Szczepionka jest preparatem biologicznym, który zawiera osłabione lub martwe formy drobnoustroju lub pochodzące z niego antygeny (np. jego białko powierzchniowe lub toksyny). Te aktywne składniki szczepionki, zwane antygenami, wywołują odpowiedź immunologiczną w organizmie. Ponieważ szczepionki są produktami biologicznymi, większość konwencjonalnych szczepionek wirusowych musi być hodowana na materiale biologicznym, takim jak jaja kurze ze szczepionkami przeciwko grypie, komórki ssaków ze szczepionkami przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu A lub drożdże ze szczepionkami przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B. Proces jest dość pracochłonny i powolny. Na przykład w przypadku szczepionek przeciw grypie żywy wirus jest wstrzykiwany do jaja z zarodkiem, a następnie, gdy wirus się replikuje, materiał wirusowy jest zbierany, oczyszczany i inaktywowany. Nowsze szczepionki RNA można wytwarzać z matrycy DNA; może to być znacznie tańsze i szybsze niż konwencjonalna produkcja szczepionek.
Jakie składniki wchodzą w skład szczepionki?
Szczepionki zawierają złożone cząsteczki biologiczne, które mogą być z natury niestabilne i podatne na degradację, jeśli zostaną pozostawione same sobie. Z tego powodu szczepionki zwykle zawierają również kilka dodatków, które pomagają szczepionce zachować bezpieczeństwo i skuteczność podczas długiej podróży z zakładu produkcyjnego do miejsca użycia. Dodatki te obejmują „konserwanty”, które zapobiegają zanieczyszczeniu szczepionki po otwarciu fiolki oraz „stabilizatory”, które powstrzymują jakiekolwiek reakcje chemiczne. Stabilizatorami może być cukier (np. laktoza) lub żelatyna. Występują również „środki powierzchniowo czynne” – powstrzymują one zlepianie się składników szczepionki. „Rozcieńczalniki” to płyny stosowane do rozcieńczenia szczepionki do odpowiedniego stężenia, a najczęściej stosowanym rozcieńczalnikiem jest sterylna woda. „Pozostałości”, tymczasem chociaż nie są one celowo dodawane do szczepionek, są pozostałościami po składnikach użytych do wytworzenia szczepionki i mogą zawierać drożdże lub białko jaja. Niektóre szczepionki wymagają „adiuwantów”, które wzmacniają odpowiedź immunologiczną na szczepionkę, zapewniając dłuższe pozostawanie szczepionki w miejscu wstrzyknięcia lub stymulując miejscowe komórki odpornościowe. Stosowanie adiuwantów może oznaczać konieczność zastosowania mniejszej dawki szczepionki. Powszechnym adiuwantem jest glin, który jest bezpieczny dla ludzi w ilości występującej w szczepionce.
Różne rodzaje szczepionek
Rodzaje szczepionek obejmują: szczepionki zawierające całe wirusy (inaktywowane i żywe atenuowane); szczepionki z materiału genetycznego RNA (mRNA); podjednostka; rekombinowany; szczepionki polisacharydowe i skoniugowane; szczepionki toksoidowe; i wirusowe szczepionki wektorowe.
Wiele konwencjonalnych szczepionek wykorzystuje całe wirusy do wywołania odpowiedzi immunologicznej. Żywe atenuowane szczepionki, takie jak szczepionka przeciw odrze, śwince i różyczce (MMR), wykorzystują osłabioną formę wirusa, który nadal może się replikować, ale jest mało prawdopodobne, aby wywołał chorobę. Inaktywowane szczepionki, takie jak wirusowe zapalenie wątroby typu A, wykorzystują wirusy, których materiał genetyczny został zniszczony (czasami określany jako „zabity”), aby nie mogły się replikować.
Szczepionki z kwasem nukleinowym wykorzystują materiał genetyczny – albo DNA, albo niektóre formy RNA – w celu dostarczenia komórkom instrukcji tworzenia antygenu. Niektóre z nowych szczepionek (np. przeciw COVID-19) wykorzystują technologię informacyjnego RNA.
Szczepionki zawierające wektory wirusowe zawierają również materiał genetyczny, który daje naszym komórkom instrukcje wytwarzania antygenów. Używają nieszkodliwego wirusa jako „wektora” lub nośnika – który różni się od tego, na który skierowana jest szczepionka – aby dostarczyć te instrukcje do komórki. Przykładem jest szczepionka rVSV-ZEBOV Ebola.
Wykorzystują one jeden lub więcej antygenów – takich jak białko lub cukier – aby wywołać odpowiedź immunologiczną na drobnoustrój. Szczepionki skoniugowane na przykład łączą słaby antygen przenoszony przez silny antygen, aby zapewnić silniejszą odpowiedź immunologiczną. Przykładem jest rekombinowana szczepionka przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu B zawierająca antygen powierzchniowy.
Szczepionki toksoidowe
Szczepionki toksoidowe, takie jak szczepionka przeciw tężcowi, wykorzystują kontrolowane ilości toksyny wytwarzanej przez drobnoustrój. Tworzą odporność na chorobotwórcze części zarodka zamiast na sam zarodek. Oznacza to, że odpowiedź immunologiczna jest skierowana na toksynę, a nie na cały zarodek.
Jak powstaje szczepionka?
Proces opracowywania szczepionek jest długi i złożony, zwykle trwa od 10 do 15 lat. W Unii Europejskiej nadzór nad szczepionkami oraz innymi lekami sprawuje Europejska Agencja Leków (European Medicines Agency – EMA). Wydawaniem zaleceń dotyczących produktów biologicznych na arenie międzynarodowej zajmuje się Światowa Organizacja Zdrowia (World Health Organization – WHO). W Polsce nadzór nad szczepionkami sprawują Główny Inspektorat Farmaceutyczny oraz Główny Inspektorat Sanitarny. Zakład Badań Surowic i Szczepionek PZH wstępnie kontroluje serie powstających szczepionek, Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych wydaje natomiast pozwolenia dopuszczające szczepionki do obrotu w Polsce. Jakie są poszczególne etapy prac nad szczepionką?
Etap ten trwa od roku do 3 lat. Naukowcy starają się jak najdokładniej określić patogen powodujący chorobę.
Etap ten trwa zwykle 2-4 lata. Następuje on już po zidentyfikowaniu drobnoustroju wywołującego daną chorobę. W jego trakcie naukowcy zajmują się poszukiwaniem antygenów – cząstek wirusopodobnych, osłabionych toksyn, wirusów lub innych substancji pochodnych patogenów, które będą w stanie wywołać odpowiedź immunologiczna organizmu oraz wzbudzić produkcję przeciwciał.
Dla wirusa SARS-CoV-2 antygenem jest białko szczytowe koronawirusa, które znajduje się na szczycie cząsteczki koronawirusa. Jest to część drobnoustroju, którą układ odpornościowy zapamiętuje.
W etapie drugim trwającym zwykle 1-2 lata najważniejszym celem jest poznanie sposobu działania danej szczepionki oraz jej potencjalnego wpływu na organizm. W badaniach tego rodzaju korzysta się z systemów hodowli tkanek, hodowli komórkowej, dokonywane są również testy na zwierzętach.
Wszystkie działania podejmowane w tym etapie mają na celu ocenę bezpieczeństwa danej szczepionki oraz jej immunogenności, tj. zdolności do wywołania w organizmie odpowiedzi immunologicznej. Na podstawie przeprowadzonych badań naukowcy określają jakich reakcji można spodziewać się u ludzi. Wyniki pozwalają również na wskazanie bezpiecznej dawki początkowej do następnej fazy badań oraz najbezpieczniejszej metody podania szczepionki.
W czasie badań naukowcy podejmują również działania zmierzające do modyfikacji szczepionki, tak aby zwiększyć jej skuteczność. W czasie testów wykonywanych na zwierzętach podaje się im szczepionkę, a następnie próbuje się je zarazić patogenem.
Wiele szczepionek nie przechodzi do dalszego etapu. Często nie wywołują pożądanej odpowiedzi immunologicznej lub są niebezpieczne.
Etap ten trwa od 2 do 10 lat. Po przejściu poprzednich etapów badań przedklinicznych, na podstawie uzyskanych raportów badań, firma farmaceutyczna składa wniosek o poddanie szczepionki testom klinicznym z udziałem ludzi. Po uzyskaniu zatwierdzenia przez właściwe instytucje, szczepionka poddawana jest trzem fazom testów, które regulowane są przez międzynarodowe wytyczne. Aby możliwe było przejście do kolejnej fazy testów, każda poprzednia musi zakończyć się wynikiem pozytywnym.
Pierwsza faza etapu badań klinicznych polega na ocenie bezpieczeństwa, odpowiedzi immunologicznej oraz tolerancji różnych dawek szczepionki z udziałem niewielkiej liczby osób – zwykle od 20 do 100 zdrowych osób dorosłych. Nawet jeśli szczepionka przeznaczona jest dla dzieci, badania najpierw prowadzone są na osobach dorosłych, następnie stopniowo zaniża się wiek badanych osób.
Głównym celem drugiej fazy jest dalsze badanie szczepionki pod kątem bezpieczeństwa, immunogenności, sugerowanych dawek, harmonogramu immunizacji oraz metody podania szczepionki. Grupa osób badanych zostaje zwiększona, zwykle wynosi od 100 do 300 zdrowych ochotników. Niektóre z tych osób mogą również należeć do grup zagrożonych zachorowaniem. Na tym etapie możliwe jest przyspieszenie procesu badań poprzez wprowadzenie fazy pośredniej zwanej „proof of concept”, która umożliwia ocenę szczepionki z udziałem 2000-9000 ochotników.
W fazie III oceniane jest bezpieczeństwo szczepionki na dużym gronie osób – powyżej 10 000. Badacze testują również skuteczność szczepionki, czyli to, czy zapobiega zachorowaniu, oraz czy prowadzi do produkcji przeciwciał. Osoby biorące udział w badaniu losowo przydzielane są do grupy otrzymującej placebo oraz szczepionkę. Zwykle ani ochotnicy, ani prowadzący badanie nie wiedzą, czy uczestnik otrzymuje szczepionkę czy placebo. Zakończenie fazy III z pozytywnym wynikiem umożliwia zarejestrowanie szczepionki i wprowadzenie jej do obrotu. Uzyskane raporty badań oceniane są w procesie rejestracji pod kątem jakości, bezpieczeństwa i skuteczności przez EMA lub w2 Urzędzie Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych.
W tej ostatniej fazie badań, prowadzone są one już p rejestracji szczepionki i wprowadzeniu jej do obrotu. Producent zwykle kontynuuje testowanie szczepionki pod kątem bezpieczeństwa poprzez system zgłaszania zdarzeń niepożądanych, w dalszym ciągu ocenia również skuteczność szczepionki oraz jej inne potencjalne zastosowania. Po wprowadzeniu na rynek szczepionka nieustannie podlega nadzorowi.
Jak więc widać, powstawanie szczepionek to proces długi i kosztowny. Często pomiędzy poszczególnymi etapami badań zdarzają się opóźnienia spowodowane ubieganiem się o finansowanie, akceptację etyczną, negocjacjami z producentami oraz rekrutacją wolontariuszy i ochotników. Warto wspomnieć, że w sytuacji zagrożenia zdrowia publicznego możliwe jest wydaje warunkowego dopuszczenia szczepionki do obrotu. Także w takim wypadku, musi być potwierdzona skuteczność szczepionki, a korzyści, które wynikają z jej natychmiastowego udostępnienia przewyższają ryzyko i konieczność zebrania obszerniejszej wiedzy. Mimo to, producent zostaje zobowiązany do udostępnienia wszelkich dodatkowych informacji o szczepionce w określonych z góry terminach. Komisja Europejska wyda pozwolenie na dopuszczenie do obrotu tylko wtedy, kiedy Europejska Agencja Leków wykaże, że szczepionka jest skuteczna i bezpieczna.
Dlaczego szczepionka przeciw COVID-19 powstała tak szybko?
Kiedy w 2020 roku na całym świecie pojawiło się zagrożenie epidemiczne związane z wysokim tempem zakażeń SARS-CoV-2 powstała pilna potrzeba jak najszybszego opracowania szczepionki. Już w grudniu 2020 roku Komisja europejska zatwierdziła pierwszą szczepionkę firmy Pfizer. Wiele osób zastanawiało się wówczas, dlaczego proces dopuszczenia szczepionki do obrotu był tak szybki. Podawano w wątpliwość bezpieczeństwo szczepionek, Internet zalała fala fake newsów oraz teorii spiskowych.
- Koronawirus został zidentyfikowany bardzo szybko, jego sekwencja genowa została udostępniona naukowcom na całym świecie.
- Zastosowano nowoczesne rozwiązania technologiczne oraz wcześniejsze doświadczenia z prac nad szczepionkami przeciwko SARS-CoV-1 oraz MERS-CoV.
- Zagrożenie epidemiczne obowiązywało na całym świecie, stąd przeznaczono ogromne fundusze na badania kliniczne. Dzięki połączeniu niektórych faz badań i prowadzeniu ich jednocześnie możliwe stało się przyspieszenie całego procesu.
- Od samego początku badań była duża liczba ochotników do wzięcia udziału w testach.
- Ograniczono formalności administracyjne oraz zwiększono tempo produkcji szczepionek.
Jednoznacznie należy także podkreślić, że podczas badań klinicznych szczepionek przeciwko COVID-19 przestrzegano wszelkich standardowych procedur bezpieczeństwa, pozytywnie zostały zakończone również wszystkie restrykcyjne regulacje prawne. Przeciwnicy szczepionek często zapominają o fakcie, że szczepionka, jak każdy lek, nawet ten dostępny bez recepty nie jest w 100% wolny od ryzyka.
Źródła:
- who.int
- gavi.org
- immunology.org
- ec.europa.eu
- B. Tarnowska, Jak powstaje szczepionka?, [w:] medicover.pl
MG