Aşılar tıbbın en büyük başarılarından biridir ve infeksiyon hastalıklara karşı savaşta 200 yıldan uzun süredir önemli rol oynamaktadır. Aşılar sayesinde çiçek hastalığı dünyadan elimine edilmiştir. Polio ise birkaç ülke hariç elimine edilmiş durumdadır. Gelişmiş ülkelerde çocukluk çağı aşılaması ile infeksiyon hastalıklarından mortalite ve morbidite önemli derecede azalmıştır. Halen dünyada sorun oluşturan, önemli halk sağlığı sorunu olan bazı infeksiyon hastalıkları için etkin aşılar bulunmamaktadır. Örneğin HIV/AIDS, tüberküloz, sıtma, leyişmanyoz, deng gibi. Kaynakların kısıtlı olduğu ülkelerde mevcut aşılara erişim, aşı dağıtımı ve saklama koşullarında sorun yaşanmaktadır. Aşı maliyetleri bazen de aşı talepleri karşılanamamaktadır. Etkinliği yüksek, maliyeti düşük ve olumsuz koşullarda dahi kolay saklanabilir, dağıtılabilir aşıları üretebilmek aşılamada temel hedefler arasındadır. Diğer yandan Zika virüs, Nipah virüsü infeksiyonları gibi yeni infeksiyon hastalıkları ortaya çıkmakta, birçok infeksiyon hastalığının etkin tedavisi bulunmamakta, en önemli yaklaşım da korunma olarak kalmaktadır. Tüm bu nedenlerle yeni aşı geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Geleceğin aşılarını şekillendirenler de biyoinformatik, sistem biyolojisi, moleküler biyoloji ve immünolojideki gelişmeler olacaktır.
Yeni aşı tipleri
İlk aşı olan çiçek aşısı canlı attenue virüs içermekteydi. Daha sonra geliştirilen aşılarda da “etkenin tanımlanması, inaktive edilmesi ve injekte edilmesi” kavramı yer almıştır. Hücre kültürü tekniklerinin gelişmesi ile kızamık, kızamıkçık, kabakulak, polio, suçiçeği, rota virüs için attenue aşılar geliştirilebilmiştir. Hepatit B, insan immün yetmezlik virüsü (HIV), respiratuar sinsityal virüs (RSV), hepatit C virüsü, deng, tüberküloz, sıtma gibi bazı patojenlere karşı ise gerek etkeni kültüre etmede sorunlar gerek antijenik değişkenlik ya da istenmeyen immün yanıt nedeni ile ilk kuşak aşı üretim teknolojisi yetersiz kalmıştır. Son 30 yılda ikinci kuşak aşılar üretilmiştir ki bu tip aşılarla hedef patojenin tümünü değil, protein/peptit antijen, karbonhidrat antijen gibi bir kısmı kullanılarak immün yanıt oluşturmak hedeflenir. Subunit aşılar ya patojenin kendisinden ya da genetik mühendislikle rekombinant teknoloji ile başka bir virüs, bakteri ya da mayada klonlama yolu antijen elde edilir. Aselüler boğmaca aşıları, hepatit B aşıları, insan papilloma virüs (HPV) aşıları ve yeni geliştirilen sıtma aşısı bu grup aşılardandır. Konjugasyon tekniği kullanılarak meningokok, pnömokok, Haemophilus influenzae tip b aşıları geliştirilmiş ve uygulamaya konmuştur (1).
Canlı rekombinant aşılar: İnfeksiyöz ajanın immünojenik proteinini taşımada başka bir attenue virüs ya da bakteri türlerini kullanır. Burada amaç; immün yanıtı artırmak ya da tek başına verilirse hastalığa neden olabilecek ajanın, hastalık yapmadan bağışıklık oluşturmasını sağlamaktır. Virüslerin DNA’sında bir bölümün replikasyon için gerekli olmadığı gösterilmiştir. Bir başka patojenin immunojenlerini kodlayan genler bu bölgeye yerleştirilebilir. Örneğin sadece sinekleri infekte eden baculovirus vektör olarak kullanılabilir ve influenza virüsünün immünojenik yüzey proteinini kodlayan gen yerleştirilebilir. Modifiye virüs konağa verilince, immünojen eksprese olur, immün sisteme sunulur ve immün yanıt gelişir. İnsekt virüsleri dışında adeno virüsler de rekombinant aşılarda potansiyel vektör olarak kullanılmaktadır. Vaccinia virüsü (çiçek aşısının temelini oluşturur) canlı rekombinant aşı yaklaşımlarında ilk kullanılan virüstür. İnfluenza, kuduz, hepatit B’den korunmak için deneysel rekombinant vaccinia suşları tasarlanmıştır. Tüberküloz, HIV, Deng hastalığı, sitomegalo virüs (CMV), parvovirus için klinik çalışmalar devam etmektedir. Şigella, Salmonella typhi, Vibrio cholerae, tuberküloz için rekombinant bakteri aşıları da klinik değerlendirme aşamasındadır (2). Yeni geliştirilen Ebola virüs aşısı da Zaire Ebolavirus’unun glikoproteinini eksprese eden rekombinant, veziküler stomatit virüs temelli aşıdır (3).
Nükleik asit bazlı aşılar: DNA aşıları, özellikli bir antijeni kodlayan DNA içerir. DNA konağın hücresine doğrudan çıplak DNA olarak verilebildiği gibi kimyasal işlemler, kaplama yöntemleri ya da replike olmayan virüs ve bakteri kullanılarak verilişi kolaylaştırılabilir. Konak infeksiyöz ajanın antijenini üretir ve konağa yabancı olduğu için de bir immün yanıt oluşturur. DNA aşıları çok farklı türdeki infeksiyöz hastalıklara karşı olduğu gibi melanoma, prostat kanseri gibi çeşitli kanser türlerine karşı kanser aşısı olarak da çalışılmaktadır (4). Canlı flavivürüsü taklit etmede noninfeksiyöz viral RNA kullanılabilir ve konağa verilince, noninfeksiyöz subviral partiküller salınarak virüse karşı nötralizan antikor oluşturulabilir. Tümörler için de tümör antijenini kodlayan, kendisi replike olabilen RNA, aşı çalışmalarında kullanılmaktadır (5).
Dendritik hücre aşıları: Klasik tedavi yaklaşımına cevap vermeyen prostat kanseri için bir dendritik hücre aşısı onaylanmıştır. Dendritik hücreler ex vivo olarak tümör antijenleri ile uyarılarak aktive edilmekte, hastaya geri verilerek bir anlamda tedaviye katkı sağlamaktadır. Diğer kanser türleri için de çalışmalar devam etmektedir (6).
Sentetik peptit aşıları: Alternatif bir aşı stratejisi olup, mikroorganizmaların koruyucu immün yanıt oluşturan antijenik bölgelerinin kısa peptit dizinini belirleyerek sentezlenmesi ile elde edilir. İmmunojenik özelliklerinin zayıf olması nedeni ile taşıyıcılara ve adjuvana gereksinim vardır. Hepatit C, HIV, şarbon, influenza, HPV ve bazı kanserlere karşı çalışmalar yapılmaktadır (7).
Aşı geliştirilmesinde yeni teknolojiler
Son yıllarda tersine aşı bilimi, yapısal aşı bilimi ve immunoprofilaksi şeklinde yeni aşı teknolojileri üzerinde çalışılmaktadır.
Tersine aşı bilimi (Reverse Vaccinology): Bakteri genomunun ilk kez 1995’te sekanslanması aşı gelişmesinde yeni ufuklar açmıştır (8). Bu teknikte patojenin genomu taranarak, aşı hedefi olabilecek proteinleri kodlayan genler tanımlanmaya çalışılır. İmmunoinformatikler, multipl genom sekanslarını tarayarak T hücre, B hücre epitoplarını belirlemek, proteinlerin hücre yerleşimini tespit etmek için matematik ve bilişimsel yöntemleri kullanır. Genomiks, proteomiks ve protein dizininin birlikte kullanımı ile aşı hedefleri daha iyi analiz edilmekte, yeni antijenler daha hızlı tanımlanmaktadır. Uygun hedefler seçilir, eksprese edilir ve hayvan deneylerinde denenir. Bu şekilde çok geniş spektrumda aşı adayı, laboratuvarda kültüre gerek kalmadan seçilebilir. Kısıtlılığı ise polisakkaritler gibi aşılamada önemli birçok protein olmayan antijenleri identifiye etmede kullanılamamasıdır (9). Bu teknolojinin başarılı uygulaması Grup B meningokok aşılarının üretimidir. B grubu meningokokların kapsüler polisakkaritlerinin insanın kendi antijenlerine benzemesi nedeni ile yıllarca aşısı üretilememiştir. Meningokok B nükleotid genom sekansı tespit edilmiş, tersine aşı bilimi kullanılarak RNA fragmanları bilgisayarda analiz edilmiştir. Bu şekilde 600 gen tanımlanmış, Escherichia coli’de klonlamış ve eksprese edilmiştir. İçlerinden seçilenler fare deneyleri ile test edilmiş, etkin ve geniş bakterisidal aktivite oluşturan antijenler seçilmiş ve sonuçta dört komponentli meningokok B aşısı oluşturulmuştur (10).
Yapısal aşı bilimi: İmmünoloji, yapısal biyoloji ve biyoinformatik bilgilerini kullanarak akılcı immünojen mühendisliğini kapsar. Protein amino asit dizinleri ve sekonder, tersiyer yapılarına göre antijenik epitoplar tasarlanır (11). Yapılan gözlemler etkin immün yanıt için antijenin tümünün değil tek ya da multipl seçilmiş epitoplarının yeterli olabileceğini göstermektedir, yapısal aşı biliminin temelini de bu yaklaşım oluşturur. Yapısal aşı biliminde iki ayrı komponent bulunmaktadır: 1) Üç boyutlu yapıyı temel alarak yapısal stabilizasyon 2) Bir iskele oluşturarak nötralizan ve koruyucu epitopları hedeflemek. Bu şekilde aşı tasarımlarının, geleneksel yöntemlerle aşısı geliştirilemeyen virüs aşıları için potansiyeli olabileceği gösterilmiştir. Bu teknoloji ile RSV, herpes virüs, CMV, HIV aşıları üzerinde çalışılmaktadır (12,13).
Gen transferi ile immunoprofilaksi: Nötralizan antikorları vermede iki yaklaşım vardır. Biri geleneksel pasif immünizasyondur ki antikor yarılanma ömrüne bağlı olarak etkisi geçicidir, çoklu enjeksiyonlar gerekir, maliyeti fazladır ve aşı stratejisine uygun değildir. İkincisi ise nötralizan antikor genini izole etmek ve gen transfer teknolojisini kullanarak konağa geni vermektir. Konağa rekombinant adeno-ilişkili virüs kullanılarak gen verilir ve endojen antikor ekspresyonu sağlanabilir. Bu strateji birçok yönü ile ümit vericidir. Antikor transgeni önceden seçilebilir ve patojenin yaşam döngüsündeki birçok basamak hedeflenebilir. Hayvan çalışmalarında SIV için kullanılmış, başarılı sonuçlar elde edilmiştir (14). HIV infeksiyonuna karşı denenmektedir. Bu teknoloji influenza ve diğer solunum patojenlerine de uygulanabilir. Adenovirüse karşı önceden oluşmuş bir immünite, teknolojinin uygulanmasında aşılması gereken önemli bir engel olarak görünmektedir (15).
Bitki bazlı aşı üretimi: Transjenik hayvanları ve bitkileri kullanarak aşı üretmek de ilgi çeken yöntemler arasındadır. Bu teknolojide bitki-virüs bazlı geçici ekspresyon sistemleri kullanılmaktadır. Mevsimsel gribin rekombinant hemaglütinin antijenleri tütün bitkisinde üretilmiş ve iki ayda aşı antijeni hazırlanabilmiştir. Bitki bazlı biyoreaktör sistemlerin diğer yöntemlere göre düşük maliyet, hızlı ve çok miktarda üretim avantajı bulunmaktadır. Özellikle pandemilerde yarar sağlayacaktır (16).
Yeni aşı uygulama teknikleri
Gelecekteki aşıların uygulama teknikleri günümüzden farklı olacak gibi görünmektedir.
İnhale ve mukozal aşılar: Birçok patojenin önce mukozal yüzeyleri infekte etmesi nedeni ile mukozal yolla aşılama ilgi çekmektedir. Mukozal aşılama antijen spesifik humoral ve hücre aracılı yanıtı mukozal ve sistemik olarak oluşturabilir. Uygulamada nazal sprey şeklinde grip aşısı ve oral yolla kullanılan S. typhi, kolera, rota virüs, polio aşıları bulunmaktadır (17, 18). Bununla birlikte immunojenitenin zayıf olması, aşı materyalinin yıkımı gibi sorunların aşılması gerekmektedir.
Bant ya da yama aşılar: Çok ince iğneleri içeren bantlarla şırınga kullanmadan aşı verilebilir. Uygulamak için özel eğitimli personel gerekmemesi, uzak, kısıtlı bölgelerde uygulamak için önemli bir avantajdır (19).
Yenebilir aşılar: Subunit rekombinant aşıları yaprak, tohum ve meyvelerde üretmek kolayca saklanmasını, transportunu sağladığı gibi aşı alımını da kolaylaştıracaktır. Yenebilir aşı olarak incelenen birçok bitki, rota virüs, kolera, gastroenterit, otoimmün hastalıklar veya kuduz için antijenleri eksprese etmek üzere transforme edilmiştir. Bu amaçla, domates, mısır, tütün, muz, havuç ve yer fıstığı gibi bitkiler kullanılmıştır. Bu aşıların bir özelliği de, aşı geliştirmek üzere transfekte edilecek bitkinin hedef kitle olan insan ya da hayvanlar tarafından sorunsuzca tüketilebilir olmasıdır (20).
Diğer bir ilgi çeken konu da nanoteknolojilerin aşı üretimine uygulanmasıdır. Geleceğin aşı geliştirilmesinde koruyucu, güvenli ve kolay üretilen umut verici adaylar arasında yer almaktadır. Birçok nanopartikül hem aşı uygulama, antijenin yavaş salınım hem de immün güçlendirici olarak geliştirilmiştir. Henüz çalışmalar çok erken dönemdedir (21).
KAYNAKLAR
1) Slotkin SL, Plotkin SA. A short history of vaccines. In: Plotkin SA, Orenstein WA, Offit PA (eds) Plotkin’s Vaccines, sixth ed, Saunders Elsevier, 2018: pp.1-8.
2) Ellis RW. Technologies for making new vaccines. In: Plotkin SA, Orenstein WA, Offit PA (eds) Plotkin’s Vaccines, sixth ed, Saunders Elsevier, 2018: pp.1335-56.
3) Henao-Restrepo A, Camacho A, Longini I, Watson C, Edmunds W, Egger M, et al. Efficacy and effectiveness of an rVSV-vectored vaccine in preventing Ebola virus disease: final results from the Guinea ring vaccination, open-label, cluster-randomised trial (Ebola Ça Suffit!). The Lancet 2017; 389(10068): 505 -18.
4) Zahm CD, Colluru VT, McNeel DG. DNA vaccines for prostate cancer. Pharmacol Therapeut. 2017; 174: 27–42.
5) Ulmer JB, Geall AJ. Recent innovations in mRNA vaccines. Curr Opin Immunol 2016; 41: 18-22.
6) Abraham RS, Mitchell DA. Gene-modified dendritic cell vaccines for cancer. Cytotherapy 2016; 18(11): 1446-55.
7) Li W, Joshi MD, Singhania S, Ramsey KH, Murthy AK. Peptide vaccine: Progress and challenges. Vaccines 2014; 2(3), 515–536.
8) Fleischmann RD, Adam MD, White O, Clayton RA, Kirkness EF, Kerlavage AR et al. Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae. Science 1995; 269: 496–512.
9) Moriel DG, Scarselli M, Serino L,Mora M, Rappuoli R, Masignani V. Genome-based vaccine development: A short cut for the future. Adv Exp Med Biol 2009; 655, 81–9.
10) Shea MW. The Long road to an effective vaccine for Meningococcus Group B (MenB). Ann of Med Surg 2013;2(2):53-6.
11) Dormitzer PR, Grandi G, Rappuoli R. Structural vaccinology starts to deliver. Nat Rev Microbiol 2012, 10, 807–13.
12) Azoitei ML, Ban YA, Kalyuzhny O, Guenaga J, Schroeter A, Porter J. Computational design of protein antigens that interact with the CDR H3 loop of HIV broadly neutralizing antibody 2F5. Proteins 2014; 82: 2770–82.
13) Correia BE, Bates JT, Loomis RJ, Baneyx G, Carrico C, Jardine JG, et al. Proof of principle for epitope-focused vaccine design. Nature 2014; 507: 201–6.
14) Moldt B, Rakasz EG, Schultz N, Chan-Hui PY, Swiderek K, Weisgrau KL et al. Highly potent HIV-specific antibody neutralization in vitro translates into effective protection against mucosal SHIV challenge in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 2012, 109, 18921–5.
15) Loomis RJ, Johnson PR. Emerging Vaccine Technologies. Vaccines 2015, 3, 429-47.
16) Concha C, Cañas R, Macuer J, Torres MJ, Herrada AA. Jamett F et al. Disease prevention: An opportunity to expand edible plant-based vaccines? Vaccines,2017; 5(2), 14.
17) Corthésy B, Bioley G. Lipid-Based particles: Versatile delivery systems for mucosal vaccination against ınfection. Front Immunol. 2018; 7(9):431.
18) Kim SH, Jang YS. The development of mucosal vaccines for both mucosal and systemic immune induction and the roles played by adjuvants. Clin Exp Vaccine Res 2017;6(1):15-21.
19)The safety, immunogenicity, and acceptability of inactivated influenza vaccine delivered by microneedle patch (TIV-MNP 2015): a randomised, partly blinded, placebo-controlled, phase 1 trial. Lancet 2017; 390: 649-58.
20) Aryamvally A, Gunasekaran V, Narenthiran KR, Pasupathi R. New Strategies Toward Edible Vaccines: An Overview, J Dietar Suppl 2016; 14:1, 101-16.
21) Zhao L, Seth A, Wibowo N, Zhao CX, Mitter N, Yu C, et al. Nanoparticle vaccines.Vaccine 2014; 32(3): 327-37.
Kaynak: Bilim ve Gelecek Sayı: 172, Haziran 2018 s. 26-28
