Canlı veya ölü antijenik mikroorganizmaları, bakteri toksinlerini, toksoidleri, bakteri ve virüslerin belirli bölgelerinden alınmış antijenik materyalleri içeren, uygulandıkları organizmada belirli bir enfeksiyon veya intoksikasyon etkenine karşı bağışıklık sağlayan farmasötik preparatlara aşı denir (Klegerman and Groves 1992).
Aşılar bulaşıcı hastalıklar buna bağlı sakatlık ve ölümlerin azaltılması ve en önemlisi uzun vadede hastalık etmeninin ortadan kaldırılması açısından insan ve toplum sağlığını korumada vazgeçilmez bir öneme sahiptir (Calis et al. 2001).
Yeni aşı geliştirme hedefi; yeni aşı antijenlerinin ve terapötik antikor/antiserumların geliştirilmesi, mevcut olanların üretim teknolojilerinin iyileştirilmesi, immünojenitesi yeterli bir prototip ve formülasyonunun oluşturulması hedeflenmektedir. Öncelikli olarak ülkenin ya da bölgenin ihtiytaçlarına göre hazırlanmalıdır. Bunun yanı sıra bir aşıda bulunması gereken özellikler; etkin , stabil, ucuz , güvenli ve erişilebilir olmasıdır. Aşı uygulama yolları; intramuskuler, intravenöz, dermal, subkutan, intranazal ve oraldır (Nicolas and Guy 2008).
Aşı geliştirmede adjuvanların önemli bir rolü vardır. Adjuvan, antijenlerle fiziksel veya kimyasal bağlantı yoluyla bağışıklık tepkilerini arttıran yardımcı bir maddedir. Özellikle adjuvanlar, aşı içerisindeki antijenlere karşı spesifik bağışıklık tepkilerinin artırılmasına yardımcı olur (Kuroda et al. 2013).
Son zamanlarda, yüzlerce malzeme adjuvan olarak denenmiştir. Bakteriyel metabolitler, bağışıklık uyarıcı madde içeren mineral yağ/yüzey aktif madde, mikropartikül, nükleik asit, lipozom ve polisakkarit bunlardan bazılarıdır, ancak yalnızca alüminyum esaslı adjuvanlar küresel bazda yaygın olarak kullanılmaya devam edilmektedir (He et al. 2015).
Alüminyum adjuvanları hücresel immün yanıtın oluşmasında yetersiz kalmaktadır. Bağışıklık yanıtı oluşturulması gereken ve dünyadaki en önemli ölüm nedenleri olarak kabul edilen HIV (İnsan bağışıklık yetmezlik virüsü), tüberküloz ve sıtma aşılarında kullanılamamaktadır (Aguilar and Rodriguez 2007).
Alt ünite tüberküloz aşı çalışmalarında, koruyucu bir bağışıklık yanıtı için güçlü bir adjuvan kullanılması gerekmektedir. Tüberküloza karşı dirençte Th1 tipi hücresel bağışıklık, özellikle de interferon gamma (IFN-γ) ve interlökin 12 (IL-12) sitokinleri büyük öneme sahiptirler (da Costa, de Oliveira Costa-Junior et al. 2014).
Modern aşılarda kullanılan saf rekombinant veya sentetik antijenlerle ilgili en önemli sorun, genelde geleneksel veya inaktif aşılara göre çok daha az immünojenik olmasıdır. Bu nedenle, insan aşılarında geliştirilmiş ve daha güçlü adjuvanlara büyük bir ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle, hücresel (Th1) bağışıklığı uyarabilen, güvenli ve toksik olmayan adjuvanlara yönelik talep vardır (Petrovsky and Aguilar 2004)
Aşı tipleri
Günümüzde kullanılan aşıların hemen hemen hepsi bakteriyel ve viral enfeksiyonlara karşıdır. 3 tip aşı vardır; zayıflatılmış mikroorganizma (canlı), inaktive edilmiş mikroorganizmalar ve alt ünite aşılar (Ada 2003).
Klasik aşılar başlıca organizma aşıları ve alt ünite aşıları olarak iki ana grup halinde bölünebilir. Bu, bakteriyel ve viral aşılar için de geçerlidir. Kullanımda olan birçok bakteriyel aşılar, bakteriyel bileşenler ve alt birimlerine dayalı olabilir. Ancak viral aşılarda tüm organizma canlı zayıflatılmış veya inaktive edilerek aşı olarak kullanılmaktadır. Bazı durumlarda alt ünite viral aşılar klasik aşılar arasında yer almaktadır (Beigel et al. 2009).
Canlı aşılar
Bazı canlı bakteriyel aşılar, insan aşılarının en başarılısı olarak kabul edilmiştir. Canlı aşılar bir ya da iki uygulama ile uzun süre bağışıklık kazandırır. Hastalığa neden olan mikroorganizma özel laboratuvar koşullarında üretilerek virülansını veya hastalığa neden olan özelliklerini kaybeder. Bu tip aşıların en önemli avantajı hem hümoral, hem de hücresel bağışık yanıt oluşturdukları için genellikle tek doz olarak uygulanıp güçlendirme dozu gerektirmemeleridir (Abbas et al. 2003).
Bu tür aşıları geliştirmek için dört genel yaklaşım kullanılmıştır; Öncü bir yaklaşım olarak Edvard Jenner, insanlarda aşı olarak doğal bir konakçı patojen kullanmıştır. Yaygın olarak kullanılan yabanıl tip mikroorganizmalar insanlarda bağışıklık ve uzun süre kalıcılık sağlamak için doku kültürlerinde ya da hayvan konaklarda pasajlanır. Salgınlar sırasında düşük virülans şusları izole edilmiştir. Olumsuz koşullarda, çok düşük ve 37°C’nin üstündeki sıcaklıklarda büyüyen mutantlar seçilmiştir. İnfluenza virüsünün soğuya uyarlanmış suşları 25°C’de büyütülmüştür ve viral genlerin mutasyona uğradığı görülmüştür. Bu tür suşların klinik çalışmaları 1960’lardan beri var olmasına rağmen insan için kullanımları mevcut değildir (Ada 2003).
19.yüzyılın son çeyreğinden itibaren, veba, tifüs, kolera, difteri ve tüberküloz gibi ciddi hastalıkların etkeni olan bakteriler ortaya çıkmıştır. Bu bakteri kültürlerinin elde edilmesi bakteriyel aşıların geliştirilmesine yol açmıştır. Viral aşılarda olduğu gibi, ilk bakteriyel aşılarda zayıflatılmış canlı aşılar geliştirilerek elde edilmiştir. Pasteur, eski Pasteurella pestis kültürlerini kullanarak inek, keçi ve koyun şarbonlarına karşı basili ısıtarak (42-43°C) ilk veteriner aşı uygulamasını gerçekleştirmiştir (Arnon 2011).
Canlı zayıflatılmış aşılar en geniş ve farklı bağışıklık cevaplarını tetikleme potansiyeline sahiptir. Bu bağışıklık yanıtla bir sonraki enfeksiyona karşı korumada bunu kontrol etmekte ve temizlemede etkin olabilir (Ada 2003).
İnaktive aşılar
Pek çok inaktive aşı etkinliği değişen bakteri temellidir. Zayıflatılmış canlı aşılara göre bu aşılar önemli ölçüde yüksek dozlar halinde ve daha sık uygulama gerektirmektedir. Bakteriyel aşılar, genellikle hastalığı önlemekte etkilidir. Bu tür aşılar düşük etkili, inaktive edilmiş patojenleri içermektedir (Ada 2003).
Hastalığa neden olan mikroorganizmanın kimyasal yolla veya ısı ile tamamen inaktive edilmesi yoluyla üretilirler. Bu aşılar stabil ve güvenilirdir, hastalığa neden olabilecek bir forma dönüşemezler. Canlı aşılara nazaran dolaşımdaki antikorlarla çok daha az etkileşime girdikleri için genellikle hümoral bağışıklık yanıt oluştururlar (Beyazova and Aktaş 2007).
İnaktif hale getirilmiş aşılar genellikle arzu edilen bağışıklık tepkilerini indükler fakat T hücresi tepkisi oluşturmaz. Birçok virüs, bakteri ve parazit tarafından oluşturulan hücre içi enfeksiyonları temizlemek amacıyla önemli bir bağışıklık tepkisi verdiği ortaya koyulmuştur (Ada 2003).
Alt birim aşılar
Yeni nesil aşıların asıl gereği, mikroorganizmalara karşı hem hücre içi hem hücre dışı enfeksiyonları önleyecek şekilde antikor oluşturmasıdır. Bu tür antikorlar tarafından tanınan bir ya da birkaç epitop mikroorganizma yüzeyinde bulunan protein ya da karbonhidratlarda mevcuttur. Bu tür bileşenlerin izole edilmesi ilk viral ve bakteriyel alt ünite aşıların oluşturulmasında temel olmuştur. Viral influenza ve hepatit B aşılarında mikroorganizmanın yüzey antijenleri kullanılmıştır. Bakteriyel aşılarda ise kapsüllü bakterilerin farklı polisakkarit bazlı bileşenleri aşı olarak kullanılmıştır (Arnon 2011).
Alt birim aşılarda bağışıklık büyük ölçüde arttırılmıştır. Özellikle bebekler için protein taşıyıcısına karbonhidrat birleştirmek suretiyle immünoglobin üretimi için T hücrelerinin bağışıklığa katılımı sağlanmıştır. Genetik mühendisliği ile yapılan aşı döneminde antijen kodlayan genlerin maya hücrelerine transferi ile önemli bir ilerleme meydana gelmiştir. Alt birim aşılar yetişkinlerde bağışıklık yanıtını %17’ye kadar artırmıştır (Ada 2003).
Mikroorganizmalardan ayrıştırılmış antijenik maddeler, parçalar veya mikroorganizmaların ürettiği toksinlerin laboratuvar koşullarında inaktive edilmesi ile oluşturulan toksoidler kullanılarak üretilmiş toksoid aşılar bu grupta yer almaktadır. Toksoid aşılar mikroorganizmalar tarafından üretilen ve zararlı olan toksinin inaktive edilmesiyle oluşturulan aşılardır. Toksoid antitoksik antikorların yapımını harekete geçirirler. Bu grupta yer alan polisakkarit aşılar B lenfosidik yanıt oluşturmak için pek de güçlü antijenik yapılar değildir. Ancak, vücuttan kolay atılamadıkları ve lenfoid dokularda uzun süre kaldıkları için uzun süre tekrarlayan spesifik B lenfosit yanıtı oluştururlar. Alt birim aşılar rekombinant olarak da üretilebilirler (Abbas et al. 2003).
Alt ünite aşılar da inaktive edilmiş aşılar gibi hücre aracılı bağışıklık elde edilmesi daha zordur. Daha iyi bir immün yanıt için antijenin daha uzun süreli salınmasını sağlayan bir yardımcı madde (adjuvan) gerektirir (Okay 2011).
Rekombinant aşılar, biyolojinin diğer alanlarına benzer şekilde aşılama konusunda rekombinant DNA yaklaşımları yeni bir uygulama getirmiştir. Rekombinant DNA teknolojisi antijenlerin belirlenmesinde ve izole edilmesinde kullanılabilir. Bu nedenle, bir organizmanın tüm antijenlerinin veya bir kısmının ekspresyonu ve klonlanması mümkün hale gelmiştir. Böylece aşı geliştirme ile ilgili bazı sorunlar aşılmış olmaktadır. Birinci olarak yerli materyal elde edilmesi ile ilgili sorunlar aşılabilir. Geleneksel teknolojiler kullanılarak antijenlerin saf formu ve değerlendirme testleri ile birlikte antijenin yeterli miktarda elde edilmesi oldukça zor olmuştur. İkinci olarak, rekombinant teknolojiler daha verimli bir sunum ve bağışıklık elde etmek için istenilen bir vektör ile belirli bir antijenin ekspresyonunu kolaylaştırmıştır. Üçüncü olarak, bu teknolojiler pratik bir aşı gelişimi için istenen antijenin büyük ölçüde elde edilmesini sağlamıştır. Bundan başka rekombinant DNA teknikleri ile patojenik organizmalarla daha güvenli çalışmalar yapılmıştır (Beyer et al. 2002).
Alt ünite aşıların üretimi için bazı proteinler daha az etkiye sahip çok zahmetli ve maliyet artışına sebep olan geleneksel saflaştırma yöntemleri kullanılarak hazırlanmıştır. Rekombinant DNA teknolojisi in-vitro büyümesi zor olan patojenler için kompleks bileşenlerin yeterli miktarda saflaştırılması için aşı gelişimini yüksek derecede kolaylaştırmıştır. Antijeni kodlayan gen, bir vektör üzerinde klonlanmış ve E.coli gibi bir bakteri konakçıya sokulur. Rekombinant mikroorganizmalar laboratuar ortamında büyük ölçüde kültürlenir ve istenen protein ekspresyonu, IPTG indüksiyonu gibi farklı yöntemler kullanılarak oluşturulmaktadır. İlgili protein ile birlikte rekombinant organizmanın diğer proteinleri de izole edilebilir. Ancak konak organizma stabilitesini veya korunabilirliliğini kaybedebilir ve bu da proteinin üç boyutlu yapısını değiştirebilir (Okay 2011).
Fatih KARABULUT
Kaynaklar;
- Ada, G. 2003. Overview of vaccines. In: Vaccine protocols (2nd ed.). Edited by
- Klegerman, M.E. 1992. Vaccines. Pharmaceutical Biotechnology. Interpharm Press. p.:64-76.
- Calis, S., F. Oner, S. Kas and A. Hincal (2001). “Approaches to education of pharmaceutical biotechnology in faculties of pharmacy.” Current pharmaceutical biotechnology 2(2): 143-155.
- Nicolas, J. and Guy, B. 2008. Intradermal, epidermal and transcutaneous vaccination: from immunology to clinical practice. Expert review of vaccines, 7(8); 1201-1214.
- Kuroda, E., Coban, C. and Ishii, K. J. 2013. Particulate adjuvant and innate immunity: past achievements, present findings, and future prospects. International reviews of immunology 32(2); 209-220.
- He, P., Zou Y. and Hu Z. 2015. Advances in aluminum hydroxide-based adjuvant research and its mechanism. Human vaccines & immunotherapeutics, 11(2); 477-488.
- Aguilar, J. and Rodriguez, E. 2007. Vaccine adjuvants revisited. Vaccine, 25(19); 3752-3762.
- da Costa, A.C., Costa-Júnior Ade, O., and de Oliveira, F.M. 2014. A new recombinant BCG vaccine induces specific Th17 and Th1 effector cells with higher protective efficacy against tuberculosis. PLoS One; 9:e112848.
- Petrovsky, N. and Aguilar, J. C. 2004. Vaccine adjuvants: current state and future trends. Immunology and cell biology, 82(5); 488-496.
- Beigel, J., Voell, J., Huang, C.M., Burbelo, P.D., and Lane, H.C. 2009. Safety and immunogenicity of multiple and higher dose of an inactivated influenza A/ H5N1. J. Infect. Dis. 200, 501-509.
- Abbas, A.K., and Lıtchman, A.H. 2003. Cellular and Molecular Immunology. 5th Ed.
- Arnon, R. 2011. Overview of vaccine strategies. In: Vaccine design: innovative approaches and novel strategies. Edited by Rappuoli, R. and Bagnoli, F. Caister Academic Press, Norfolk, UK. pp. 1-17.
- Beyazova, U., ve Aktaş, F. 2007. Çocukluk Çağı Aşılamaları ve Erişkin Bağışıklaması.
- Okay, S. 2011. Development of recombinant vaccines composed of PlpE and OmpH from Pasteurella multocida A:3. Doktora Tezi. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
- Beyer, W., Palache, A., De Jong, J., and Osterkaus, A. 2002. Cold-adapted live influenza vaccine versus inactived vaccine: Systematic vaccine reactions, local and saystematic antibody response and vaccine efficacy. A mate-analysis. Vaccine 20, 1340-1353.