© Borgis - Medycyna Rodzinna 4/2007, s. 91-95
*Aleksandra Krause, Paulina Górska, Janusz Ślusarczyk
Adiuwanty – substancje podnoszące skuteczność szczepionek – część II
ADJUVANTS – SUBSTANCES STIMULATING IMMUNE RESPONSE – PART II
Zakład Badania Surowic i Szczepionek Państwowego Zakadu Higieny
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. med. Janusz Ślusarczyk
Summary
Adjuvants that are constituents of many different preparations used for active immunization, significantly influence the process of immunological reaction against the antigen, enhancing or modulating its profile. Optimal adjuvant system should provide high effectiveness of vaccines and allergen preparations and guarantee maximal safety. New generation vaccines produced with advanced genetic engineering techniques, containing synthetic antigens or antigen fragments are much safer than conventional preparations, but also much less immunogenic. New adjuvant formulas are therefore elaborated to obtain sufficient immunostimulation. Aluminium hydroxide or aluminium phosphate are the most universal adjuvant nowadays. New experiments are conducted however worldwide to elaborate better adjuvants than aluminum compounds. In the second part of the paper entitled "Adjuvants – substances stimulating immunological response” physico-chemical properties and mechanisms of action of new generation adjuvants were focused. Main groups of these substances were characterized, such as adjuvants derived from bacteria, liposomes, archaeosomes, adjuvant-active nonionic block copolymers, microspheres or cytokines, many different adjuvant formulas were also specified, among others MPL, CpG, enterotoxins and MDP.
WSTĘP
Adiuwanty określane są jako substancje, które zwiększają lub modulują odpowiedź immunologiczną przeciw antygenom. Idealny adiuwant powinien stymulować reakcję immunologiczną, być bezpieczny i nie toksyczny (1). Szczepionki nowej generacji zawierające antygeny produkowane metodami inżynierii genetycznej lub tylko fragmenty antygenów są mniej immunogenne w porównaniu do szczepionek tradycyjnych. Dlatego szczepionki te, wymagają stosowania nowych sysytemów adiuwancyjnych. W dalszej części pracy wymieniono niektóre z nich.
Adiuwanty o pochodzeniu bakteryjnym
LPS
Główne mechanizmy obronne organizmu są kierowane przede wszystkim przeciw elementom ściany komórkowej drobnoustrojów. Związki te, obecne w krwiobiegu, są jednymi z najsilniejszych aktywatorów procesu zapalnego (2). Użyte z konkretnym antygenem, zwiększają odpowiedź immunologiczną na ten antygen, działając w ten sposób jak adiuwant (3). Najbardziej znanym produktem bakteryjnym mającym właściwości adiuwancyjne jest lipopolisacharyd (LPS) Mycobacterium spp., Corynebacterium parvum lub Corynebacterium granulosum oraz Bordetella pertussis (3). Lipopolisacharyd jest jednak zbyt toksyczny i pirogenny, aby mógł być wykorzystywany jako adiuwant w szczepionkach przeznaczonych dla ludzi (4). Nawet śladowe jego ilości wywołują w organizmie człowieka gorączkę (2). W ostatnich latach zaobserwowano jednak duży postęp w detoksyfikacji LPS (3). LPS jest amfipatyczną molekułą z trzema regionami: O-swoisty polisacharyd, rdzeń oligosacharydu i lipid A (3). Łańcuch polisacharydowy O-swoisty jest elementem o dużej zmienności strukturalnej i odpowiada za właściwości antygenowe LPS (4). Region lipidu A jest disacharydem zbudowanym z dwóch reszt glukozaminy, z dwoma grupami fosforanowymi i pięcioma lub sześcioma resztami kwasów tłuszczowych o długości 12-16 atomów węgla, przyłączonymi do cząsteczek cukrów (2). Wolny lipid A, który odpowiada za najwięcej biologicznych aktywności takich jak działania adiuwancyjne i toksyczność, jest tak samo aktywny jak LPS i odpowiada za masywne pobudzenie komórek układu odpornościowego (2, 3). Na aktywność adiuwancyjną LPS dla polisacharydowych i białkowych antygenów mają wpływ komórki T, zwłaszcza supresorowe. LPS aktywuje także makrofagi oraz inne komórki wydzielające monokiny m.in. IL-1, która stymuluje dalej limfocyty (3). W celu zmniejszenia toksyczności lipidu A, poddano go łagodnej hydrolizie, w wyniku której traci on jedną grupę fosforanową (2). Ribi i wsp. przeprowadzili bardziej selektywną hydrolizę traktując monofosforylowy lipid A z dzikich mutantów Salmonelli minnesota R595 lub Salmonelli typhimurium 0,1 M HCl, co spowodowało odcięcie jednego łańcucha kwasu tłuszczowego, otrzymując w ten sposób nowy adiuwant - MPLTM (5, 6).
MPLTM
MPL (monofosforylowy lipid A) zachowuje wiele cech wyjściowej molekuły, jakim jest lipid A, działa jednak gorączkotwórczo w o wiele mniejszym stopniu (3). Może być stosowany pojedynczo lub wchodzić w skład złożonej formuły adiuwancyjnej zawierającej odpowiedni nośnik w postaci emulsji olejowej czy liposomu, co uruchamia swoiste mechanizmy cytotoksyczne (2, 6). MPLTM zawdzięcza swoją aktywność adiuwancyjną przede wszystkim zdolności do pobudzania APC do efektywniejszej prezentacji antygenu, w wyniku czego następuje wzrost ekspresji cząsteczek kostymulujących (2). Wykazano, że komórki dendrytyczne (DC) przemieszczają się w obrębie śledziony do strefy limfocytów T (2). Zaobserwowano również wydzielanie większych ilości IFN-ă przez DC w obecności tego adiuwantu (2). MPL wpływa immunostymulująco na odpowiedź humoralną i komórkową poprzez interferencję z antygenowo-swoistymi supresorowymi komórkami T (6). W obecności MPLTM limfocyty T, którym jest prezentowany swoisty antygen, eksponują na błonie komórkowej więcej ligandów białek CD40 (cząsteczek CD40L), przekazujących komórkom dendrytycznym sygnał do dojrzewania (7). Podczas immunizacji donosowej, MPLTM jest również skutecznym adiuwantem, ponieważ pobudza syntezę przeciwciał IgA w obrębie błon śluzowych, nie tylko w górnych drogach oddechowych. Zaobserwowano też podwyższony poziom IgG2a w surowicy (2). MPLTM okazał się skutecznym adiuwantem w eksperymentalnych szczepionkach przeciw malarii i przeciwnowotworowych zarówno u zwierząt, jak i u człowieka (8).
Połączenie MPL z solami glinu stanowi nowy system adiuwancyjny SBAS4 wykorzystywany do indukcji ochronnego poziomu przeciwciał anty-HBs w szczepionkach przeciw wzw B (2, 9, 10). W badaniach przy udziale 150 młodych dorosłych wykazano, że szczepionka z nowym systemem adiuwancyjnym SBAS4 jest bardziej immunogenna w porównaniu z grupą kontrolną, którą stanowiły osoby immunizowane szczepionką Engerix B zawierająca jako adiuwant wodorotlenek glinu (9, 11). Ponadto wykazano, że SBAS4 ma korzystny wpływ na odpowiedź humoralną in vivo oraz na odpowiedź komórkową in vitro, a także że jest bezpieczny, dobrze tolerowany i może wywoływać szybszą ochronę przeciw infekcjom wirusem HBV (9, 10).
CpG
W przeciwieństwie do DNA człowieka i innych kręgowców, DNA bakterii, owadów i pasożytów wielokomórkowych, zawierają tzw. motywy CpG, czyli niemetylowane sekwencje dinukleotydowe (4). Są one rozpoznawane przez receptor TLR9 (4), ze względu na obecność sekwencji dinukleotydów cytozyny-guaniny, umieszczonych w odpowiednim sąsiedztwie dwóch zasad purynowych od końca 5´ i dwóch pirymidynowych od końca 3´ (2, 4). Motywy CpG u bakterii występują z częstością 1/16 par zasad, podczas gdy u kręgowców 1/64 par zasad i u nich zazwyczaj cytozyna ma przyłączoną grupę metylową (2). Efektem związania CpG jest poliklonalna aktywacja i proliferacja limfocytów B, niezależnie od pomocy limfocytów T, co wiąże się z wytwarzaniem przeciwciał i czynników antyapoptotycznych (2). APC reagują na bakteryjne DNA lub syntetyczne oligodeoksynukleotydy (ODN) zawierające motywy CpG, zwiększonym wydzielaniem prozapalnych cytokin jak IFN- α/β/γ, IL-6, IL-10, IL-12, IL-18, TNF-α, GM-CSF i chemokin, wzrostem liczby cząsteczek kostymulujących oraz cząsteczek MHC klasy II na ich powierzchni, a także pobudzeniem komórek dendrytycznych (2,4,12). Uruchomiona zostaje także odpowiedź typu Th1 oraz cytotoksyczne komórki NK (2). Po podaniu CpG noworodkom, u których reakcje obronne organizmu od początku są zdominowane przez komórki Th2, CpG pozwalają wzbudzić odpowiedź Th1, dzięki czemu szybciej powstają mechanizmy odporności komórkowej (2). W przypadku chorób alergicznych, w których obserwowana jest nadmierna aktywacja limfocytów Th2, motywy CpG mogą przesunąć profil reakcji immunologicznych w kierunku odpowiedzi typu Th1 (2). W konsekwencji wzrasta wytwarzanie przeciwciał IgG2a, a zmniejsza się synteza przeciwciał IgE, odpowiedzialnych za rozwój choroby (13). Prowadzone są badania nad wykorzystaniem ODN jako adiuwantów, zarówno w szczepionkach przeciwnowotworowych, jak również w szczepionkach terapeutycznych (4, 14). Adsorbowanie CpG na związkach glinu powoduje dodatkowe zwiększenie jego aktywności (2).
Enterotoksyny
Bardzo silnymi immunogenami, zwłaszcza po podaniu na błony śluzowe są toksyna cholery (CT), pochodząca z przecinkowca cholery ( Vibrio cholerae) i niestabilna termicznie enterotoksyna z Escherichia coli (LT) (2, 15). Pod względem budowy toksyny te są białkami zbudowanymi z dwóch regionów, A i B, homologicznymi w 80%. Region B zawierający 5 identycznych nie-kowalencyjnie związanych monomerów, jest immunologicznie dominujący i nietoksyczny (3). Region A jest biologicznie aktywnym białkiem o aktywności enzymatycznej mającym właściwości toksyczne (3). Aktywność adiuwancyjna toksyn w obrębie błon śluzowych polega na pobudzaniu syntezy swoistych przeciwciał IgA w odpowiedzi na jednocześnie podawany antygen (2). Odporność śluzówkowa ma duże znaczenie, ponieważ dla niektórych patogenów błony śluzowe są miejscem wnikania do organizmu (2). Wykazano, że toksyny CT i LT wpływają na APC, stymulując u nich ekspresję białek MHC klasy II, cząsteczek kostymulujących oraz receptorów dla chemokin (CCR7) (2, 16), jak również indukując wytwarzanie IL-1, która uruchamia odczyn zapalny (4). Zaobserwowano także zdolność enterotoksyny do działania adiuwancyjnego przy immunizacji drogą transdermalną (2, 17). Plaster nasączony roztworem antygenu i CT lub LT, umieszczony na nieuszkodzonej skórze, indukuje odpowiedź humoralną (głównie typu Th2) i syntezę przeciwciał IgG i IgA w surowicy i błonach śluzowych w odpowiedzi na antygen szczepionkowy (17).
Dipeptyd muramylowy i jego pochodne
W wyniku poszukiwań alternatywnych, mniej toksycznych adiuwantów, wyizolowano ze ściany komórkowej bakterii z rodzaju Mycobacterium, dipeptyd muramylowy (MDP – N-acetylomuramylo-L-alanylo-D-izoglutamina) (2, 3). MDP, podobnie jak martwe mykobakterie jest pirogenny i również wywołuje niepożądane efekty uboczne, chociaż w mniejszym stopniu (4). Z tego względu nie został zaakceptowany do stosowania w immunizacji ludzi. Badania nad uzyskaniem syntetycznych analogów lub pochodnych MDP pozbawionych toksyczności doprowadziły do otrzymania wielu związków o adiuwancyjnych właściwościach (6). Takimi analogami są np. treonylo-MDP, w której alaninę zastąpiono treoniną, MDP-Lys(L18), adamantylo-desmuramylodipeptyd, murabutyd czy MTP-PE – tripeptydowe (dodatkowa alanina) połączenie z fosfatydyloetanoloaminą, nadające cząsteczce amfifilowy charakter (2). Działanie adiuwancyjne MDP polega na mobilizacji APC oraz ich aktywacji połączonej z wydzielaniem cytokin takich jak TNF-α, IL-1, IL-6, IFN- α, GM-CSF, a także na pobudzenu fagocytozy (2). MDP powoduje wzrost proliferacji limfocytów T, indukowanych mitogenami i sam przy tym jest mitogenem dla limfocytów B (2). MDP podany w roztworze soli fizjologicznej wywołuje głównie odpowiedź humoralną, zawarty natomiast w emulsji wodno-olejowej (W/O), pobudza dodatkowo również odpowiedź komórkową (2). Murabutyd, lipofilna pochodna, powoduje także wzrost ekspresji CD80, CD83, CD86 i CD40 oraz stymuluje produkcję cytokin TNF-α, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12 przez komórki dendrytyczne człowieka (DCs) (18). Szczepionki przeciwwirusowe zawierające tę pochodną, skutecznie indukują powstawanie przeciwciał swoistych u ludzi (4). MTP-PE, fosforanowa pochodna MDP, również wykazuje wysoką przydatność jako adiuwant m.in. w eksperymentalnej szczepionce przeciwko wirusowi nabytego niedoboru odporności typu I (HIV-1) oraz w szczepionce przeciwko grypie (4, 19, 20). Stosunkowo nowym typem szczepionki zawierającej jako adiuwant pochodną MDP (B30-MDP), jest liposomalna, przeciwgrypowa szczepionka zawierająca antygeny grypy takie jak hemaglutynina i neuraminidaza (HANA). Preparat ten zwiększa poziom przeciwciał oraz komórkową odporność u myszy i świnek morskich (21).
Liposomy
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. Mesa C., Fernandez L.E.: Challenges facing adjuvants for cancer immunotherapy. Immunol Cell. Biol. 2004; 82, 6: 644-50.2. Chodaczek G.: Adiuwanty jako czynniki podnoszące skuteczność szczepionek. Postępy Hig. Med. Dosw., 2004; 58: 47-59. 3. Gupta R.K., et al.: Adjuvants - a balance between toxicity and adjuvanticity. Vaccine 1993; 11, 3: 293-306.4. Dzierzbicka K., Kołodziejczyk A.M.: Adiuwanty - niezbędne składniki szczepionek nowej generacji. Postępy Biochemii 2006; 52, 2: 204-211.5. Persing D.H., et al.: Taking toll: lipid A mimetics as adjuvants and immunomodulators. Trends Microbiol 2002; 10 (10 Suppl): S32-37.6. Fiejka M., Aleksandrowicz J.: Perspektywy zastosowania w szczepionkach nowych adiuwantów. 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, 167-179.7. Ismaili J., et al.: Monophosphoryl lipid A activates both human dendritic cells and T. cells. J. Immunol., 2002; 168: 926-932.8. Jiang Z.H., Koganty R.R.: Synthetic vaccines: The role of adjuvants in immune targeting. Curr. Med. Chem., 2003; 10: 1423-1439.9. Thoelen S., et al.: Safety and immunogenicity of a hepatitis B vaccine formulated with a novel adjuvant system. Vaccine 1998; 16, 7: 708-14.10. Thoelen S., et al.: A prophylactic hepatitis B vaccine with a novel adjuvant system. Vaccine 2001; 19, 17-19: 2400-3.11. Ambrosch F., et al.: A hepatitis B vaccine formulated with a novel adjuvant system. Vaccine 2000; 18, 20: 2095-101.12. McCluskie M.J., Weeratna R.D.: Novel adjuvant systems. Curr. Drug. Targets Infect Disord., 2001; 1, 3: 263-71.13. Erb K.J., Wohlleben G.: Novel vaccines protecting against the development of allergic disorders: a double-edged sword? Curr. Opin. Immunol., 2002; 14: 633-643.14. Krieg A.M.: The role of CpG motifs in innate immunity. Curr. Opin. Immunol., 2000; 12: 35-43.15. Williams N.A., et al.: Immune modulation by the cholera-like enterotoxins: from adjuvant to therapeutic. Immunol. Today 1999; 20: 95-101.16. Gagliardi M.C., et al.: Cholera toxin induces maturation of human dendritic cells and licences them for Th2 priming. Eur. J. Immunol., 2000; 30: 2394-2403.17. Glenn G.M., et al.: Transcutaneous immunization with bacterial ADP-ribosylating exotoxins as antigens and adjuvants. Infect. Immun., 1999; 67: 1100-1106.18. Todate A., et al.: Muramyl dipeptide-Lys stimulates the function of human dendritic cells. J. Leukoc. Biol., 2001; 70: 723-729.19. Fast D.J., Vosika G.J.: The muramyl dipeptide analog GMTP-N-DPG preferentially induces cellular immunity to soluble antigens. Vaccine 1997; 15: 1748-1752.20. Bahr G.M.: Non-specific immunotherapy of HIV-1 infection: potential use of the synthetic immunomodulator murabutide. J. Antimicrob. Chemother 2003; 51: 5-8.21. Ando S., et al.: Effect of cholesterol or phospholipids incorporation on vesicle formation of muramyldipeptide derivative B30-MDP. Prog. Colloid. Polym. Sci. 1996; 274: 178-185.22. Maurer N., et al.: Developments in liposomal drug delivery systems. Expert Opin. Biol. Ther., 2001; 1, 6: 923-47.23. Green S., et al.: Liposomal vaccines. Adv. Exp. Med. Biol., 1995; 383: 83-92.24. Gluck R.: Adjuvant activity of immunopotentiating reconstituted influenza virosomes (IRIVs). Vaccine 1999; 17: 1782-1787.25. Patel G.B., Chen W.: Archaeosome immunostimulatory vaccine delivery system. Curr. Drug. Deliv., 2005; 2, 4: 407-21.26. Patel G.B., Sprott G.D.: Archaeobacterial ether lipid liposomes (archaeosomes) as novel vaccine and drug delivery system. Crit. Rev. Biotechnol., 1999; 19: 317-357.27. Krishnan L., Dennis Sprott G.: Archaeosomes as self-adjuvanting delivery system for cancer vaccines. J. Drug. Target., 2003; 11, 8-10: 515-24.28. Patel G.B., et al.: Archaeosomes as adjuvants for combination vaccines. J. Liposome Res., 2004; 14, 3-4: 191-202.29. Newman M.J.: Vaccines adjuvant. Expert Opinion on Therapeutic Patents 2000; 10: 279-314.30. Hughes H.P.: Cytokine adjuvants: lessons from the past - guidelines for the future? Vet Immunol Immunopathol 1998; 63: 131-138.31. Van Slooten M.L., et al.: Immunoadjuvant activity of interferon-gamma-liposomes co-administered with influenza vaccines. Biochim. Biophys. Acta 2001; 1531: 99-110.32. Ben-Yehuda A., et al.: Immunogenicity and safety of a novel IL-2-supplemented liposomal influenza vaccine (INFLUSOME-VAC) in nursing-home residents. Vaccine 2003; 21: 3169-3462.33. Freidag B.I., et al.: CpG oligodeoxynucleotides and interleukin-12 improve the efficacy of Mycobacterium bovis BCG vaccination in mice challenged with M. tuberculosis. Infect Immun. 2000; 68: 2948-2953.34. Kenney R.T., et al.: Protective immunity using recombinant human IL-12 and alum as adjuvants in a primate model of cutaneous leishmaniasis. J. Immunol., 1999; 163: 4481-4488.35. Arulanandam B.P., et al.: IL-12 is a potent neonatal vaccine adjuvant. Eur. J. Immunol., 1999; 29: 256-264.36. Ahlers J.D., et al.: Mechanisms of cytokine synergy essential for vaccine protection against viral challenge. Int. Immunol., 2001; 13: 897-908.37. Pascual D.M., et al.: Adjuvants: Present regulatory challenges. Vaccine 2006; 24S2: S2/88-S2/89.
