DNA-vacciner, som ofta kallas tredje generationens vacciner, använder konstruerat DNA för att inducera ett immunologiskt svar i värden mot bakterier, parasiter, virus och potentiellt cancer.
Traditionella vacciner
De vacciner som för närvarande är tillgängliga för den globala befolkningen inkluderar vacciner mot mässling, påssjuka, röda hund, säsongsinfluensavirus, stelkramp, polio, hepatit B, livmoderhalscancer, difteri, kikhosta och vacciner mot andra sjukdomar som är endemiska för vissa regioner i värld.
Många av dessa vacciner ger immunitet genom att inducera antigenspecifika adaptiva immunsvar i en värd.
Mer specifikt utsätter dessa vacciner immunsystemet för epitoper som härstammar från patogenen, vilket gör att immunsystemet kan utveckla antikroppar som kan känna igen och attackera detta infektiösa medel om den vaccinerade värden möter denna patogen i framtiden.
Även om konventionella vacciner är avgörande för att förhindra spridning av många mycket smittsamma sjukdomar, kräver tillverkningen av dessa vacciner ofta att forskare hanterar levande patogener. Inte bara kan hanteringen av dessa patogener utgöra säkerhetsproblem för människor som utvecklar vaccinet, utan också risken för kontaminering av dessa patogener.
Utmaningarna i samband med utvecklingen av konventionella vacciner har lett till undersökningen av flera alternativa vaccinmetoder som kan användas för både smittsamma och icke-smittsamma sjukdomar.
Ett alternativt vaccin som har fått stor uppmärksamhet är ett DNA-baserat vaccin. DNA-baserat vaccin anses vara mer stabilt, kostnadseffektivt och lättare att hantera än traditionella vacciner.
Hur fungerar DNA-vacciner?
Liksom alla andra typer av vaccin inducerar DNA-vacciner ett adaptivt immunsvar. Den grundläggande arbetsprincipen bakom vilket DNA-vaccin som helst är användningen av en DNA-plasmid som kodar för ett protein som härstammar från patogenen där vaccinet kommer att riktas.
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 virusvektorerna som har använts för att källa till pDNA inkluderar onco-retrovirus, lentivirus, adenovirus, adenoassocierade virus och Herpes simplex-1.
När en intramuskulär injektion av ett DNA-vaccin administreras kommer pDNA att riktas mot myocyter. DNA-vacciner kan också administreras genom en subkutan eller intradermal injektion för att rikta keratinocyter. Oavsett injektionsstället transfekterar pDNA myocyter eller keratinocyter. Dessa celler kommer sedan att genomgå apoptos.
En cell som genomgår apoptos kommer att frigöra små membranbundna fragment som kallas apoptotiska kroppar. Dessa apoptotiska kroppar utlöser endocytos av cellulärt skräp av omogna dendritiska celler (iDC). Aktiviteten hos iDC kan sedan initiera alstring av exogena antigener, som exklusivt presenteras av huvudhistokompatibilitetsklass II (MHCII).
Antigenpresentation för MHCII aktiverar hjälpare CD4+ T-celler, som bidrar till grundning av B-celler och till slut möjliggör att det humorala immunsvaret kan skapas. Detta humoristiska immunsvar krävs för att aktivera produktionen av CD8+ T-celler.
Förutom att verka på antingen myocyter eller keratinocyter, kan vilken som helst DNA-vaccinadministrationsväg också transfektera antigenpresenterande celler (APC) som ligger nära injektionsstället. Denna direkta transfektionsväg resulterar i endogent transgenuttryck och parallell presentation av antigenet genom både MHCI och MHCII, vilket ger båda CD8+ och CD4+ T-celler.
Vilka DNA-vacciner är för närvarande under utveckling?
För närvarande finns det inga DNA-vacciner som har godkänts för utbredd användning hos människor. Flera DNA-baserade vacciner har dock godkänts av både United States Food and Drug Administration (FDA) och United States Department of Agriculture (USDA) för veterinärmedicinsk användning, inklusive ett vaccin mot West Nile-virus hos hästar och ett melanomvaccin mot hundar.
Även om DNA-baserade vacciner ännu inte har godkänts för användning i allmänheten utfördes flera pågående humana kliniska prövningar på DNA-vacciner. Enligt US 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 cancervacciner och 33% tillämpas på vacciner mot humant immunbristvirus (HIV).
En av de första kliniska prövningarna på ett DNA-vaccin undersökte de potentiella terapeutiska och profylaktiska effekterna av ett DNA-vaccin mot HIV. Även om en viss nivå av immunogenicitet detekterades i denna studie, sågs inga signifikanta immunsvar uppkomma. Hypervariabiliteten hos HIV gör att detta virus kan invadera värdimmunsystemet genom flera olika mekanismer.
Som ett resultat har forskare som försöker utveckla ett DNA-baserat vaccin mot HIV upptäckt att flera olika primingstrategier, boostermedel och förändrade injektionsplaner måste utvärderas noggrant för att utforma det bästa DNA-vaccinet mot HIV.
Framtida inriktningar
Även om många DNA-baserade vacciner för närvarande testas på människor runt om i världen, står fortfarande flera utmaningar i vägen för att låta detta vaccinmetod översättas till kliniken. En av de största utmaningarna i samband med DNA-vacciner är deras låga immunogenicitet hos större djur och människor.
Forskare tror att högre mängder DNA inom intervallet 5 till 20 mg skulle behöva injiceras i en medelstor människa för att öka immunogeniciteten hos DNA-baserade vacciner. En annan utmaning för DNA-baserade vacciner innefattar optimering av transfektion, vilket skulle kunna uppnås genom införlivande av flera parametrar, såsom en hybridviral / eukaryot promotor eller optimering av antigenkodoner.
Sammantaget kommer ett idealt DNA-vaccin att undvika extracellulär nedbrytning och framgångsrikt komma in i kärnan i målceller för att inducera ett långvarigt immunsvar.
.
