© Borgis - Medycyna Rodzinna 3/2007, s. 75-79
Aleksandra Krause, Paulina Górska, Janusz Ślusarczyk
Adiuwanty – substancje stymulujące odpowiedź immunologiczną – część I
Adjuvants – substances stimulating immune response. Part I
Zakład Badania Surowic i Szczepionek Państwowego Zakładu Higieny w Warszawie
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. med. Janusz Ślusarczyk
Summary
Adjuvants are substances which enhance humoral as well as cellular immunological response to an antigen. Since more than 60 years they are used as immunostimulators in different preparations administered to acquire active immunization. Many different experiments proved that adjuvants improve effectiveness of vaccines and allergen preparations, nonetheless absolutely safe adjuvants still does not exist. Adjuvants may cause different adverse reactions, i.e. local acute or chronic inflammation, angioedema, immunosuppression, and even anaphylactic shock. Therefore new adjuvant formulas, more effective and safer are being developed. In the first part of the paper entitled "Adjuvants – substances stimulating immunological response” effects and mechanisms of action of adjuvants currently used, as well as experimental ones are described. Main groups of these substances were characterized with regard to their physico-chemical properties, such as mineral compounds, emulsions and saponines, many different adjuvant formulas were also specified, among others aluminum compounds, SAF, MF59, Quil A, QS-21, or immunostimulating complex ISCOMs.
Wstęp
Termin „adiuwant” pochodzi od łacińskiego słowa adjuvare – pomagać, i jest używany do określania każdej substancji, która może zwiększać humoralną i komórkową odpowiedź immunologiczną na antygen (1). Adiuwanty były używane do stymulowania odpowiedzi immunologicznej na antygen od ponad 60 lat, zarówno w badaniach doświadczalnych jak i w rutynowo stosowanych szczepionkach. Pionierem w tej dziedzinie badań był Ramon, który w latach 20-tych ubiegłego stulecia wykazał, że dodanie do szczepionek tężcowej i błoniczej substancji takich jak agar, tapioka, lecytyna, olej krochmalowy, saponiny czy nawet okruchy chleba, powoduje wzrost miana antytoksyn tężcowych i błoniczych (1). Mniej więcej w tym samym czasie Glenny i współ. odkryli działanie adiuwancyjne związków glinu i opisali zastosowanie ich w szczepionkach przeciw błonicy (1). Od tej pory sole glinu stały się powszechnie używanym adiuwantem w różnych szczepionkach.
Efekty działania adiuwantów
Różne właściwości fizyko-chemiczne różnych adiuwantów mogą powodować wzrost efektywności szczepień na wiele sposobów:
– wywołują efekt dépôt polegający na zatrzymaniu antygenu w miejscu podania, hamując jego zbyt szybką eliminację z ustroju i stopniowo go uwalniając, dzięki czemu następuje zwiększenie i wydłużenie czasu jego interakcji z komórkami prezentującymi antygen (APC) i limfocytami, powodując miejscowy odczyn zapalny (2, 3),
– posiadają zdolność modulowania odpowiedzi immunologicznej, poprzez indukcję humoralnej i/lub komórkowej odpowiedzi (3),
– zwiększają skuteczność działania słabych immunogenów, takich jak antygeny syntetyczne wysoko oczyszczone lub rekombinowane (4),
– poprawiają efektywność szczepienia i redukują związane z nim koszty, pozwalając na zmniejszenie dawki antygenu lub częstotliwości uodparniania (2),
– działają immunostymulująco poprzez m.in. aktywację dopełniacza, wzmożenie syntezy cytokin (IL-1, IL-4, IL-6, IFN) czy selekcję odpowiedzi subpopulacji limfocytów T pomocniczych Th1 i/lub Th2 (3),
– zwiększają reaktywność komórek układu odpornościowego u niedojrzałych immunologicznie osobników, takich jak noworodki, u osób w podeszłym wieku lub o obniżonej odporności na skutek niektórych chorób lub radio- czy chemioterapii (2, 4),
– w szczepionkach złożonych pomagają przełamać współzawodnictwo pomiędzy antygenami (2, 5).
Stosowanie adiuwantów umożliwia uzyskiwanie szybszej, silniejszej i dłużej trwającej odpowiedzi na antygen. Jednakże, dotychczas poznane adiuwanty nie są obojętne dla organizmu człowieka. Mogą powodować ryzyko wystąpienia m.in.:
– miejscowego ostrego lub przewlekłego odczynu zapalnego, bolesnego ropnia, guzka lub owrzodzenia,
– chorób z objawami grypo-podobnymi,
– obrzęku naczyniowo-ruchowego, pokrzywki i zapalenia naczyń,
– autoimmunologicznego zapalenia stawów, skrobiawicy i zapalenia błony naczyniowej przedniej komory oka,
– krzyżowych reakcji z antygenami człowieka doprowadzającymi do zapalenia kłębkowego nerek lub zapalenia opon mózgowych,
– immunosupresji, uczulenia na tuberkulinę i inne antygeny podawane drogą transdermalną lub reakcji anafilaktycznych (4, 6).
Generalnie, wybór odpowiednich adiuwantów szczepionkowych odzwierciedla kompromis pomiędzy wymogami adiuwancyjności, a akceptowalnie niskim poziomem niepożądanych reakcji organizmu (1).
Rodzaje adiuwantów
Związki mineralne
Najpopularniejszym z adiuwantów używanych obecnie u ludzi są związki glinu takie jak wodorotlenek glinu, siarczan glinu, fosforan glinu lub fosforan wapnia (7). W badaniach nad aktywnością immunostymulacyjną brano również pod uwagę sole takich metali jak azotan ceru, siarczan cynku, koloidalny wodorotlenek żelaza oraz chlorek wapnia, które zwiększały aktywność toksoidów błoniczych czy tężcowych, jednakże w porównaniu do soli glinu efekt ich działania był słabszy (1). Fosforan wapnia jako adiuwant był używany w szczepionkach skojarzonych: przeciw błonicy, tężcowi i krztuścowi (DTP) oraz w szczepionce przeciw DTP + polio, a także w szczepionkach monowalentnych przeciw błonicy, tężcowi, polio, BCG, żółtej febrze, różyczce, w szczepionkach przeciw wzw B i w preparatach alergenowych (1). Fosforan wapnia jest naturalnym składnikiem organizmu, w związku z tym jest dobrze tolerowany i łatwo resorbowany. Ponadto skutecznie wiąże się z antygenemi i powoli go uwalnia oraz wywołuje wytworzenie wysokiego poziomu przeciwciał klasy IgG (1). Badania kliniczne wykazały skuteczność i bezpieczeństwo szczepionek zawierających adiuwant wapniowy (1).
Glinowe adiuwanty działają głównie przez tworzenie efektu dépôt, który pozwala na powolne uwalnianie antygenu, w ten sposób przedłużając czas interakcji pomiędzy antygenem a komórkami prezentującymi antygen (APC) i limfocytami (1). Wstrzyknięcie glinu i niezaadsorbowanego antygenu do organizmu doprowadza do powstania ogniska zapalnego, które z kolei przyciąga komórki immunokompetentne. Związki glinu aktywują również dopełniacz, co prowadzi do miejscowej odpowiedzi zapalnej i rozwoju komórek pamięci linii B (1). Adiuwanty glinowe zwiększają głównie odpowiedź humoralną i są mniej efektywne we wzbudzaniu odpowiedzi typu komórkowego. Są one szczególnie skutecznym adiuwantem dla toksoidów (3). Toksoidy błonicze i tężcowe adsorbowane na adiuwantach glinowych są bardziej immunogenne niż podawane osobno. Zaadsorbowany toksoid tężcowy stymuluje odporność szybciej, na wyższym poziomie oraz bardziej trwale niż sam toksoid, nawet po podaniu antytoksyny tężcowej (1). Preparaty glinu są powszechnie używanymi adiuwantami w szczepionkach przeciwko błonicy, teżcowi i krztuścowi. Wodorotlenek glinu jest również stosowany w szczepionkach przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu A, kleszczowemu zapaleniu opon mózgowo-rdzeniowych i mózgu, w szczepionkach przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu B drugiej i trzeciej generacji oraz w szczepionce przeciw Haemophilus influenzae typu b skoniugowanej z białkami meningokokowymi (3). Przez wiele lat adiuwanty glinowe były używane z satysfakcjonującymi rezultatami w preparatach alergenowych do odczulania pacjentów z alergią (1). Pomimo że odnotowywano przypadki miejscowych reakcji niepożądanych po podaniu szczepionki lub ekstraktu alergenowego z adiuwantem glinowym, preparaty takie uważane są za stosunkowo bezpieczne i corocznie podaje się miliony dawek szczepionek je zawierających, większość z nich dzieciom i niemowlętom (1). Preparaty zawierające związki glinu nie mogą być liofilizowane, nie mogą także ulec przypadkowemu zamrożeniu, dlatego ich dystrybucja i sposób przechowywania wymagają przestrzegania i monitorowania ściśle określonych warunków (3).
Emulsje
Odrębną grupą adiuwantów stanowią emulsje olejowe. Są to mieszaniny oleju i wody z dodatkiem tenzydów, czyli substancji powierzchniowo czynnych stabilizujących obie fazy (2, 8). Pierwsze doniesienia na ten temat sięgają początków XX wieku, kiedy to Le Moignic i Pinoy odkryli, że zawiesina zabitych bakterii Salmonelli typhimurium w emulsji olejowej spowodowała wzrost odpowiedzi immunologicznej (1). Emulsje olejowe jako adiuwanty nie cieszyły się większą uwagą dopóki w 1930 roku Freund nie zademonstrował, że nieżywe prątki Mycobacterium tuberculosis zawieszone w emulsji wodno-olejowej silnie wzmagają odpowiedź immunologiczną (2). Adiuwant ten, czyli kompletny adiuwant Freuda (FCA) jest jednym z silniejszych adiuwantów dotąd opisanych i jest stosowany w badaniach eksperymentalnych. Natomiast wodno-olejowa emulsja bez mykobakterii, znana jako niekompletny adiuwant Freuda (FIA) jest znacznie bezpieczniejsza i używana w wielu szczepionkach weterynaryjnych m.in. przeciwko wściekliźnie, nosówce psiej, grypie rzekomej czy chorobie Newcastle (1). Przez pewien czas FIA był stosowany również do wzmożenia odpowiedzi immunologicznej w szczepionkach stosowanych u ludzi, np. przeciwko grypie i poliomyelitis (1), jednakże wywoływał on miejscowe reakcje niepożądane, takie jak ziarniniaki czy ropnie jałowe.
Klasyczne formuły adiuwantów bazujące na oleju mineralnym i emulgatorze (Arlacel A – monooleinian mannitolu), mimo iż same nie są stosowane ze względu na zbyt dużą toksyczność i wywoływanie skutków ubocznych w organizmie człowieka, stanowią wyznacznik do którego przyrównywane są nowe systemy adiuwancyjne (1, 2).
Adiuwancyjne działanie emulsji polega na usprawnieniu transportu antygenu do APC, a także jego aktywacji. Emulsje chronią również antygeny przed rozkładem enzymatycznym, a przez zmianę ładunku elektrycznego mogą zwiększać ich immunogenność (2). Jednakże rodzaj oleju nie jest bez znaczenia, gdyż to on decyduje o stopniu pobudzenia komórek immunokompetentnych (8). Oleje mineralne, np. olej parafinowy pozostają w miejscu iniekcji o wiele dłużej niż oleje metabolizowane w organizmie, jak skwalen czy olej arachidonowy, które jednak działają bardziej drażniąco na tkanki i przyczyniają się do powstania bardziej nasilonego odczynu zapalnego (2). Decydująca jest tutaj długość łańcucha węglowodorowego w resztach kwasów tłuszczowych. Im krótszy łańcuch, tym lepsze właściwości solubilizujące i większe działanie drażniące (2). W zależności od sposobu uwalniania antygenu można rozróżnić emulsje O/W („olej w wodzie”), W/O („woda w oleju”) oraz W/O/W („woda w oleju w wodzie”). W pierwszym przypadku fazą ciągłą jest woda a fazą zdyspergowaną olej, antygen jest natomiast zatrzymywany na dość krótko. Odwrotnie jest w emulsji W/O, a antygen jest tu zatrzymywany dłużej (2). W emulsjach wielokrotnych typu W/O/W antygen znajduje się w wewnętrznej oraz w zewnętrznej fazie wodnej, co pozwala na dwuetapowe uwalnianie antygenu. Pierwsza porcja jest dostępna natychmiast po podaniu, druga jest uwalniana później jako dawka przypominająca. Układ W/O/W jest bardzo niestabilny, stąd nieodzowne jest użycie odpowiedniego stabilizatora (2).
SAF
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Gupta R.K., et al.: Adjuvants – a balance between toxicity and adjuvanticity. Vaccine 1993; 11, 3: 293-306. 2. Chodaczek G.: Adiuwanty jako czynniki podnoszące skuteczność szczepionek. Postępy Hig. Med. Dośw., 2004; 58: 47-59. 3. Fiejka M., Aleksandrowicz J.: Perspektywy zastosowania w szczepionkach nowych adiuwantów. W: Ślusarczyk J. Szczepienia i Szczepionki Teraźniejszość i Przyszłość. Referaty wygłoszone podczas Konferencji Naukowej Polskiego Towarzystwa Epidemiologów i Lekarzy Chorób Zakaźnych. Bydgoszcz, 16-18.09.1998. SmithKline Beecham Polska Sp. z o.o. 1999, 167-179. 4. Dzierzbicka K., Kołodziejczyk A.M.: Adiuwanty – niezbędne składniki szczepionek nowej generacji. Postępy Biochemii 2006; 52, 2: 204-211. 5. Newman M.J.: Vaccines adjuvant. Expert Opinion on Therapeutic Patents 2000; 10: 279-314. 6. Kenney R.T., Edelman R.: Survey of human – use adjuvants. Expert Rev Vaccines 2003; 2: 167-188. 7. Górska P.: Adiuwanty oraz substancje konserwujące i stabilizujące zawarte w szczepionkach. W: Magdzik W., Naruszewicz-Lesiuk D., Zieliński A. Wakcynologia (2-gie wydanie. Bielsko-Biała: α-medica press; 2007, 68. 8. Aucouturier J., et al.: Adjuvants designed for veterinary and human vaccines. Vaccine 2001; 19: 2666-2672. 9. Allison A.C., Byars N.E.: Adjuvant formulations and their mode of action. Semin Immunol 1990; 2, 5: 369-74. 10. Podda A., Del Giudice G.: MF59 – adjuvanted vaccines: increased immunogenicity with an optimal safety profile. Expert Rev Vaccines 2003; 2, 2: 197-203. 11. Singh M., O´Hagan D.: Advances in vaccine adjuvants. Nat Biotechnol 1999; 17, 11: 1075-81. 12. Garcon N., et al.: Development of RTS, S/AS02: a purified subunit – based malaria vaccine candidate formulated with a novel adjuvant. Expert Rev Vaccines 2003; 2, 2: 231-238. 13. Skene C.D., Sutton P.: Saponin-adjuvanted particulate vaccines for clinical use. Methods 2006; 40, 1: 53-59. 14. Garcon N., et al.: Development of RTS, S/AS02: a purified subunit – based malaria vaccine candidate formulated with a novel adjuvant. Expert Rev. Vaccines 2003; 2: 231-238. 15. Estrada A., et al.: Isolation and evaluation of immunological adjuvant activities of saponins from Polygala senega L. Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis., 2000; 23, 1: 27-43. 16. Pascual D.M., et al.: Adjuvants: Present regulatory challenges. Vaccine 2006; 24S2: S2/88-S2/89. 17. Sanders M.T., et al.: ISCOM-based vaccines: the second decade. Immunol. Cell. Biol., 2005; 83, 2: 119-128. 18. Pearse M.J., Drane D.: ISCOMATRIX adjuvant for antigen delivery. Adv. Drug. Deliv. Rev., 2005; 57, 3: 465-74. 19. Myschik J., et al.: On the preparation, microscopic investigation and application of ISCOMs. Micron. 2006; 37, 8: 724-34. 20. Smith R.E., et al.: Immune-stimulating complexes induce an IL-12-dependent cascade of innate immune responses. J. Immunol., 1999; 162: 5536-5546.
