Očkovací adjuvancia

Úvod

Po roce 1920, během vědeckého výzkumu v oblasti imunologie zaměřeného na produkci a zpracování zvířecího séra pro účely humánní medicíny, bylo zjištěno, že některé látky, především soli hliníku, výrazně emulgují nebo jinak modifikují antigeny a že při vpravení směsi těchto látek a antigenů do organismu se značně zvyšuje produkce protilátek [10]. Znamená to tedy, že imunitní odpověď na podaný antigen může být podpořena tak, že je injikován ve směsi s dalšími látkami, které podle své adjuvantní (podpůrné, z latinského adiuvare = pomáhat) úlohy nazýváme adjuvancia. Tento poznatek našel uplatnění v dalším výzkumu a znamenal pokrok ve vývoji nových forem imunizace a v přípravě vakcín. Se stále detailnějším poznáváním fyziologie lidské imunity byly podniknuty další kroky k vývoji nových a účinnějších adjuvancií [1].

Definice adjuvancia

Adjuvans je jakákoli anorganická či organická chemická látka nebo směs různých substancí nebo komplexní supramolekulární struktura, která zesiluje imunogenní účinek antigenů tak, že:

– prodlužuje retenci antigenu,

– napomáhá pohlcení antigenu buňkami prezentujícími antigen,

– aktivuje makrofágy a lymfocyty,

– stimuluje produkci cytokinů,

– působí dalšími, ne zcela známými interakcemi.

Význam adjuvancií

Adjuvancia jsou významná především v oblasti vakcinace. Antigeny ve formě peptidů či proteinů bývají při podání často jen slabě imunogenní nebo nejsou imunogenní vůbec. Proto je třeba posílit jejich imunogenní schopnost vhodnými adjuvancii. Ve vakcínách se obvykle adjuvancia přidávají k účinné očkovací látce, čímž amplifikují imunitní odpověď a zvyšují účinnost očkování. V současné době je však pro běžné účely k dispozici jen velmi omezený počet adjuvancií (především kvůli jejich nežádoucím účinkům, např. toxicitě, vyvolávání zánětlivých reakcí apod.). Větší část těchto adjuvantních substancí je užívána pouze v rámci výzkumných projektů [5].

Rozdělení adjuvancií

Adjuvancia můžeme podle jejich chemické struktury a biologického původu rozdělit do několika základních skupin [4]:

• anorganické sloučeniny [10]

– hydroxid hlinitý – Al(OH)3 (tzv. alum), ve formě speciálně připraveného hydrogelu

– fosforečnan hlinitý – AlPO4

– fosforečnan vápenatý – Ca3(PO4)2

– hydroxid berylnatý – Be(OH)2

• doručovací systémy

– ISCOMs (immune stimulatory complexes – imunitu stimulující komplexy [2,8],): speciálně připravené malé micely saponátové látky (např. Quil A), které ve svém nitru obsahují virové proteiny,

– liposomy [5,11]: váčky vázané na membránu mající na svém povrchu antigeny.

• bakteriální produkty [5,8,10,11]

– Bordetella pertussis (usmrcené bakterie): gramnegativní aerobní tyčka, původce černého kašle, používá se ve směsi s toxoidy Corynebacterium diphtheriae (původce záškrtu) a Clostridium tetani (původce tetanu). Toxoid je molekula toxinu, která ztratila svou toxicitu, ale její antigenní vlastnosti jsou zachovány; toxoid vzniká spontánně anebo je možné změnit strukturu výchozí molekuly chemicky (např. působením formoaldehydu).

– Mycobacterium bovis (usmrcené bakterie): acidorezistentní tyčka, špatně barvitelná podle Grama, obligátně patogenní, původce tbc skotu a některých dalších domácích i divokých zvířat, vzácněji též člověka.

– BCG (Bacillus Calmette Guérin): živý kmen Mycobacterium bovis, cíleně připravený z původně virulentního kmene dlouhodobým pasážováním na půdách se žlučí, a tak zbaven virulence.

– MDP (muramyldipeptid): bakteriální peptidoglykan (N-acetylmuramyl-L-alanyl-D-isoglutamin-MDP) izolovaný z buněčných stěn mykobakterií.

– další toxoidy: v současné době se studuje možnost využití genového inženýrství pro přípravu toxoidů a jejich praktické využití v aktivní imunizaci. Ukázalo se, že záměna jen minimálního počtu aminokyselin může vést ke ztrátě toxicity; takto připravené toxoidy jsou více imunogenní než dosud užívané, protože je zachováno terciární uspořádání antigenních determinant.

• cytokiny [6,10]

– interleukin-1 (IL-1)

– interleukin-2 (IL-2)

– interleukin-12 (IL-12)

– interferon-g (IFN-g)

• další adjuvancia a jejich směsi [7,8]

– IFA (inkompletní Freundovo adjuvans): emulze minerálních olejů

– CFA (kompletní Freundovo adjuvans): emulze minerálních olejů + usmrcené mykobakterie

– CFA + MDP

– hydroxid hlinitý (alum) + Bordetella pertusis

Mechanismus účinku adjuvancií [2,4,10]

Zdá se, že účinek adjuvans je způsoben zejména několika hlavními procesy: koncentrací antigenu v místech, kde může lépe být vystaven lymfocytům – tzv. depotní účinek [10], přeměnou rozpustných proteinových antigenů v hůře rozpustné partikule, které jsou snáze pohltitelné buňkami prezentujícími antigen, indukcí cytokinů, které regulují funkci lymfocytů, atd. Je třeba ale poukázat na to, že u řady adjuvancií není stále přesný princip působení dořešen.

Anorganické sloučeniny usnadňují vychytávání antigenů buňkami prezentujícími antigen; tak např. na malé částice hydroxidu hlinitého (alum) adsorbují antigeny a celý komplex je pak lépe pohlcován antigen prezentujícími buňkami. Alum indukuje především Th2 typ imunitní reakce a tvorbu protilátek [7].

Doručovací systémy se obecně snaží překonat značný problém peptidových a proteinových antigenů, které mají jen omezenou schopnost vstupovat do konkrétních buněčných kompartmentů. ISCOMs představují lipidové nosiče, které se chovají jako adjuvans a zároveň jsou minimálně toxické; pomáhají přepravovat peptidy a proteiny do buněčné cytoplazmy. Micely ISCOMs dobře prostupují buněčnou membránou a po prostupu uvolní do cytosolu buňky přenášené peptidy či proteiny, které jsou posléze transportovány do endoplazmatického retikula, zpracovány a konečně vystaveny na povrch buňky jako MHC-I komplex.

Bakteriální produkty jsou imunogenní, tedy vyvolávají imunitní odpověď. Pravděpodobně stimulují produkci vhodných cytokinů. Mechanismus účinku MDP není zatím zcela znám, zřejmě aktivují makrofágy a B lymfocyty.

Cytokiny se samy o sobě projevují jako účinné adjuvans, zejména když jsou v přímém kontaktu s antigenem. Ovlivňují a stimulují makrofágy a lymfocyty, regulují jejich funkci apod. Cytokiny jsou užitečné u pacientů, kteří neodpovídají na normální vakcinaci; předpokládá se jejich cílené využití v nasměrování imunitní odpovědi v požadovaném směru.

Další adjuvancia a jejich směsi – inkompletní Freundovo adjuvans (IFA) působí tak, že emulguje antigen a malé kapičky oleje jsou pak dobře pohlcovány antigen prezentujícími buňkami a dále činí antigen méně rozpustným, čímž prodlužuje dobu nabízení antigenu. Směsi adjuvancií využívají sumarizace působení jednotlivých složek.

Běžně užívaná adjuvancia

Přestože je známa řada látek, jež mají adjuvantní schopnosti, v běžné lékařské praxi se používá jen velmi omezený počet substancí. Jsou to prakticky pouze hlinité a vápenaté sloučeniny (hydroxid hlinitý, fosforečnan hlinitý a fosforečnan vápenatý) a Bordetella pertusis. Ostatní adjuvancia jsou buď toxická, mají nežádoucí účinky nebo princip jejich působení není zcela znám a při jejich aplikaci by mohlo dojít k nežádoucímu ovlivnění imunitního systému. Například podání CFA je doprovázeno silnou zánětlivou reakcí [11], a proto je v klinické praxi nevyužitelné. Je však užitečné pro experimentální účely. Celkový přehled adjuvancií, jejich použitelnost a popis způsobu účinku jsou uvedeny v tab. 1.

Závěr

Adjuvancia jsou významným prostředkem pro imunizaci. Jako součást vakcinačních látek umožňují zesílit imunitní odpověď na očkování. Přestože se v praxi používá jen několik adjuvancií, řada dalších je předmětem intenzivního studia a výzkumu. Vývoj lepších adjuvancií, než jaká jsou nyní běžně k dispozici, bude hrát klíčovou roli při navrhování moderních a vysoce účinných vakcín [1]. S prudkým rozvojem molekulární biologie a s detailnějším poznáním možnosti ovlivnění lidské DNA a exprese jejích genů lze předpokládat použití stále důmyslnějších technik [9], které mohou jednou zprostředkovat např. to, že si organismus za určitých okolností bude schopen syntetizovat vhodná adjuvancia sám [5]. Získání substancí, jež budou schopny rychle a přesně doručit účinné očkovací látky do konkrétních buněk, pomůže jistě vyvinout i takové vakcíny, které zatím současná věda hledá jen s malým úspěchem, např. proti viru HIV [12]. Předpokládá se též, že adjuvancia by mohla být užitečná při léčbě pacientů s imunodeficity, v protinádorové terapii [3] apod.

Tato práce vznikla jako povinná ročníková seminární teze v rámci výuky imunologie a byla pedagogy Ústavu imunologie vyhodnocena jako nejlepší ve studijním roce 2001/2002.