Что такое пептиды в вакцине
Что такое пептиды в вакцине
После того, как Лернер и др., показали, что небольшие пептиды могут вызывать защиту животных против вирусных болезней, появились многие работы по созданию пептидных вакцин. Заманчивость этого направления исследований состояла в том, что создание пептидных вакцин могло бы решить многие проблемы, связанные с производством и применением вакцинных препаратов.
На ряде примеров была показана их способность вызывать образование специфических антител и защиту животных.
Наиболее значительные исследования по созданию синтетических пептидных вакцин проведены на модели вируса ящура. Такие препараты вызывали образование ВН-антител у морских свинок и защиту у значительной части свиней и КРС при экспериментальном заражении вирулентным вирусом.
Это стало возможным после того, как было установлено, что за индукцию антител, нейтрализующих вирус ящура, ответственен белок VP1 и, в частности, один доминантный нейтрализующий иммуногенный сайт (аминокислоты 141—160) и один дополнительный сайт вблизи С’-концевого участка этого полипептида. В результате, был синтезирован пептид, содержащий аминокислотные последовательности 141 —160 VP1, который был связан с гемоцианином и дополнен адъювантом Фрейнда. Вакцина вызывала образование вируснейтрализующих антител у морских свинок, свиней и крупного рогатого скота и защищала их от заболевания при заражении вирулентным штаммом вируса ящура. Однако антительный ответ после иммунизации пептидным препаратом был в 10—100 раз ниже, чем после иммунизации цельными вирионами. Использование пептида в виде димера или триммера усиливало специфическую активность синтетической вакцины. Для иммунизации свиней против ящура требовалось 40 мкг синтетического пептида.
Синтетические пептиды, соответствующие нейтрализующим эпитопам VP-1 вируса ящура трех типов, обладали различной антигенной и иммуногенной активностью. Пептиды, обладающие специфичностью типа А и О, вызывали у морских свинок протективный иммунитет. Менее активным оказался пептид серотипа С. Пептиды с аминокислотной последовательностью VP-1 всех семи типов вируса ящура вызывали образование вируснейтрализующих антител у морских свинок. Антитела имели в основном типовую специфичность. Установлена возможность приготовления двухвалентной пептидной вакцины против ящура. Для этого синтезировали два пептида различных серотипов в тандеме. Дипептидные вакцины вызывали синтез вируснейтрализующих антител к двум типам вируса ящура. Синтетический пептид, соответствующий аминокислотному участку 142-158 VP-1 вируса ящура типа А, вводили морским свинкам (20 мкг), овцам (1 мг) и крупному рогатому скоту (1,5 мг) вместе с адъювантом Фрейнда. У животных отмечали высокий уровень вируснейтрализующих антител и устойчивость к заражению гомологичным вирулентным штаммом вируса ящура. Обнаружена зависимость иммунитета от афинности антител, индуцированных синтетическим пептидом.
После первых успехов в получении иммуногенных пептидов вируса ящура казалось, что такая же удача последует и с пептидами других вирусов. Однако на деле этого не произошло, и эксперименты часто завершались неудачами. Так было в опытах с пептидами протективных антигенов вирусов гриппа и гепатита-В и, как ни странно, с синтетическим пептидом, представляющем главные антигенные сайты белка VP-1 полиовируса типа 1. В последующих исследованиях иммуногенные пептиды были получены к некоторым вирусам. Синтезирован линейный вируснейтрализующий эпитоп гликопротеина вируса бешенства, который создавал протективный иммунитет против летального бешенства у мышей.
Пептид, соответствующий аминокислотным остаткам 1—23 или 9—21 гикопротеина D вируса простого герпеса, коньюгированный с белком, обладал иммунизирующим эффектом для мышей, будучи включенным в липосомы, но уступал по иммуногенности постинфекционному иммунитету.
Обнадеживающие результаты получены в опытах с пептидной вакциной против парвовируса собак. Собаки, вакцинированные пептидными вакцинами, оказались устойчивыми к заражению вирулентным вирусом, тогда как все «контрольные* собаки погибли от парвовирусной инфекции. Аналогичные результаты получены при иммунизации норок той же вакциной с последующим заражением вирулентным вирусом энтерита норок.
Декапептид, гомологичный аминокислотным остаткам 993—1002 пепломерного гликопротеина Е-2 вируса гепатита мышей, конъюгированный с гемацианином и в смеси с адъювантом Фрейнда, в дозе 50 мкг вызывал устойчивость у мышей к заражению. Синтетический циклический пептид, соответствующий аминокислотным остаткам 139—146 сайта А гемагглютинина вируса гриппа, защищал 80% мышей от интрацеребрального заражения вирусом гриппа.
Некоторые синтетические пептиды не способны вызывать иммунный ответ, но могут его значительно усилить при последующем введении живой вакцины. Проведенные исследования показали, что полученные синтетические пептиды оказались слабыми антигенами и для усиления иммунного ответа они нуждались в соединении с белком-носителем или синтетическим биополимером или в присутствии адъюванта.
Лабораторные испытания синтетических пептидных вакцин в общем дали весьма скромные результаты.
Несмотря на то, что синтетические пептиды вызывали нейтрализующие антитела против некоторых вирусов, в целом полученые результаты были разочаровывающими. Однако эти подходы заслуживают дальнейшего изучения. Их ограничения связаны с тем, что большинство эпитопов, вызывающих гуморальный иммунитет, являются конформационными. Эпитопы, сформированные нелинейно расположенными первичными последовательностями, образуют складчатые полипептидные цепи. Эффективные антигенные стимулы требуют чтобы в вакцине содержались трехмерные эпитопы как в нативных вирусных белковых молекулах. Так как большинство В-клеточных эпитопов не является линейными, а короткие синтетические пептиды не имеют конформационной структурной организации большинство антител против них неспособны эффективно связываться с вирусными эпитопами, потому что титр вызываемых ими нейтрализующих антител ниже индуцированных инактивированнои вакциной или очищенными вирусными белками.
Считается, что для иммунного ответа конформация является более важной, чем линейная последовательность аминокислот или последовательность антигенных детерминант. Циклизованные пептиды обнаружили большую иммуно-генность, чем их линейные аналоги.
Кроме того известно, что один пептид не может быть достаточно эффективным для индукции резистентности, поскольку большая поверхность антигенов обычно содержит несколько индивидуальных иммунологически активных областей, вызывающих защитный гуморальный и клеточный ответ. Пока не удалось идентифицировать небольшие пептиды, обладающие протективным действием.
При констуировании синтетических вакцин внимание, вероятно, должно быть уделено созданию гетерополимерных полипептидов, адресованных В и Т клеточным эпитопам и связанных с носителем способствующем их поглощению иммунокомпетентными клетками.
«ЭпиВакКорона» от центра «Вектор»: Плюсы и минусы пептидной вакцины
У жителей России больше на слуху вакцина «Спутник V», а про препарат новосибирского центра в прессе говорится меньше. Читатели Царьград Новосибирск попросили собрать как можно больше информации о вакцине, разработанной в Кольцово.
Более свежие данные (к 20 марта 2021 года) о вакцине, включая ее критику и защиту, можно найти в новом материале редакции «Царьград Новосибирск».
Премьер-министр России Михаил Мишустин подписал указ о начале постклинических испытаний вакцины «ЭпиВакКорона» с 11 декабря. Глава Роспотребнадзора Анна Попова заявила, что для проведения исследований вакцину отправили в Новосибирск, Ростов-на-Дону, Москву, Санкт-Петербург и Тулу.
На итоговой в 2020 году пресс-конференции губернатор Новосибирской области Андрей Травников заявил, что регион стал единственным субъектом страны, где разрешили провести исследования вакцины «ЭпиВакКорона» на людях старше 65 лет.
Что известно о вакцине «ЭпиВакКорона»
Препарат разработан специалистами новосибирского центра вирусологии и биотехнологий «Вектор». Вакцина предназначена для использования пациентами в возрасте от 18 до 60 лет. Тем не менее, этот возрастной промежуток может быть расширен позже.
Через две недели после появления информации о вспышке коронавируса в Китае, в начале этого года, власти России сообщили о начале разработок вакцины от инфекции. Работу над созданием вакцины начали специалисты новосибирского «Вектора», Центра Гамалеи и Центра Чумакова.
Отличие новосибирской вакцины заключается в том, что она пептидная, то есть не содержит в себе биологический носитель вируса. Вместо этого в вакцине содержится искусственно созданные фрагменты вирусных белков. Организм вакцинированного человека учится распознавать и нейтрализовать вирус.
Состав
Объём одной дозы вакцины «ЭпиВкКорона» составляет 0,5 мл. В неё входят действующие вещества:
Доклинические исследования вакцины «ЭпиВакКорона» длились 4,5 месяца. За это время на шести видах животных – мышах, крысах, кроликах, африканских зеленых мартышках, макаках-резус, морских свинках – была показана её безвредность по общей токсичности, иммуногенности, аллергическим свойствам, мутагенной активности.
На четырёх видах животных – хомяках, хорьках, африканских зеленых мартышках, макаках-резус – была показана специфическая активность: иммуногенность и защитные свойства в отношении нового коронавируса.
Первый этап клинического исследования вакцины «ЭпиВакКорона», начатый в июле 2020 года, проходил в виде открытого исследования – добровольцы знали, какой препарат им вводится.
Второй этап – слепое плацебо-контролируемое исследование, то есть доброволец не знал, что ему вводят: вакцину или плацебо). Второй этап клинических исследований завершился в конце сентября.
На первом этапе исследования участвовали 14 добровольцев, на втором – уже 86. Это были здоровые люди в возрасте от 18 до 60 лет.
Во время проведения клинических испытаний первого и второго этапа у вакцинированных добровольцев в 100% случаев выработались антитела.
За вакцинированными добровольцами в рамках первого и второго этапа клинических исследований специалисты будут наблюдать в течение девяти месяцев.
Вакцина «ЭпиВакКорона» относится к пептидным видам препаратов, в которых отсутствуют биологические носители вируса, что делает её не вызывающей аллергические реакции и безопасной. Привитые добровольцы чувствовали себя хорошо. У нескольких из них была выявлена кратковременная незначительная болезненность в месте укола, которая возникла через сутки после прививки и держалась в течение 1-2 суток. Других нежелательных явлений зафиксировано не было.
В отличие от других вакцин, векторной и инактивированной, в вакцине «ЭпиВакКорона» содержатся только короткие участки вирусного белка – пептиды – необходимые для формирования иммунного ответа.
Регистрация
В рамках клинических исследований вакцины первого добровольца привили 27 июля. К концу сентября клинические исследования завершились, в них приняли участие 100 человек.
К концу декабря этого года будут завершены исследования о влиянии вакцины на внутриутробное развитие плода и репродуктивные функции. Окончательные итоги клинических исследований первой и второй фаз станут известны в мае следующего года – через девять месяцев после прививание последнего добровольца.
Пострегистрационные исследования
В середине октября вакцина получила государственную регистрацию с номером: ЛП-006504. В середине ноября начались пострегистрационные исследования «ЭпиВакКороны». Говорилось, что препарат исследуют на молодых людях в возрасте от 14 до 17 лет (150 человек), возрастной группе от 18 до 60 лет, имеющих неизлечимые заболевания и без таковых (40 тыс. человек), а также людях старше 60 лет (150 человек).
В Роспотребнадзоре сообщили, что пострегистрационные исследования состоятся в Москве, Московской области, Казани, Тюмени, Калининграде и Новосибирской области (исследования пройдут на добровольцах старше 65 лет).
Министр здравоохранения Новосибирской области Константин Хальзов 14 декабря сообщил, что регион получил первую партию «ЭпиВакКороны». Губернатор Андрей Травников заявил, что регион готов начать поставлять в отдалённые районы Новосибирской области вакцинацию медиков, преподавателей и сотрудников бюджетных учреждений.
Условия вакцинации
Перед вакцинацией пациент должен пройти медицинский осмотр. При температуре тела выше 37 градусов Цельсия ставить прививку запрещено. Укол ставят в предплечье или ягодицу. Повторная вакцинация при отсутствии побочных реакций организма проводится через две-три недели. Во время лабораторных исследованиях на животных было установлено, что иммунитет сохраняется минимум в течение полугода.
Противопоказания
В Роспотребнадзоре сообщили, что для участия в постклиничеких испытаниях не допустили людей, имеющих гиперчувствительность к компонентам препаратам, тяжёлые формы аллергических болезней, осложнения после ранее введённых вакцин, острые инфекционные и неинфекционные заболевания, хронические заболевания в стадии обострения, иммунодефицит (первичный), злокачественные заболевания крови и новообразования. Также к испытаниям не допустили женщин в период беременности и грудного вскармливания
Выход в гражданский оборот
В конце ноября премьер-министр России Михаил Мишустин подписал документы о включении вакцины «ЭпиВакКорона» в перечень жизненно важных препаратов, цены на которые регулируются государством.
Вице-премьер Татьяна Голикова 10 декабря заявила, что в ближайшее время 7,8 тыс. доз вакцины поступит в гражданский оборот.
Массовую вакцинация «ЭпиВакКороной» планируется начать в начале 2021 года.
В Роспотребнадзоре уточнили, что вакцина будет бесплатной, вакцинация будет добровольной.
Производство
«Вектор» начал выпускать первые промышленные партии вакцины в октябре 2020 года на лицензированных в соответствии с требованиями GMP собственных производственных площадках. До конца 2020 года будут произведены 50 тысяч доз вакцины.
Ранее гендиректор компании «Вектор-Биальгам» Леонид Никулин говорил ТАСС, что в качестве одной из возможных площадок по производству вакцины станет их компания, расположенная в наукограде Кольцово. В «Векторе» журналистам издания рассказали, что ежегодно центр сможет производить до 5 млн доз препарата.
В октябре представители Роспотребнадзора сообщили, что использование вакцины «Вектора» нежелательно людям, страдающим хроническими заболеваниями в стадии их обострений, иммунодефицит, злокачественные болезни крови и новообразования. Также вакцина противопоказана беременным женщинам и в период грудного вскармливания.
Отличие «ЭпиВакКорона» от других вакцин
В основе «ЭпиВакКорона» лежат пептиды – искусственно синтезированные фрагменты вирусных белков. Иммунная система распознаёт их и учится бороться.
В основе ещё одной отечественной вакцины – «Спутник V» – лежит аденовирус, неспособный развиться в теле человека и вызвать осложнение. В аденовирус встроен ген коронавируса. При попадании в организм человека образуется белок, вызывающий иммунитет.
Вакцина, над которой работают специалисты Центра Чумакова – цельновирионная, то есть создана на основе погибших клеток вируса. Для её создания используют живые клетки коронавируса, нейтрализованные формалином. После этого их вводят в организм человека в качестве вакцины.
Одобрение и критика
В начале октября заведующая кафедрой вирусологии биологического факультета МГУ Ольга Карпова заявила, что из трёх отечественных вакцин больше всего доверяет произведённой «Вектором».
В начале ноября завлабораторией биотехнологии и вирусологии Факультета естественных наук НГУ Сергей Нетёсов объяснил, что самыми безопасными вакцинами от коронавируса для человека являются пептидные. В то же время учёный подчеркнул, что на данный момент человечество не изобрело пептидную вакцину, вырабатывающую длительный стойкий иммунитет.
В то же время вирусолог Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины Александр Чепурнов раскритиковал вакцину новосибирских учёных. По его словам, вакцина «работать не может, в принципе», из-за того, что она пептидная. По словам учёного, у «большинства вакцинированных» не выработались антитела.
Что такое пептиды в вакцине
Цель исследования – изучение преимуществ и недостатков пептидных препаратов, их применения, путей введения, традиционных и новых возможностей в разработке пептидных препаратов.
Материалы и методы: Повествовательный обзор, основанный на поисках литературы в текстовой базе данных медицинских и биологических публикаций PubMed, а также в российской научной электронной библиотеке eLIBRARY до июня 2019 года без ограничений по срокам. Поиск включал такие термины, как «пептиды», «пептидная терапия», «пептидные технологии».
Введение
На сегодняшний день известно более 7000 встречающихся в природе пептидов, многие из которых выполняют важные функции в организме, включая действия в качестве гормонов, нейротрансмиттеров, факторов роста, лигандов ионных каналов или противоинфекционных средств [1]. Пептиды являются селективными сигнальными молекулами, которые связываются со специфическими поверхностными рецепторами клеток, такими как G-белок-связанные рецепторы (GPCR) или ионными каналами, запуская тем самым внутриклеточные реакции. Учитывая их привлекательный фармакологический профиль и другие свойства, такие как безопасность, хорошая переносимость и эффективность, пептиды представляют собой оптимальную основу для разработки новых терапевтических средств. Кроме того, получение пептидов связано с более низкой сложностью производства по сравнению с биофармацевтическими препаратами на основе белков и, следовательно, связанно с более низкими расходами. Однако встречающиеся в природе пептиды часто не подходят для использования в качестве терапевтических средств, так как они имеют ряд недостатков, включая химическую и физическую нестабильность, а также короткий период полураспада в циркулирующей плазме крови. Некоторые из этих недостатков могут быть успешно устранены с помощью методов традиционной конструкции и ряда других разрабатываемых в настоящее время технологий. К таким технологиям относятся многофункциональные и проникающие в клетку пептиды, а также конъюгаты пептидных лекарственных [2,3].
Основная часть
Рынок пептидных препаратов
Применение пептидов
Помимо применения пептидов в качестве лекарственных средств, возможно их использование в качестве биомаркеров с диагностической целью. Наконец, пептиды также нашли применение в качестве вакцин [7].
Пути введения пептидов в организм
В настоящее время большинство пептидных лекарств вводят парентеральным путем, тем не менее, разрабатываются альтернативные формы введения, включая пероральный, интраназальный, и трансдермальный пути, в соответствии с развитием технологий. Одним из примеров альтернативных путей введения пептидов является препарат мидазол, с трансбукальным способом введения. В настоящее время разрабатываются системы трансбуккальной доставки, в которых используются гликонаночастицы золота [8]. Другие разрабатываемые системы могут обеспечить пероральную доставку пептидов, непосредственно экспрессируемых в желудочно-кишечном тракте.
Использование альтернативных форм введения может также обеспечить более широкое использование пептидной терапии при других состояниях, таких как воспаление, где местное введение пептидов может стать эффективным методом лечения [9].
Традиционные технологии конструирования пептидов
С целью избавления от таких недостатков применения природных пептидов как короткий период полувыведения и плохие физико-химические свойства, с которыми связана агрегация и плоха растворимость пептидов, используют ряд технологий
Вначале проводится определение аминокислотной структуры пептида и выявление в ней константных участков и участков возможной замены без изменения свойств. Данный анализ возможно осуществить, например, с помощью аланиновых замен отдельных аминокислот с последующим изучением полученного пептида. Важным в этом процессе, особенно когда необходимо получение жидких лекарственных форм, является определения химически лабильных аминокислот, подверженных таким процессам как изомеризация, гликозилирование или окисление, что является нежелательным [10].
В дальнейшем возможно ограничение ферментативного расщепления пептида путем идентификации возможных сайтов молекулярного расщепления с последующей заменой соответствующих аминокислот. Защита от ферментативного расщепления также может быть достигнута путем усиления вторичной структуры пептидов. Этот подход включает в себя вставку зонда, определяющего новую структуру, вставку лактамных мостиков, сшивание или клипирование пептидных последовательностей, а также циклизацию пептидов. Полиэтиленгликольилирование было использовано для ограничения глобулярной фильтрации и тем самым увеличения периода полувыведения пептидов из плазмы крови. К другим способам стабилизации пептидов относится связывание их с циркулирующим белком альбумином, в качестве носителя, для продления периода полураспада, что приводит к появлению пептидных препаратов пролонгированного действия, которые можно вводить до одного раза в неделю [11].
С целью улучшения физико-химических свойств пептидов, в частности уменьшения агрегации, производят разрушение гидрофобных участков в структуре пептида, что может быть достигнуто с помощью замены или N-метилирования определенных аминокислот. Для улучшения растворимости определенного пептидного препарата, изменяется распределение его зарядов, с помощью вставок или замены аминокислот что приводит к изменению изоэлектрической точки пептида и его стабилизации при рН желаемой рецептуры конечного продукта. Физико-химические свойства пептидов также могут быть улучшены путем введения стабилизирующих структур, таких как α-спираль или лактамные мостики [12].
Считается что пептидные препараты второго поколения, оптимизированные для терапевтического использования с помощью перечисленных технологий, оказались более удобными для применения. Дальнейшее развитие пептидной терапии связывают с быстрым появлением и дальнейшей миниатюризацией специальных устройств, насосов и систем обратной связи с сенсорами, и автоматизированным управлением, что позволило бы осуществить умную доставку пептидов [13].
Новые пептидные технологии
Существует огромное количество природных пептидов, некоторые из которых могут являться хорошей основой для создания новых пептидных препаратов. Большой интерес на сегодняшний день представляют исследования обмена веществ в кишечнике, так как он богат разнообразными микроорганизмами, изучение которых может привести к идентификации новых пептидов из фрагментов микробных белков, продуктов распада или сигнальных молекул. Продолжающиеся исследования микроорганизмов помогут значительно обогатить спектр имеющихся пептидных препаратов и тем самым повысить возможности для пептидной терапии в будущем [14].
Многофункциональные пептиды
Способы получения многофункциональных пептидов могут включать гибридизацию двух пептидов, связываемых вместе как модули либо напрямую, либо через линкер, либо с помощью образования химер, где вторая фармакологическая активность «спроектирована» для уже существующего пептидного остова [15].
Одной из проблем разработки многофункциональных пептидов является возможное несоответствие эффектов нового препарата, полученных in vitro и его воздействия in vivo, при этом в организме могут включится новые пути действия препарата, не связанные с запланированным эффектом. Кроме того, перевод результатов исследований препаратов, полученных от животных моделей на человека, также является проблемой. В целом сложность предсказывания эффектов многофункциональных пептидов в организме резко возрастает, что требует дальнейшего развития аналитического и экспериментального процесса в фармакологии.
Проникающие в клетку пептиды
Способы введения в организм лекарственных средств непрерывно совершенствуются. Возникают новые, более тонкие иглы и приборы, осуществляющие парентеральное введение лекарственных средств, разрабатываются пероральные системы со сложным механизмом высвобождения лекарственных средств, все это направленно на повышение эффективности терапии в результате повышения биодоступности лекарств в области нахождения их мишени.
Одной из важных проблем применения лекарственных средств на основе пептидов является плохая способность нативных пептидов переходить через клеточную мембрану, для воздействия на внутриклеточную мишень, что ранее ограничивало их терапевтическое применение.
В последние годы были изобретены «проникающие в клетку пептиды», использование которых повышает вероятность связывания пептидов с их внутриклеточными мишенями, так как при применении обычных лекарственных средств только часть пептидного препарата достигает цели [16].
Конъюгирование пептидов
К новым пептидным технологиям также можно отнести конъюгирование пептидов, например, с небольшими молекулами, олигорибонуклеотидами или антителами предоставляющее возможность для разработки новых пептидных терапевтических средств с улучшенной эффективностью и безопасностью. Например, в онкологии этот подход вызвал большой интерес, в результате чего более 20 пептидных конъюгатов проходят клинические испытания. Уже был продемонстрирован довольно удачный способ сопряжения пептидного агониста рецептора нейротензина 1 с радиоактивным лигандом для лечения рака поджелудочной железы, при этом первый компонент осуществляет прицельную доставку второго к органу мишени, создавая высокую местную концентрацию химиопрепарата в опухолевом очаге. Данный метод может помочь устранить главную проблему применения химиотерапии, уменьшая системные побочные эффекты и повышая эффективность применения препарата. В конъюгатах пептид-антитело часть антитела может играть роль целевого объекта, тогда как пептид является эффекторной частью [17].
Заключение
Дальнейшая разработка пептидных препаратов будет основываться на встречающихся в природе пептидах с применением традиционных пептидных технологий для улучшения их слабых мест, таких как как их химические и физические свойства, а также короткий период полураспада.
Также ожидается, что новые пептидные технологии, в том числе многофункциональные пептиды, пептиды, проникающие в клетки, и конъюгаты пептидных лекарственных средств, помогут расширить сферу применения пептидов в качестве терапевтических средств.
Пептиды обладают огромным потенциалом в качестве будущих препаратов для успешного решения многих медицинских проблем.