Av Benedette Cuffari, M.Sc.Granskad av Emily Henderson, B.Sc.

DNA-vacciner, som ofta kallas tredje generationens vacciner, använder konstruerat DNA för att framkalla ett immunologiskt svar hos värden mot bakterier, parasiter, virus och eventuellt cancer.

Bildkredit: Billion Photos/.com

Traditionella vacciner

De vacciner som för närvarande finns tillgängliga för den globala befolkningen omfattar vacciner mot mässling, påssjuka, röda hund, säsongsinfluensavirus, stelkramp, polio, hepatit B, livmoderhalscancer, difteri, kikhosta samt flera andra sjukdomar som är endemiska i vissa regioner i världen.

Många av dessa vacciner ger immunitet genom att inducera antigenspecifika adaptiva immunsvar hos en naiv värd.

Mer specifikt exponerar dessa vacciner immunsystemet för epitoper som har sitt ursprung i målpatogenen, vilket gör det möjligt för immunsystemet att utveckla antikroppar som kan känna igen och angripa detta smittämne om den vaccinerade värden möter denna patogen i framtiden.

Och även om konventionella vacciner är avgörande för att förhindra spridningen av många mycket smittsamma sjukdomar, kräver tillverkningen av dessa vacciner ofta att forskarna hanterar levande patogener. Inte bara kan hanteringen av dessa patogener innebära säkerhetsproblem för dem som utvecklar vaccinet, utan även risken för kontaminering av dessa patogener är oroande.

De utmaningar som är förknippade med utvecklingen av konventionella vacciner har lett till att man har undersökt flera alternativa vaccinmetoder som skulle kunna användas för både smittsamma och icke-smittsamma sjukdomar.

Ett alternativt vaccin som fått stor uppmärksamhet är ett DNA-baserat vaccin som anses vara mer stabilt, kostnadseffektivt och lättare att hantera än traditionella vacciner.

Hur fungerar DNA-vacciner?

Som alla andra typer av vacciner inducerar DNA-vacciner ett adaptivt immunsvar. Den grundläggande arbetsprincipen bakom alla DNA-vacciner innebär att man använder en DNA-plasmid som kodar för ett protein som har sitt ursprung i den patogen som vaccinet ska riktas mot.

Plasmid-DNA (pDNA) är billigt, stabilt och relativt säkert, vilket gör att denna icke virala plattform kan betraktas som ett utmärkt alternativ för genleverans. Några av de olika virusvektorer som har använts för att få fram pDNA är onko-retrovirus, lentivirus, adenovirus, adeno-associerade virus och Herpes simplex-1.

När en intramuskulär (IM) injektion av ett DNA-vaccin administreras kommer pDNA att rikta sig mot myocyter. DNA-vacciner kan också administreras genom en subkutan eller intradermal injektion, som båda riktar sig mot keratinocyter. Oavsett injektionsstället kommer pDNA att transfektera myocyter eller keratinocyter, som sedan kommer att genomgå en typ av programmerad celldöd som kallas apoptos.

En cell som genomgår apoptos kommer att släppa ut små membranbundna fragment som annars kallas apoptotiska kroppar, vilka utlöser endocytos av cellrester av omogna dendritiska celler (iDC). Aktiviteten hos iDC kan sedan initiera generering av exogena antigener, som uteslutande presenteras av major histokompatibilitetsklass II (MHCII).

Antigenpresentation till MHCII aktiverar hjälpande CD4+ T-celler, som bidrar till B-cellernas priming och i slutändan gör det möjligt att skapa det humorala immunsvaret. Detta humorala immunsvar krävs för att aktivera produktionen av CD8+ T-celler.

Förutom att verka på antingen myocyter eller keratinocyter kan alla administreringsvägar för DNA-vaccin också transfektera antigenpresenterande celler (APC) som befinner sig nära injektionsstället. Denna direkta transfektionsväg resulterar i endogent transgenuttryck och parallell presentation av antigenet genom både MHCI och MHCII, vilket ger både CD8+ och CD4+ T-celler.

Bildkredit: New Africa/.com

Vilka DNA-vacciner är för närvarande under utveckling?

För närvarande finns det inga DNA-vacciner som har godkänts för utbredd användning på människor. Flera DNA-baserade vacciner har dock godkänts av både Förenta staternas Food and Drug Administration (FDA) och Förenta staternas Department of Agriculture (USDA) för veterinärmedicinskt bruk, varav ett vaccin mot West Nile-virus hos hästar samt ett melanomvaccin för hundar.

Och även om DNA-baserade vacciner ännu inte har godkänts för användning hos allmänheten, finns det flera pågående kliniska prövningar av DNA-vacciner hos människor. Enligt U.S. National Library of Medicine testas för närvarande över 160 olika DNA-vacciner i kliniska prövningar på människor i USA. Det uppskattas att 62 % av dessa försök ägnas åt cancervaccin och 33 % tillämpas för vaccin mot humant immunbristvirus (HIV).

En av de första kliniska försöken med ett DNA-vaccin undersökte de potentiella terapeutiska och profylaktiska effekterna av ett DNA-vaccin mot HIV. Även om en viss grad av immunogenicitet påvisades i denna prövning, konstaterades inga betydande immunsvar uppstå. Hivs hypervariabilitet gör att detta virus kan invadera värdens immunsystem genom flera olika mekanismer.

Som ett resultat av detta har forskare som försöker utveckla ett DNA-baserat vaccin mot hiv upptäckt att flera olika primingstrategier, boostingmedel och ändrade injektionsscheman måste utvärderas noggrant för att utforma det bästa DNA-vaccinet mot hiv.

Framtida riktningar

Även om ett flertal DNA-baserade vacciner för närvarande testas på människor runt om i världen står flera utmaningar fortfarande i vägen för att denna vaccinmetod ska kunna överföras till kliniken. En av de största utmaningarna i samband med DNA-vacciner är deras låga immunogenicitet hos större djur och människor.

Forskare anser att större mängder DNA inom intervallet 5 till 20 mg skulle behöva injiceras i en människa av genomsnittlig storlek för att öka immunogeniciteten hos DNA-baserade vacciner. En annan utmaning för DNA-baserade vacciner är att optimera transfektionen, vilket skulle kunna uppnås genom att införliva flera parametrar, t.ex. en hybrid viral/eukaryotisk promotor eller optimering av antigenkodoner.

Tillsammantaget kommer ett idealiskt DNA-vaccin att undvika extracellulär nedbrytning och framgångsrikt ta sig in i målcellernas kärna för att inducera ett långvarigt immunsvar.

• Malonis R.J., Lai J.R., Vergnolle O. (2020). Peptidbaserade 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 – hur långt ifrån klinisk användning? International Journal of Molecular Sciences 19(11). doi:10.3390/ijms19113605.
• Jahanafrooz, Z., Baradaran, B., Mosafer, J., et al. (2020). Jämförelse av DNA- och mRNA-vacciner mot cancer. Drug Discovery Today 25(3); 552-560. doi:10.1016/j.drudis.2019.12.003.
• Rezaei, T., Khalili, S., Baradaran, B., et al. (2019). Nya framsteg i utvecklingen av hiv-DNA-vacciner: Stegvisa förbättringar till kliniska prövningar. Journal of Controlled Release 316; 116-137. doi:10.1016/j.jconrel.2019.10.045.

Fortsatt läsning

• Allt innehåll om vacciner
• Vad är vacciner?
• Vaccinhistoria
• Vaccinschema
• Vaccinets effektivitet

Skrivet av

Benedette Cuffari

Efter att ha avslutat sin kandidatexamen i toxikologi med två biämnen i spanska och kemi 2016, Benedette fortsatte sina studier och avslutade sin magisterexamen i toxikologi i maj 2018. Under forskarutbildningen undersökte Benedette dermatotoxiciteten hos mekloretamin och bendamustin; två alkylerande medel med kvävesenap som används i anticancerbehandling.

Citat

.