واکسن دی‌ان‌ای

تاریخچه DNA واکسن‌ها

حدود ۴۰ سال پیش مشاهده شد DNA به تنهایی قادر به اعمال تغییراتی در یاخته هاست. بدین ترتیب که اگر اسید نوکلئیک ویروس را استخراج و به‌طور مستقیم به خرگوش تلقیح نمایند موجب ایجاد تومور می‌شود.
حدود دو سال بعد آتاناسیو(Atanasiv) نشان داد که تلقیح DNA نه تنها باعث تولید تومور در هامستر می‌گردد، بلکه باعث تولید آنتی بادی ضد پولیوما نیز می‌شود.
در سال ۱۹۹۰ آقای ولف (Wolff) و همکاران به‌طور اتفاقی در طی آزمایش نوعی لیپوزوم برای انتقال DNA به درون یاخته‌ها، مشاهده کردند پلاسمید واجد یک ژن در یاخته‌های ماهیچه‌های اسکلتی موش باعث بیان ژن حامل خود گردید  و این مشاهده، اولین پایه‌های کاربرد DNA واکسن شد.
در سال ۱۹۹۳ ژن نوکلئوپروتئین ویروس آنفلوآنزا به عنوان اولین ایمونوژن برای تولید DNA واکسن به کار گرفته شد که هنوز در مراحل کارآزمایی است.

نسل سوّم واکسن‌ها

در حال حاضر واکسن‌های اسید نوکلئیک به عنوان پنجمین نوع واکسن‌ها یا نسل سوم واکسن‌ها (یعنی پس از واکسن‌های دارای ویروس تضعیف شده و غیر فعال، پروتئین‌های تخلیص شده پاتوژن‌ها، نو ترکیب و وکتورها)، مورد توجه خاصی قرار گرفته‌است. سازمان بهداشت جهانی واژه  واکسن‌های اسید نوکلئیک  را برای این نوع از واکسن‌ها پیشنهاد کرده و آن را به عنوان سومین انقلاب در علم واکسیناسیون معرفی نموده‌است [۱].

تعریف DNA واکسن‌ها

DNA  واکسن‌ها وکتورهایی هستند که قادر می‌باشند در یاخته‌های پستانداران رونویسی شده و با ابزار ژن همراه خود، باعث تحریک سیستم ایمنی میزبان علیه آن گردند. این وکتورها به‌طور مستقیم به یاخته‌های میزبان تلقیح می‌شوند. DNA  واکسن‌ها نسبت به سایر انواع واکسن‌ها واجد مزایایی می‌باشند. این واکسن‌ها از جهاتی مشابه واکسن‌های دارای ویروس ضعیف شده و وکتورهای نوترکیب می‌باشند. البته به دلیل اینکه DNA واکسن‌ها در موجودات ایجاد عفونت نمی‌نمایند از واکسن‌های حاوی ویروس زنده متمایز می‌شوند. علاوه بر این، برخلاف DNA واکسن‌ها، واکسن‌های حاوی ویروس زنده ممکن است باعث سرکوب سیستم ایمنی گردند، یا در اثر تضعیف شدن تا حدی در تولید ایمنی کم اثر شده باشند. همچنین، ممکن است در زنان باردار یا در افراد با نقص ایمنی عوارضی ایجاد نمایند یا به دلیل آلودگی به محصولات دیگر در طی فرایند تولید مضر باشند [۱].

روش تحریک سیستم ایمنی توسط کاست واکسن ژنی

تولید آنتی‌ژن توسط سلول‌های میزبان در واقع بعضی از جنبه‌های واکسن‌های تخفیف حدت یافته را تقلید می‌کنند بدون اینکه خطر تکثیر پاتوژن بیماری‌زا وجود داشته باشد.
عدم نیاز به زنجیره سرد که در نتیجه هزینه پایین نگه‌داری و تولید آن را به همراه دارد و نیز تحریک هر دو بازوی سیستم ایمنی به وسیله عرضه ژن حامل هم از طریق MHCI و هم با استفاده از  MHCII جزء فواید زیاد این نوع واکسن هاست.
DNA واکسن‌ها را می‌توان جزء واکسن‌های ساب یونیت محسوب کرد زیرا تنها یک یا بخشی از یک پروتئین را بیان می‌کنند. البته بر خلاف این واکسن‌ها، DNA واکسن‌ها به مراحل تولید در فرمانتور و تخلیص پروتئین نیازی ندارند. در طی مراحل خالص‌سازی شکل طبیعی پروتئین به راحتی می‌تواند دچار تغییر گردد و آنتی بادی‌هایی که علیه این پروتئین تغییر شکل یافته تولید می‌شود قادر به خنثی کردن پاتوژن اصلی نباشد. همچنین واکسن‌های ساب یونیت تنها توسط MHC-II ابراز می‌شوند، در حالی که DNA واکسنها توسط هر دو کلاس MHC ارائه می‌گردند. . DNA واکسن‌ها در دماهای بالا و پایین پایدار هستند و به صورت خشک یا محلول می‌توانند نگهداری شوند، بنابراین به زنجیره سرد که برای بسیاری از واکسن‌ها ۸۰٪ از هزینه‌های واکسیناسیون را به خود اختصاص می‌دهد نیاز ندارند. همچنین با توجه به یکسان بودن نوع واکسن برای کلیه آنتی ژنها به راحتی می‌توان چندین واکسن را به همراه یکدیگر تلقیح نمود. از طرفی به‌کارگیری روش واحد برای تولید کلیه واکسن‌ها مراحل تولید آن‌ها را ساده‌تر می‌کند. تولید سریع DNA نسبت به پروتئین یا پاتوژن و تخلیص ساده‌تر از مزایای دیگر این واکسن‌ها می‌باشند [۱].

نقش وکتور در  DNA واکسن‌ها

با حذف قسمت‌هایی از پلاسمید این امکان به وجود آمد که ژن‌های بزرگتری را بتوان در درون پلاسمید جایسازی کرد. پلاسمیدهای کوچک از بسیاری جهات واجد مزیت می‌باشند. به عنوان یک قاعده کلی کارآیی ترانس فکشن به‌طور معکوس به اندازه پلاسمید وابسته‌است. وقتی اندازه پلاسمید از kbp ۱۵ فراتر رود، به صورت یک عامل محدودکننده عمل می‌کند. بنابراین پلاسمیدهای کوچکتر که بتوانند ژن بزرگتری را در خود جای دهند، مورد توجه بیشتری می‌باشند. علاوه بر این، پلاسمیدهای بزرگتر از نظر تعیین نقشه آنزیمی و کار با آنزیمهای محدود الاثر می‌توانند ایجاد اشکال نمایند و همچنین به تعداد کمتری تکثیر می‌شوند، بنابراین میزان تولید DNA کمتر می‌باشد [۲].

مراحل فرادستی ساخت یک واکسن ژنی

A) توالی یابی ژن کدکنندة ایمونوژن B) وارد کردن ژن در وکتور C) وارد کردن کاست تهیه شده در باکتری به منظور تکثیر کاست D) تأیید کاست با هضم آنزیمی E) وارد کردن کاست در یک رده سلولی به منظور ارزیابی بیان ژن در سیستم یوکاریوتی F) تأیید بیان با روش وسترن بلات G) ایمن‌سازی حیوان

روش تزریق

به سه روش استنشاقی، داخل عضلانی و داخل جلدی می‌تواند تزیق شود. برخی مطالعات نشان داده‌اند که ناحیه تزریق می‌تواند در نوع پاسخ القا شده مؤثر باشد. به عنوان مثال در تجربه‌ای نشان داده شد هنگامی که یک نوع DNA واکسن از راه داخل عضلانی تلقیح می‌شود پاسخ Th۱ را القا می‌کند اما هنگامی که همین واکسن از راه داخل جلدی تزریق گردید پاسخ ایمنی به سمت Th۲ متمایل گردید.

دوز تزریقی

مطالعات نشان داده‌اند که میان دوز تزریقی DNA واکسن با ایمنی القا شده رابطه مستقیمی وجود ندارد و کاربرد مقادیر بیش از حد DNA واکسن در هر نوبت تزریق نه تنها کارایی بیشتر آن را به همراه ندارد بلکه باعث کاهش تحریک سیستم ایمنی نیز می‌گردد. بنابراین تعیین دوز بهینه DNA واکسن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد.

مزایای DNA واکسن‌ها

تولید آنتی‌ژن توسط سلول‌های میزبان در واقع بعضی از جنبه‌های واکسن‌های تخفیف حدت یافته را تقلید می‌کنند بدون اینکه خطر تکثیر پاتوژن بیماری‌زا وجود داشته باشد.
از جهاتی مشابه واکسن‌های دارای ویروس ضعیف شده و وکتورهای نوترکیب می‌باشند. البته بدون ایجاد عفونت و سرکوب سیستم ایمنی و تولید ایمنی کم اثر در اثر تضعیف شدن
از جهاتی مشابه واکسنهای سابیونیت (بیان یک پروتئین یا بخشی از آن). البته بدون نیاز به تولید در فرمانتور و تخلیص پروتئین (مشکل تعییر شکل طبیعی پروتئین) .
در دماهای بالا و پایین پایدارند و عدم نیاز به زنجیره سرد (کاهش ۸۰٪ هزینه نگه‌داری و تولید)
امکان تولید سریع و تلقیح هم‌زمان چندین واکسن
تحریک هر دو بازوی سیستم ایمنی به وسیله عرضه ژن حامل از طریق MHCI و MHCII (واکسنهای سابیونیت تنها توسط MHC-II )

معایب DNA واکسن‌ها

گذشته از کلیه مزایای که باعث شده‌است تا DNA واکسن‌ها مورد توجه محققین قرار گیرند ولی معایبی نیز وجود دارند که سبب گردیده تا در مورد استفاده از این واکسن‌ها در انسان با تردید برخورد شود. این معایب عبارتند از:
۱- امکان استقرار DNA پلاسمید درون ژنوم یاخته‌ها: هر چند از نظر تئوری احتمال بروز چنین پدیده‌ای وجود دارد ولی امکان آن بسیار کم است. تاکنون نیز هیچگونه استقراری از پلاسمید در درون ژنوم میزبان دیده نشده‌است.
۲- تولرانس: در بعضی از سیستم‌های تجربی، تزریقهای مکرر مقدار کم آنتی ژن به بی پاسخی ایمنولوژیک یا تولرانس منجر می‌شود. در واکسن‌های DNA نیز از آنجا که تنها مقدار کمی از آنتی ژن برای مدت طولانی بیان می‌شود، احتمال بروز تولرانس وجود دارد.
۳- خود ایمنی: احتمال بروز خود ایمنی در اثر ابراز آنتی ژن بر سطح سلول‌ها و واکنش ایمنی علیه سلول یا تبدیل یاخته‌هایی که به‌طور طبیعی عرضه‌کننده آنتی ژن نیستند، به یاخته‌هایی که آنتی ژن را عرضه می‌کنند، وجود دارد ولی باید توجه داشت که عفونت‌های ویروسی یا باکتریایی نیز ممکن است چنین حالتی را ایجاد کنند و خطر DNA واکسن‌ها بیشتر از عفونت‌های مذکور نیست.
۴- آنتی بادی‌های ضد DNA: القای آنتی بادی ضد پلاسمید یکی دیگر از نکاتی است که در DNA واکسن‌ها مورد بحث است. آنتی بادی ضد DNA در بیماری‌های مثل لوپوس تولید می‌شود. در مورد پلاسمیدها احتمال تولید چنین آنتی بادی‌هایی کمتر است زیرا احتمالاً DNA دو رشته‌ای خالص شده به راحتی قادر به تحریک و تولید آنتی بادی نیست. هر چند از نظر تئوری احتمال بروز هر یک از موارد فوق وجود دارد ولی تاکنون از هیچ یک از آن‌ها گزارشی نشده‌است [۳].