vacciner på mennesker. Ifølge U.S. National Library of Medicine er over 160 forskellige DNA-vacciner i øjeblikket ved at blive testet i kliniske forsøg på mennesker i USA. Det anslås, at 62 % af disse forsøg er afsat til kræftvacciner, og 33 % er anvendt til vacciner mod humant immundefektvirus (HIV).

Et af de første kliniske forsøg med en DNA-vaccine undersøgte de potentielle terapeutiske og profylaktiske virkninger af en DNA-vaccine mod HIV. Selv om der blev påvist en vis grad af immunogenicitet i dette forsøg, blev der ikke fundet nogen væsentlige immunresponser. Hiv’s hypervariabilitet gør det muligt for denne virus at invadere værtens immunsystem gennem flere forskellige mekanismer.

Som følge heraf har forskere, der forsøger at udvikle en DNA-baseret vaccine mod hiv, opdaget, at flere forskellige priming-strategier, boosting-midler og ændrede injektionsskemaer skal evalueres omhyggeligt for at designe den bedste DNA-vaccine mod hiv.

Fremtidige retninger

Selv om adskillige DNA-baserede vacciner i øjeblikket afprøves på mennesker rundt om i verden, er der stadig flere udfordringer, der står i vejen for, at denne vaccinetilgang kan omsættes til klinisk brug. En af de største udfordringer i forbindelse med DNA-vacciner er deres lave immunogenicitet hos større dyr og mennesker.

Forsker mener, at større mængder DNA i størrelsesordenen 5 til 20 mg skal injiceres i et menneske af gennemsnitsstørrelse for at øge immunogeniciteten af DNA-baserede vacciner. En anden udfordring ved DNA-baserede vacciner omfatter optimering af transfektion, som kan opnås ved at indarbejde flere parametre såsom en hybrid viral/eukaryotisk promotor eller optimering af antigenkodoner.

Totalt set vil en ideel DNA-vaccine undgå ekstracellulær nedbrydning og med succes trænge ind i kernen af målcellerne for at inducere et langvarigt immunrespons.

• Malonis R.J., Lai J.R., Vergnolle O. (2020). Peptidbaserede vacciner: Current Progress and Future Challenges. Chemical Reviews 20(6);3210-3229. doi:10.1021/acs.chemrev.9b00472.
• Hobernik, D., & Bros, M. (2018). DNA-vacciner – hvor langt fra klinisk brug? International Journal of Molecular Sciences 19(11). doi:10.3390/ijms19113605.
• Jahanafrooz, Z., Baradaran, B., Mosafer, J., et al. (2020). Sammenligning af DNA- og mRNA-vacciner mod kræft. Drug Discovery Today 25(3); 552-560. doi:10.1016/j.drudis.2019.12.003.
• Rezaei, T., Khalili, S., Khalili, S., Baradaran, B., et al. (2019). Nylige fremskridt inden for udvikling af HIV DNA-vacciner: Trinvise forbedringer til kliniske forsøg. Journal of Controlled Release 316; 116-137. doi:10.1016/j.jconrel.2019.10.045.

Videre læsning

• Alt indhold af vacciner
• Hvad er vacciner?
• Vaccinehistorie
• Vaccineskema
• Vaccineeffektivitet

Skrevet af

Benedette Cuffari

Efter at have afsluttet sin bachelor of Science i toksikologi med to underfag i spansk og kemi i 2016, fortsatte Benedette sine studier for at afslutte sin kandidatgrad i toksikologi i maj 2018. Under sin kandidatuddannelse undersøgte Benedette dermatotoksiciteten af mechlorethamin og bendamustin; to alkylerende nitrogen-sennep-alkyleringsmidler, der anvendes i kræftbehandling.

Citationer