какие формы искусственного иммунитета вырабатывают вакцина и сыворотка
Несколько вопросов про иммунитет
Иммунитет (лат. immunitas — освобождение) – способ защиты организма путем распознавания «чужих» с последующим их удалением. «Чужих» принято называть антигенами.
Иммунная система – совокупность лимфоидных органов, тканей и клеток, обеспечивающих защитную реакцию иммунитета для поддержания целостности организма. Иммунная система защищает нас от различных инфекций, позволяет эффективно противостоять болезням и быстрее выздоравливать, поддерживая организм в хорошей форме.
Первая линия защиты организма — это кожа и слизистые оболочки, а также секреты слизистых, слюна и желудочный сок. На этом уровне основная задача — не пропустить врага внутрь. Если же антиген проник во внутреннюю среду организма, сразу включается воспалительный ответ.
Клеточный иммунитет – не связан с образованием белков (антител), а связан с образованием специализированных клеток, реагирующих с антигенами (чужеродными веществами) посредством его связывания и последующего разрушения.
Иммунологическая память – способность организма сохранять информацию об антигене («чужих»), с которым он ранее встречался. Для нее характерно, что вторичный иммунный ответ возникает быстрее и находится на более высоком уровне.
Выделяют 4 стадии первичного иммунного ответа. На первой стадии (первые 3-4 сут.), белки (антитела) к соответствующему антигену («чужому») в сыворотке отсутствуют. На второй стадии появляются IgM (иммуноглобулины М), а спустя 10—14 сут. после контакта с антигеном появляются IgG (иммуноглобулины G ). На третьей стадии уровень белков (антител) остается постоянным. Четвертая стадия первичного иммунного ответа обычно растягивается на месяцы. Она характеризуется постепенным снижением уровня белков (антител). Такая картина характерна для коронавирусной инфекции.
Вторичный иммунный ответ развивается при повторном контакте с антигеном. Антитела, главным образом IgG, появляются быстрее и в более высоком титре, чем при первичном иммунном ответе.
Врождённый иммунитет — способность организма обезвреживать чужеродные агенты с самого рождения. Это система защиты, которую мы получаем с рождением. Он существует изначально, не требует предварительного воздействия антигена (т. е. иммунологической памяти). Таким образом, он немедленно отвечает на чужеродные вещества. Он реагирует не на конкретные специфические антигены, а на определённые классы антигенов, характерные для патогенных организмов. (неспецифичный)
Приобретенный иммунитет – способность организма обезвреживать чужеродные вещества, которые уже попадали в организм ранее, т. е. ему требуется время для развития после первичной встречи с новым чужеродным веществом. Далее следует быстрый ответ. Система запоминает предшествующие контакты и является антиген-специфичной.
Так почему у нас нет иммунитета, например, к ОРВИ? На самом деле он есть, просто эти вирусы очень быстро мутируют, поэтому помнящие вирус В-лимфоциты совершенно бесполезны. Организму приходится запускать процесс заново при контакте с новым подвидом вируса. Зато мы редко болеем дважды одним и тем же конкретным подвидом вируса именно благодаря лимфоцитам с правильными антителами.
Активный может возникать после перенесения инфекционного заболевания или введения в организм вакцины. Образуется через 1-2 недели и сохраняется годами или десятками лет. Пассивно приобретённый возникает при передаче готовых антител от матери к плоду через плаценту или с грудным молоком, обеспечивая в течение нескольких месяцев невосприимчивость новорожденных к некоторым инфекционным заболеваниям. Такой иммунитет можно создать и искусственно, вводя в организм иммунные сыворотки, содержащие антитела против соответствующих микробов или токсинов
Коллективный иммунитет – это ситуация, при которой большинство людей устойчивы к вирусу: либо они переболели, либо были привиты вакциной. Для каждой инфекции он достигается по-разному. Для коронавирусной инфекции достигается путем иммунизации населения.
Вакцина — медицинский препарат, содержащий ослабленные или убитые микроорганизмы. Вакцина вводится абсолютно здоровому человеку для предотвращения заболевания в будущем.
Сыворотка — медицинский препарат плазмы крови, содержащий готовые антитела к определённому патогену (заражающему микроорганизму). Сыворотку получают из крови заражённого данным заболеванием животного (коровы, лошади и т. п.) или человека. Сыворотка с чужими антителами вводится заболевшему человеку в случае, когда организм не способен произвести достаточное количество антител. Из сывороток получают иммуноглобулины путем очистки и концентрации.
Все хотят волшебных препаратов, однако стоит понять, что нужно создать условия, чтобы иммунитет мог спокойно работать, не стоит вмешиваться в его работу. Условия, при которых иммунной системе будет комфортно выполнять свою функцию, достаточно просты: здоровый образ жизни. Необходимо спать по ночам и высыпаться, потому что именно ночью во сне образуются клетки иммунной системы. Так же необходимо полноценное питание, которое становится строительным материалом для клеток иммунной системы. Кроме того, обязательно должна быть физическая активность для нормальной циркуляции клеток иммунной системы по организму. И, конечно, стараться избегать стрессов, потому что это — один из факторов подавления иммунитета.
Сила (эффективность) иммунитета зависит от состояния врожденного (неспецифического) и приобретенного (специфического) иммунитета.
Врожденный иммунитет отвечает за общую сопротивляемость организма, за защиту организма от возбудителей инфекции, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Врожденный иммунитет не зависит от прививок, а зависит от наследственности, то есть здоровья родителей, окружающей среды, условий жизни, воспитания, психологический климат в семье, дохода родителей, питания и здорового образа жизни. Общая сопротивляемость организма должна быть очень высокой, чтобы ежедневно защищать себя от различных болезней и инфекций, а также выполнять физические нагрузки и справляться со стрессами. Например, ребенок, получивший полный набор прививок может часто болеть ангиной, бронхитом, пневмонией, отитом и прочими болезнями, возбудителями которых являются обычные микробы, против которых не ставят прививок. С этими болезнями можно бороться, укрепляя иммунную систему, формируя и соблюдая здоровый образ жизни.
Приобретенный иммунитет вырабатывается после вакцинации (например, привитые от дифтерии), а также вырабатывается после перенесенной болезни, (например, ребенок переболевший ветрянкой не заболеет ею повторно).
Цель медицины – профилактика заболеваний, а цель вакцинации – предотвратить заболевание и её распространение, защитить человеческий организм от инфекционных заболеваний. Своевременный охват населения профилактическими прививками, в последующем формирует высокую напряженность иммунитета, от различных заболеваний (гепатита В, туберкулеза, дифтерии, полиомиелита, столбняка, коклюша, кори, эпидемического паротита и краснухи, менингитов, гриппа, пневмоний, отитов и др.) и позволяет значительно уменьшить количество тяжелых осложнений и летальных исходов.
Врач-интерн О.В. Константинова
Читайте также
Телефон горячей линии работает в будние дни с 8.30 до 17.00 (обед с 12.00 до 13.00)
801716-7-45-57
Иммуностимулирующие вакцины
Автор
Редактор
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Иммунная система способна защитить человека практически от любых патогенов и даже от его собственных вредных клеток. Поэтому уже многие годы ученые пытаются разработать эффективную антираковую иммунотерапию. В этой области наблюдается заметный прогресс — в частности, за счет совершенствования методов доставки лекарств. Представляется, что нацеленный транспорт активных веществ — это верный путь к исцелению организма.
Обратите внимание!
Эта работа опубликована в номинации «лучшая статья по иммунологии» конкурса «био/мол/текст»-2015.
Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Противораковый иммунитет состоит из нескольких ступеней. Его ключевыми шагами являются: узнавание антигена, презентирование антигена антигенпрезентирующими клетками, активация эффекторных клеток, перемещение их к опухолям, узнавание и уничтожение раковых клеток [1]. Теоретически, каждый из этих этапов мог бы лежать в основе разработки лекарства. Важно также задуматься не только над фундаментальными основами приобретённого иммунитета, но и над тем, как механически доставить лекарство в нужное место в организме [3]. Наиболее перспективным «транспортом» для лекарства представляются наночастицы из синтетических материалов [4]. В них можно заключить набор из разных биомолекул, которые призваны помогать друг другу стимулировать иммунитет, и тогда они будут перемещаться все вместе. Варьируя размер синтетического носителя, можно добиться доставки лекарства к лимфоузлам. Можно саму поверхность частицы сделать функциональной, если к ней будут присоединены адъюванты или антигены. Адаптивный иммунный ответ открывает множество возможностей для лечения заболеваний, и сейчас ученые всего мира пытаются ими воспользоваться.
Основы антиракового адаптивного иммунного ответа
* — Дендритные клетки презентируют фрагменты чужеродных белков на своей поверхности в составе главного комплекса гистосовместимости первого или второго классов и активируют CD8 + или CD4 + Т-клетки, соответственно. Заметим, что CD4 + чаще играют вспомогательную роль в иммунном ответе. После активации они дифференцируются на разные типы клеток-помощников, в зависимости от поляризующих цитокинов [8].
Теоретически, иммунная система может останавливать онкогенез, распознавая и уничтожая клетки опухоли [9]. У раковых клеток тоже есть антигены, потому что они, являясь производными одного организма, все-таки во многом отличаются от его обычных клеток. В целом, раковые антигены разделяют на две группы: или антигеном служит целая опухолевая клетка, или какое-либо ее молекулярное производное. В роли антигена могут выступать белки-мутанты, которые в норме имеют другую структуру. Или такие белки, которые нарабатываются в большом количестве в опухоли, но не в норме. Отличительными сигналами могут быть и полисахариды клеточной поверхности, а также особые ДНК и мРНК. Развитие опухолей могут стимулировать некоторые вирусы (вирус Эпштейна-Барр, вирус папилломы человека [10, 11] (рис. 1) и вирусы гепатита В и С), поэтому продукты их генов также могут быть мишенью для иммунотерапии [12]. На основе различных антигенов ученые стремятся разработать антираковые вакцины, способные активировать Т-клетки. Однако раковые клетки разными способами избегают иммунного ответа [13, 14]*.
* — Сложно поверить, с какой изобретательностью раковые клетки обводят иммунитет вокруг пальца. В частности, они «прикидываются» перед лицом «стражников»-макрофагов больными, и те доверчиво бросаются помогать им [15]. Мало того — клетки опухоли сумели найти «стоп-кран» лимфоцитов — специальные рецепторы, тормозящие развитие иммунных реакций, — и активно его используют, скрываясь от нашей системы защиты. И онкоиммунология лишь только-только набирается достаточных умений, чтобы встречно «обмануть обманщиков» [16]. — Ред.
Рисунок 1. Изображение вируса папилломы человека, обладающего канцерогенными свойствами. Рисунок с сайта Visual Science.
Когда обнаружили белки, теоретически способные служить антигенами и активировать иммунный ответ против опухолей, то оказалось, что целые молекулы использовать не совсем удобно. Для вакцин лучше брать фрагменты белков — пептиды. Они могут напрямую связываться с антигенпрезентирующими клетками, не требуя предварительной обработки, и довольно стабильны при хранении. В связи с этими преимуществами, вакцины, основанные на пептидах, проходят доклинические и клинические испытания [17]. На данный момент главной проблемой таких вакцин является их слабая иммуногенность и непродолжительность действия. Отчасти первое затруднение объясняется тем, что белки раковых клеток все-таки произведены организмом-хозяином, и Т-клетки на них реагируют слабо. Многие проблемы иммуностимулирующих вакцин сейчас пытаются решить с помощью совершенствования способов их доставки в организм.
Доставка лекарства — ключевой этап иммунотерапии
Одним из вариантов транспорта лекарств являются наночастицы из синтетических материалов. Есть такие вещества, которые, попав в организм человека, начинают постепенно разлагаться. Внутрь частицы из такого материала можно поместить биологически-активные вещества — например, антигены. Тогда после деградации защитного слоя (но не раньше!) лекарство попадет в кровь. У частицы может быть несколько слоев. Тогда разрушаться прослойки материала будут постепенно, и активные молекулы будут поступать в организм этапами в течение длительного времени. Таким образом достигается продолжительная терапия после одноразовой вакцинации. Совместно с антигеном в синтетический носитель обычно упаковывают адъюванты — вещества, усиливающие иммунный ответ (обычно это антигены каких-либо распространенных бактерий). Они «злят» иммунную систему, делая ее более агрессивной. Адъювант будет работать наиболее эффективно, находясь неподалеку от антигена раковых клеток, поэтому их совместная доставка необходима (что и достигается путем помещения антигена и адъюванта в один носитель).
Чем еще могут помочь наноносители? Например, увеличить эффективность презентирования антигена антигенпрезентирующими клетками, что усилит активацию Т-клеток. Синтетические частицы с лекарством могут попадать в лимфоидную ткань, где сохраняются продолжительное время, постепенно освобождая антигены и адъюванты. Размер частиц — один из ключевых факторов, определяющих эффективность попадания их в лимфоидную ткань [1]. Большие частицы (более 500 нм в диаметре) задерживаются в зоне инъекции из-за своих размеров, а очень маленькие (менее 10 нм в диаметре) могут быстро диффундировать через лимфоузлы, что минимизирует возможность эффективного взаимодействия достаточного количества частиц вакцины с антигенпрезентирующими клетками [18]. Частицы среднего размера (10-100 нм в диаметре) доходят до лимфоузлов и задерживаются там — тогда шанс презентирования нужного антигена значительно увеличивается [18, 19]. Согласно проведенным исследованиям, наилучшими считаются частицы диаметром 40 нм [20]*.
* — Когда размер искусственных частиц становится сопоставим с размером клетки или отдельных ее компонентов, речь начинает идти об интерфейсе нано—био — области контакта между живой материей и инородными объектами схожих и более мелких размеров [4]. На представлении о таком интерфейсе можно строить различные стратегии адресной доставки — начиная от трансдермальной [21] и заканчивая распределением наночастиц между различными органами и органеллами внутри клетки. — Ред.
Допустим, ученым удалось доставить антиген в нужную часть лимфоидной ткани. Там антигенпрезентирующие клетки (предпочтительно дендритные) должны с ним взаимодействовать. Поверхность наночастиц, несущих раковые антигены, может быть модифицирована так, чтобы с ней лучше связывались именно дендритные клетки [1], что усилит иммунный ответ. Используют разные способы привлечения ДК; интересно, что многие из них в итоге вызывают схожую по силе иммунную реакцию [22].
Как упоминалось ранее, важное преимущество доставки лекарств с помощью наночастиц — это возможность доставлять антиген совместно с адъювантом, что усиливает иммунный ответ. Для антираковых вакцин хорошими адъювантами признаны вещества, активирующие Толл-подобные рецепторы (TLR) [23] — важный компонент врожденного иммунитета, за открытие которых вручена Нобелевская премия 2011 года [5]. TLR чувствуют опасные патогенные сигналы и вовлечены в первую очередь в систему врожденного иммунитета. Интересно, что они также играют ключевую роль в индукции приобретённого иммунитета [24], и поэтому вещества, их активирующие, широко применяются в вакцинах. Например, таким веществом является олигонуклеотид, содержащий неметилированный CpG-мотив. Он несет отрицательный заряд, и его легко прикрепить на положительно заряженные частицы [25, 26], что повышает иммунный ответ.
Доставка вакцин, основанных на целых клетках
Преимущества вакцин, состоящих из целых раковых клеток, перед состоящими из единичных белков, в том, что может быть достигнут многосторонний иммунный ответ [1]. Спектр антигенов в целой клетке максимально высок — в ней содержатся все потенциально иммуногенные молекулы. Подход можно применять даже для индивидуальной терапии, если вакцины делать из клеток пациента. Для получения лекарства используют разрушенные или инактивированные раковые клетки. Они тоже могут быть упакованы в синтетические носители совместно с активаторами Толл-подобных рецепторов [27, 28]. Например, были получены частицы с заключенными в них разрушенными раковыми клетками, фактором, привлекающим дендритные клетки, и CpG-содержащим олигонуклеотидом для их активации [29]. Эта конструкция успешно обеспечила появление адаптивного противоракового иммунитета и показала как профилактический, так и терапевтический эффекты.
Новые горизонты в раковой иммунотерапии могут открыться после определения новых, уникальных для каждого пациента антигенов с помощью секвенирования [30]. Этот подход может значительно увеличить эффективность лечения, потому что мутированные белки, которых нет в нормальных клетках, но есть в раковых, вызывают сильный иммунный ответ. Также может оказаться эффективным использование нескольких иммуностимулирующих подходов одновременно [1].
Как в организме вырабатываются антитела после вакцины?
У моих пациентов возникает много вопросов по поводу вакцинации. Основные – как работает иммунитет и как в ответ на вакцину вырабатывается иммунная защита, откуда берутся антитела. Разберемся в этом вопросе.
Иммунная система и иммунизация
Иммунизация предотвращает заболевание, позволяя организму быстрее реагировать на нападение и усиливая иммунный ответ на конкретный организм.
Как организм понимает, что вторглись чужие?
Каждый патоген имеет уникальные отличительные компоненты, известные как антигены, которые позволяют иммунной системе различать «я» (тело) и «чужое» (чужеродный материал).
Когда иммунная система впервые видит новый антиген, она должна подготовиться к его уничтожению. За это время возбудитель может размножиться и вызвать болезнь.
Однако, если тот же самый антиген обнаруживается снова, иммунная система готова ограничить и быстро уничтожить организм. Это адаптивный (специфический, приобретенный) иммунитет.
Вакцины используют этот адаптивный иммунитет и память, чтобы подвергнуть организм действию антигена, не вызывая заболевания. Поэтому, когда живой патоген поражает организм, реакция происходит быстро, и патоген не может вызвать болезнь.
В зависимости от типа инфекционного организма, реакция, необходимая для его удаления, различается. Например, вирусы скрываются в собственных клетках организма в различных тканях, таких как: горло, печень и нервная система, и бактерии могут быстро размножаться в инфицированных тканях.
Линии защиты организма
Слизистые
Внутренние защитные силы организма
Иммунный ответ
Иммунный ответ срабатывает, когда иммунная система получает предупреждение о проникновении в организм чего-то постороннего.
Триггеры включают выброс химических веществ поврежденными клетками и воспаление, а также изменения в кровоснабжении поврежденной области, которые привлекают лейкоциты.
Белые кровяные тельца уничтожают инфекцию или передают химические сообщения другим частям иммунной системы. Поскольку кровь и тканевые жидкости циркулируют по телу, различные компоненты иммунной системы постоянно исследуют потенциальные источники атаки или аномальные клетки.
Антигены и антитела
Антигены обычно представляют собой белки или полисахариды (длинные цепи молекул сахара, которые составляют клеточную стенку определенных бактерий).
Их название происходит от «генераторы антител». Любой конкретный организм содержит несколько разных антигенов.
Первоначально иммунный ответ включает выработку антител, которые могут связываться с определенным антигеном, и активацию антиген-специфических лейкоцитов.
Классы антител
Обычно в жидкостях тканей тела циркулируют низкие уровни антител. Тем не менее, когда активируется иммунный ответ, вырабатывается большее количество, специфически нацеленное на чужеродный материал.
Вакцинация увеличивает уровень циркулирующих антител против определенного антигена. Антитела вырабатываются лейкоцитами (лимфоцитами), которые называются В-клетками. Каждая В-клетка может продуцировать антитела только против одного специфического эпитопа.
При активации В-клетка будет размножаться, чтобы производить больше клонов, способных секретировать это конкретное антитело. Класс продуцируемых антител определяется другими клетками иммунной системы, это известно как клеточно-опосредованный иммунитет.
Первичный ответ
При контакте с патогеном тело попытается изолировать и уничтожить его.
Химические вещества, выделяемые при воспалении, увеличивают кровоток и привлекают лейкоциты в область инфекции. Специализированные клетки, известные как фагоциты, поглощают цель и разбирают ее.
Затем эти фагоциты перемещаются к ближайшим лимфатическим узлам, где они «представляют» антигены другим клеткам иммунной системы, чтобы вызвать более крупный и более специфический ответ. Этот ответ приводит к выработке антиген-специфических антител.
Затем циркулирующие антитела находят организм и связываются с его поверхностными антигенами. Таким образом, он помечается как цель. Этот специфический ответ также называется адаптивным или клеточно-опосредованным иммунным ответом, поскольку иммунная система адаптируется к типу захватчика.
Когда организм впервые подвергается воздействию антигена, проходит несколько дней, прежде чем этот адаптивный ответ становится активным. При первом контакте с патогеном иммунная активность увеличивается, затем выравнивается и падает. Поскольку первый, или первичный, иммунный ответ является медленным, он не может предотвратить заболевание, хотя может помочь в выздоровлении.
Как только антиген-специфические Т- и В-клетки (лимфоциты) активируются, их количество увеличивается, и после заражения некоторые клетки памяти остаются, что приводит к памяти на специфические антигены. Для полного развития этой памяти может потребоваться несколько месяцев.
Вторичный ответ
При последующих контактах с одним и тем же патогеном, иммунная система способна быстро реагировать, и активность достигает более высокого уровня.
Вторичные иммунные реакции обычно могут предотвратить заболевание, поскольку патоген обнаруживается, атакуется и уничтожается до появления симптомов.
В целом, взрослые реагируют на инфекцию быстрее, чем дети. Организм способен предотвратить заболевание или уменьшить его тяжесть за счет быстрого и сильного иммунного ответа на антигены, с которыми он столкнулся ранее.
Дети же не встречали столько антигенов и поэтому чаще болеют.
Некоторые инфекции, такие как ветряная оспа, вызывают память об инфекции на всю жизнь. Другие инфекции, такие как грипп, варьируются от сезона к сезону до такой степени, что даже взрослый человек не может адаптироваться.
Вакцинация
Вакцинация использует этот вторичный ответ, подвергая организм воздействию антигенов определенного патогена и активируя иммунную систему, не вызывая заболевания.
Первоначальный ответ на вакцину аналогичен первичному ответу при первом контакте с патогеном, но медленный и ограниченный. Последующие дозы вакцины усиливают этот ответ, что приводит к выработке долгоживущих антител и клеток памяти, как это было бы естественно после последующих инфекций.
Вакцины различаются по тому, как они стимулируют иммунную систему.
Некоторые дают более широкий ответ, чем другие. Вакцины влияют на иммунный ответ через природу содержащихся в них антигенов, включая количество и характеристики антигенов, или через путь введения: пероральная, внутримышечная или подкожная инъекция.
Виды иммунизации
Антитела передаются от матери младенцу через плаценту и с грудным молоком, чтобы защитить младенцев в течение короткого времени после рождения.
Антитела (иммуноглобулины) также очищают из крови или в лабораториях; их можно вводить напрямую, чтобы обеспечить быструю, но непродолжительную защиту или лечение определенных заболеваний, таких как бешенство, дифтерия и столбняк.
John TJ, Samuel R. Herd immunity and herd effect: new insights and definitions. Eur J Epidemiol 2000; 16:601–6.