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

DNA-rokotteet, joihin usein viitataan kolmannen sukupolven rokotteina, käyttävät muokattua DNA:ta aiheuttamaan isännässä immunologisen vasteen bakteereja, loisia, viruksia ja mahdollisesti syöpää vastaan.

Image Credit: Billion Photos/.com

Traditionaaliset rokotteet

Maailman väestölle tällä hetkellä saatavilla oleviin rokotteisiin kuuluvat rokotteet tuhkarokkoa, sikotautia, vihurirokkoa, kausiluonteista influenssavirusta, jäykkäkouristusta, poliota, hepatiitti B:tä, kohdunkaulan syöpää, kurkkumätää ja hinkuyskää vastaan sekä useita muita tauteja vastaan, jotka ovat tietyillä alueilla endeemisiä.

Monet näistä rokotteista aikaansaavat immuniteetin indusoimalla antigeenispesifisen adaptiivisen immuunivasteen naiivissa isännässä.

Monimutkaisemmin sanottuna nämä rokotteet altistavat immuunijärjestelmän epitoopeille, jotka ovat peräisin kohteena olevasta taudinaiheuttajasta, mikä mahdollistaa sen, että immuunijärjestelmä pystyy kehittämään vasta-aineita, jotka pystyvät tunnistamaan ja hyökkäämään kyseistä taudinaiheuttajan kimppuun siinä tapauksessa, että rokotteen saanut isäntä kohtaa tämän taudinaiheuttajan jatkossa.

Vaikka tavanomaiset rokotteet ovat ratkaisevan tärkeitä lukuisten erittäin tarttuvien tautien leviämisen estämisessä, näiden rokotteiden valmistaminen edellyttää usein, että tutkijat käsittelevät eläviä taudinaiheuttajia. Näiden taudinaiheuttajien käsittely voi aiheuttaa turvallisuusongelmia rokotteen kehittäjille, mutta myös näiden taudinaiheuttajien aiheuttama kontaminaatioriski on huolenaihe.

Tavanomaisten rokotteiden kehittämiseen liittyvät haasteet ovat johtaneet useiden vaihtoehtoisten rokotusmenetelmien tutkimiseen, joita voitaisiin käyttää sekä tarttuviin että ei-tarttuviin tauteihin.

Yksi vaihtoehtoiseksi rokotteeksi, joka on saanut paljon huomiota, on DNA-pohjainen rokote, jota pidetään vakaampana, kustannustehokkaampana ja helpommin käsiteltävänä kuin perinteisiä rokotteita.

Miten DNA-rokotteet toimivat?

Kuten mikä tahansa rokotetyyppi, DNA-rokotteetkin synnyttävät adaptiivisen immuunivasteen. Kaikkien DNA-rokotteiden perustoimintaperiaatteena on käyttää DNA-plasmidia, joka koodaa proteiinia, joka on peräisin patogeenista, johon rokote kohdistetaan.

Plasmidi-DNA (pDNA) on edullista, vakaata ja suhteellisen turvallista, minkä ansiosta tätä ei-virusperäistä alustaa voidaan pitää erinomaisena vaihtoehtona geenien toimittamiseen. Erilaisia virusvektoreita, joita on käytetty pDNA:n lähteenä, ovat muun muassa onkoretrovirukset, lentivirukset, adenovirukset, adeno-assosioituneet virukset ja Herpes simplex-1.

Kun DNA-rokotteen lihaksensisäinen (IM) injektio annetaan, pDNA kohdistuu myosyytteihin. DNA-rokotteita voidaan antaa myös ihonalaisena tai ihonsisäisenä injektiona, jotka molemmat kohdistuvat keratinosyytteihin. Riippumatta injektiokohdasta pDNA transfektoi myosyytit tai keratinosyytit, jotka sitten käyvät läpi eräänlaisen ohjelmoidun solukuoleman, joka tunnetaan nimellä apoptoosi.

Apoptoosin läpikäynyt solu vapauttaa pieniä kalvoon sidottuja fragmentteja, jotka tunnetaan muutoin nimellä apoptoottiset kappaleet, jotka laukaisevat epäkypsien dendriittisolujen (iDC, immature dendritic cells) suorittaman solunjäänteiden endosytoosin. Tämän jälkeen iDC:n aktiivisuus voi käynnistää eksogeenisten antigeenien tuottamisen, jotka esitellään yksinomaan päähistokompatibiliteettiluokassa II (MHCII).

Antigeenin esittäminen MHCII:lle aktivoi auttaja-CD4+ T-soluja, jotka myötävaikuttavat B-solujen alkukehitykseen ja mahdollistavat viime kädessä humoraalisen immuunivasteen syntymisen. Tätä humoraalista immuunivastetta tarvitaan CD8+ T-solujen tuotannon aktivoimiseksi.

Sen lisäksi, että mikä tahansa DNA-rokotteen antoreitti voi vaikuttaa joko myosyytteihin tai keratinosyytteihin, se voi myös transfektoida injektiokohdan lähellä sijaitsevia antigeenia esitteleviä soluja (APC). Tämä suora transfektioreitti johtaa endogeeniseen transgeenin ilmentymiseen ja antigeenin rinnakkaiseen esitykseen sekä MHCI:n että MHCII:n kautta, jolloin saadaan aikaan sekä CD8+- että CD4+-T-soluja.

Kuvan luotto: New Africa/.com

Mitä DNA-rokotteita on tällä hetkellä kehitteillä?

Tänään ei ole DNA-rokotteita, jotka olisi hyväksytty laajamittaiseen käyttöön ihmisille. Sekä Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto FDA (Food and Drug Administration) että Yhdysvaltain maatalousministeriö USDA (Department of Agriculture) ovat kuitenkin hyväksyneet useita DNA-pohjaisia rokotteita eläinlääkinnälliseen käyttöön, joista mainittakoon hevosille tarkoitettu rokote Länsi-Niilin virusta vastaan sekä koirille tarkoitettu melanooma-rokote.

Vaikka DNA-pohjaisia rokotteita ei ole vielä hyväksytty käytettäväksi suurelle yleisölle, DNA-rokotteita koskevia meneillään olevia kliinisiä ihmiskohtaisia tutkimuksia on olemassa useita. Yhdysvaltain kansallisen lääketieteellisen kirjaston (U.S. National Library of Medicine) mukaan Yhdysvalloissa testataan tällä hetkellä yli 160 erilaista DNA-rokotetta kliinisissä ihmiskokeissa. Arvioidaan, että 62 prosenttia näistä kokeista on omistettu syöpärokotteille ja 33 prosenttia ihmisen immuunikatovirusta (HIV) vastaan tarkoitetuille rokotteille.

Yksessä ensimmäisistä DNA-rokotetta koskevista kliinisistä kokeista tutkittiin DNA-rokotteen mahdollisia terapeuttisia ja ennaltaehkäiseviä vaikutuksia HIV:tä vastaan. Vaikka tässä tutkimuksessa havaittiin jonkinasteista immunogeenisuutta, merkittävää immuunivastetta ei havaittu syntyvän. HIV:n hypervariaabelius antaa tälle virukselle mahdollisuuden tunkeutua isännän immuunijärjestelmään useiden eri mekanismien avulla.

Tutkijat, jotka pyrkivät kehittämään DNA-pohjaista rokotetta HIV:tä vastaan, ovatkin havainneet, että on arvioitava tarkoin useita erilaisia aloitusstrategioita, tehosteaineita ja muutettuja injektioaikatauluja, jotta voidaan suunnitella paras mahdollinen HIV:tä vastaan tarkoitettu DNA-rokote.

Tulevaisuuden suunnat

Vaikka lukuisia DNA-pohjaisia rokotteita testataan tällä hetkellä ihmisillä eri puolilla maailmaa, useat haasteet ovat vielä tiellä, jotta tämä rokotusmenetelmä voitaisiin siirtää kliiniseen käyttöön. Yksi suurimmista DNA-rokotteisiin liittyvistä haasteista on niiden vähäinen immunogeenisuus suuremmilla eläimillä ja ihmisillä.

Tutkijat uskovat, että keskikokoiseen ihmiseen olisi ruiskutettava suurempia määriä DNA:ta 5-20 mg:n välillä, jotta DNA-pohjaisten rokotteiden immunogeenisuus lisääntyisi. Toinen DNA-pohjaisten rokotteiden haaste liittyy transfektion optimointiin, joka voitaisiin saavuttaa sisällyttämällä siihen useita parametreja, kuten hybridi virus-/eukaryoottinen promoottori tai antigeenikoodonien optimointi.

Kokonaisuutena ihanteellinen DNA-rokote välttää solunulkoisen hajoamisen ja tunkeutuu menestyksekkäästi kohdesolujen ytimeen, jotta se voi indusoida pitkäaikaisen immuunivasteen.

• Malonis R.J., Lai J.R., Vergnolle O. (2020). Peptidipohjaiset rokotteet: Current Progress and Future Challenges. Chemical Reviews 20(6);3210-3229. doi:10.1021/acs.chemrev.9b00472.
• Hobernik, D., & Bros, M. (2018). DNA-rokotteet – kuinka kaukana kliinisestä käytöstä? International Journal of Molecular Sciences 19(11). doi:10.3390/ijms19113605.
• Jahanafrooz, Z., Baradaran, B., Mosafer, J., et al. (2020). DNA- ja mRNA-rokotteiden vertailu syöpää vastaan. Drug Discovery Today 25(3); 552-560. doi:10.1016/j.drudis.2019.12.003.
• Rezaei, T., Khalili, S., Baradaran, B., et al. (2019). Viimeaikaiset edistysaskeleet HIV-dna-rokotteiden kehittämisessä: Vaiheittaiset parannukset kliinisiin tutkimuksiin. Journal of Controlled Release 316; 116-137. doi:10.1016/j.jconrel.2019.10.045.

Lisälukemista

• Kaikki rokotussisällöt
• Mitä rokotteet ovat?
• Rokotteiden historia
• Rokotusaikataulu
• Rokotteiden teho

Kirjoittanut

Benedette Cuffari

Valmistuttuaan luonnontieteiden kandidaatin tutkinnon toksikologiassa ja kaksi sivuaineenaan espanja ja kemia vuonna 2016, Benedette jatkoi opintojaan valmistuakseen toksikologian maisteriksi toukokuussa 2018. Jatko-opintojensa aikana Benedette tutki mekloretamiinin ja bendamustiinin dermatotoksisuutta; ne ovat kaksi typpisinappialkyloivaa ainetta, joita käytetään syöpähoidossa.

Sitaatit