Prospects for improving immunoprophylaxis of infectious diseases

Full Text

Известно, что возбудители опасных инфекционных заболеваний, обладая высокой вирулентностью и контагиозностью, достаточно быстро распространяются в человеческой популяции и могут вызвать заболевания, способные нанести серьезный урон национальной безопасности и здравоохранению государств. Примерами являются возникающие с периодической частотой эпидемии лихорадки Эбола в Африке, особенно в Западной Африке, лихорадки Зико в Бразилии и других странах Латинской Америки, птичьего и свиного гриппа в Юго-Восточной Азии и Китае, лихорадки Западного Нила в Юго-Восточной Азии и Волгоградской области России, лихорадки денге в Юго-Восточной Азии, сибиреязвенной инфекции на полуострове Ямал и др.

Иммунопрофилактика является наиболее эффективным мероприятием в плане повышения устойчивости организма к различным по этиологии и патогенезу инфекциям. Однако традиционно используемые для этой цели иммунобиологические лекарственные препараты (ИПЛ) наряду с преимуществами не лишены недостатков, в частности, повышенной реактогенности и нередким после их применения развитием поствакцинальных реакций (ПВР) и осложнений. Возможно, именно наличие подобных неблагоприятных эффектов во многом является серьезным препятствием для проведения иммунопрофилактики в массовом масштабе. Данное обстоятельство послужило поводом для совершенствования средств иммунопрофилактики, основным направлением которого явилось создание химических, рекомбинантных, субъединичных вакцин, однако по сравнению с традиционными препаратами упомянутые вакцины уступают им по эффективности, хотя являются практически ареактогенными и не вызывают развития поствакцинальных реакций и осложнений. Поэтому вопросам профилактики и лечения опасных инфекционных заболеваний (ОИЗ) уделялось и продолжает уделяться пристальное внимание эпидемиологов и инфекционистов, причем приоритет отдается иммунопрофилактике как наиболее действенному мероприятию в отношении данной группы инфекций.

В последнее время внимание исследователей приковано к так называемым «комплексным вакцинальным системам» (КВС), которые призваны стать альтернативой существующих средств иммунопрофилактики (ИП). В структурном отношении КВС представляют собой наночастицы различной природы, нагруженные наиболее активными в иммунологическом отношении детерминантами возбудителей инфекций [1–3]. Основным принципом конструирования КВС является повышение защищенности иммуногенных субстанций от воздействия ферментных систем организма и, как следствие, их стабильности и биодоступности в отношении иммунокомпетентных клеток [4]. В структуре КВС наночастицы являются своеобразными биологическими платформами, вокруг которых происходит конструирование самой системы, при этом наиболее часто используемыми среди них являются полимеры, сополимеры, липосомы и липиды [5–7].

Созданные к настоящему времени КВС в основном проходят доклиническую оценку, результаты которой уже можно признать положительными, а сам подход перспективным для использования в плане совершенствования ИП ОИЗ. Так, иммунизация экспериментальных животных КВС в отношении ОИЗ бактериальной природы показала их способность не только стимулировать клеточный и гуморальный иммунные ответы, но и обеспечивать формирование надежного уровня защиты в отношении вирулентных штаммов возбудителей сибирской язвы [8, 9], чумы [9, 10], туляремии [11], бруцеллеза [12, 13], сальмонеллезов [14, 15], шигеллезов [14], эшерихиозов [16], холеры [6], сапа и мелиоидоза [17, 18]. Известно, что КВС в отношении ОИЗ бактериальной природы в основном разрабатываются на основе нано- или микрочастиц сополимеров и коллоидного золота, а также липосом, нагруженных протективными антигенами или биологически активными субстанциями, выделенными из штаммов соответствующих возбудителей, ответственными за формирование специфической иммунологической резистентности. Нередко в составе таких КВС присутствуют молекулы адъювантов, причем наиболее часто липополисахариды (ЛПС) клеточной стенки микробов, цитокины или гидрат окиси алюминия.

Не менее обнадеживающие результаты получены в настоящее время при оценке разработанных КВС в отношении ОИЗ вирусной природы. При этом в качестве платформы для создания КВС используют в основном вирусоподобные частицы (ВПЧ). Такой подход обусловлен тем, что нередко при применении векторных вакцин на основе вирусных векторов (вирус везикулярного стоматита, аденовирус и др.), несущих соответствующие вирусные гликопротеины (ГП) возбудителей, в отношении которых должна создавать иммунитет вакцина, упомянутые векторы могут генерировать более сильный иммунный ответ, даже вызывать виремию, чем в отношении несущего специфического антигена [3, 19]. Поэтому современные биотехнологические конструкции противовирусных КВС включают ВПЧ, вирусный ГП, индуктор эндогенного интерферона (ИФН) [3]. Перспективность их применения доказана в исследованиях на экспериментальных моделях филовирусных [1, 3, 14], флавивирусных и альфавирусных ОИЗ.

Применительно к флавивирусным ОИЗ, в частности, показано, что эффективность разрабатываемых КВС во многом определяется формой частиц, определяющих их платформу. При этом отмечается, что если при создании КВС в качестве платформы используются ВПЧ палочковидной формы, то препарат преимущественно воздействует на клетки фагоцитарной системы, а если сферической формы, как правило, диаметром не менее 40 нм, то препарат преимущественно активирует антителогенез. Комплексные вакцинальные системы в отношении альфавирусных ОИЗ в основном разрабатываются с применением существующих инактивированных вакцин, которыми нагружают биологические платформы, состоящие из микрочастиц полилактогликоливой кислоты (polylactoglycolic acid, PLGA) [3, 7]. Разработанная в связи с этим КВС оценивалась в условиях двукратной с интервалом 21 сутки иммунизации, причем первоначально КВС иммунизировали мышей подкожно или интратрахеально, а повторно – перорально, подкожно или интратрахеально. Наиболее эффективной оказалась КВС при повторной иммунизации интратрахеально, в результате чего регистрировались максимальные титры секреторных иммуноглобулинов (Ig) G и IgA, а также практически 100% уровень защиты в сравнении с использованием КВС при повторном введении перорально или подкожно.

Наконец, КВС активно разрабатываются в качестве средств ИП патологических воздействий биологическими токсинами, которых насчитывается бесчисленное множество, однако наибольшую опасность среди них представляют ботулотоксины, стафилококковый энтеротоксин В (СЭВ), шигатоксин, веротоксин, рицин и др. При этом в отношении интоксикаций ботулотоксинами определенные перспективы имеет КВС на основе нетоксичной субъединицы ботулинического токсина в составе наногельной системы с полисахаридным комплексом, модифицированным холестерином и аминогруппами. Препарат при интраназальном применении способствует образованию повышенных титров секреторных IgA и системных IgG, обеспечивая тем самым 100% защиту животных от нейротоксина Clostridium botulinum, введенного внутрибрюшинно или интраназально [20]. Основной платформой КВС в отношении СЭВ являются частицы PLGA, нагруженные инактивированным СЭВ. Препарат зарекомендовал себя как высокоэффективный при интратрахеальной иммунизации лабораторных животных (приматы) и последующим аэрогенным заражением СЭВ (выживаемость до 90%) в сравнении с внутримышечным или пероральным применением КВС.

В отношении интоксикаций рицином КВС разрабатываются с использованием биологических платформ на основе PLGA и липосом. В первом случае однократная подкожная иммунизация микрочастицами PLGA, нагруженными инактивированным токсином, способствовала выраженной индукции антирициновых IgG в сыворотке крови и 80% защите при однократном парентеральном применении КВС, причем длительность формируемого гуморального иммунитета составила более 1 года. Более того, препарат оказался достаточно эффективным в условиях аэрогенной интоксикации рицином. Комплексная вакцинальная система на основе липосом, нагруженных инактивированным токсином, вводимая интратрахеально, вызывала близкий гуморальный иммунный ответ и более высокий уровень защиты от аэрозольного заражения рицином в сравнении с вышеописанной КВС на основе PLGA. Кроме того, липосомальный препарат уменьшал инфильтрацию нейтрофилами легочной ткани и отек легких.

Следовательно, совершенствование ИП ОИЗ путем использования КВС может существенно повысить устойчивость организма к данным инфекциям, а их применение является практически ареактогенным и не вызывает развитие ПВР и осложнений в сравнении с традиционными ИЛП. Кроме того, они способны формировать высокий уровень невоспримчивости к ОИЗ после однократного применения, что обеспечивается, по-видимому, равноэффективным влиянием КВС на иммунокомпетентные клетки и процессы синтеза и секреции ими специфических антител. Перспективность применения КВС в вакцинологии заключается в их структурности, основа которой — биодеградирующие материалы (PLGA, фосфолипиды и др.), которые достаточно широко исследованы в фармации, обладают защитным и адъювантным действием в отношении иммуногена. Более того, наличие в структуре КВС биологически активной платформы существенно усиливает длительность нахождения иммуногена в организме в активном состоянии, тем самым пролонгируя иммунный ответ и снижая кратность ИП [2, 21].

Таким образом, КВС — это будущее вакцинологии и создания ИЛП нового поколения. Большинство созданных к настоящему времени КВС находятся на доклиническом этапе изучения и тестируются преимущественно на мелких лабораторных животных. Вместе с тем нельзя не признать, что положительные результаты, полученные на мышах, не всегда оказываются такими при оценке препарата, в том числе вакцины, например, на приматах. Кроме того, мыши не могут быть в естественных условиях инфицированы многими возбудителями ОИЗ. Патогенез, прививочные дозы ИЛП и инфицирующие дозы возбудителей, а также типы иммунных ответов, выявляемые на мышах, могут не коррелировать с таковыми у естественных хозяев, включая человека. Следовательно, исследования на мелких лабораторных животных ИЛП, в том числе КВС, следует рассматривать в качестве скрининговых, позволяющих лишь констатировать перспективность практического использования той или иной разработки. Более объективную характеристику вновь разрабатываемого ИЛП следует давать только после оценки его на адекватной биологической модели.

Учитывая вышеизложенное, дальнейшие исследования в области разработки и практического использования КВС в вакцинологии должны быть направлены на совершенствование биотехнологического процесса их создания, а именно повышение эффективности, стабильности и биодоступности иммуногенов в составе подобных систем, целенаправленности воздействия иммуногенов на иммунокомпетентные клетки в месте введения КВС, а также повышение тропности компонентов вакцинальных систем в отношении гуморального иммунного ответа.

About the authors

Alexander V. Stepanov

State Scientific-research Test Institute of Military Medicine

Author for correspondence.
Email: alexander_58@mail.ru
SPIN-code: 7279-7055

doctor of medical sciences, professor

Russian Federation, Saint-Petersburg

Vadim A. Myasnikov

State Scientific-research Test Institute of Military Medicine

Email: gniiivm_7@mil.ru
SPIN-code: 5084-2723

candidate of medical sciences

Russian Federation, Saint-Petersburg

Vasiliy Ya. Apcel

Military Medical Academy named after S.M. Kirov of the Ministry of Defense of the Russian Federation; A.I. Herzen Russian State Pedagogical University of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Email: apchelvya@herzen.spb.ru
ORCID iD: 0000-0001-7658-4856
SPIN-code: 4978-0785

doctor of medical sciences, professor

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

References

Supplementary files