Miễn dịch bài 8: Vacxin

Tính năng của CBT lý tưởng- Kích thích sinh miễn dịch mạnh hơn - An toàn, không gây tác dụng phụ tức thời hay lâu dài - Tự tiêu hoặc dễ dàng được loại bỏ theo hệ thống bàitiết của cơ thể

TS BSTY Đinh Xuân Phát

VACXIN

- Vacxin không toàn vẹn: sống và chết

- Vacxin tiểu phần: protein tái tổ hợp, DNA, vacxin tiểu phần với vector

Vacxin là chế phẩm chứa kháng nguyên dùng

để kích thích cơ thể tạo ra đáp ứng miễn dịch đặc hiệu chống lại tác nhân gây bệnh tương ứng với kháng nguyên đó.

Vacxin được xem là giải pháp hiệu quả nhất

để phòng chống bệnh do virus.

Phim :

Vacxin là gì?

Lịch sử vacxin thú y

Bảng 1.2 Thời điểm phát triển một số loại vắc-xin trong thú y

Năm Loại vắc-xin Tác nhân gây

Vắc-xin vô hoạt

Vắc-xin tiểu phần (protein S)

30 2015 Vắc-xin 3 giá: PEDV,

TGEV và Rotavirus

Virus ARN Sống nhược độc

Hữu ích của vacxin 1999

Bảng 1.3 Thành công của một số vắc-xin tại Hoa Kỳ

Lịch sử ra đời

1 Thế kỷ 16: trực tiếp dùng mày/dịch mụn đậu mùa

ở TQ, Ấn Độ

- Trung Quốc: tài liệu y học thế kỷ 18 có ghi chép

việc đặt vảy mụn đậu trên bông gòn và cho vào mũi

Có tài liệu ghi nhận việc này là ở thế kỷ thứ 10 sauCông Nguyên

- Ấn Độ: giai cấp Brahmin của người Hindus đã cấy

mủ khô của mụn đậu bò trên da tay ở thế kỷ 16

- Tại Châu Âu, trước 1774: ghi nhận hiện tượng

người vắt sữa bò không bị bệnh đậu mùa

Lịch sử phát triển vacxin

 Jenner phát triển rộng phương pháp

5 1881: Louis Pasteur phát triển vacxin tụ huyết trùng gà, nhiệt thán, dấu son, dại  Ngành vacxin ra đời

Edward Jenners chủng đậu 1796

1 Edward Jenner (1749–

Immunology

2 Bệnh tích cowpox trêntay Sarah Nelms

3 Smallpox

Lịch sử phát triển vacxin

Những phát kiến quan trọng

1 Nhược độc hóa

- 1880: Louis Pasteur tiên phong

- Phương pháp cấy truyền trênmôi trường không hoàn toàn phùhợp:

+ Pasteurella multocida (1880), nuôi cấy lâu dài (2-3 tháng) VK

ở To phòng và tiếp xúc oxy+ Ứng dụng mở rộng: B

anthracis, virus dại

1822 - 1895

Toxin vs Toxoid

Những phát kiến quan trọng

3 Kỹ thuật liên hợp

Bởi Oswald T Avery and Walther F Goebel (1929)

- Áp dụng cho các polysaccharide (PS), là kháng nguyênkhông phụ thuộc tuyến ức

- PS kích thích miễn dịch kém (nhất là trẻ và thú sơ sinh)

và không hình thành phản ứng nhớ do không hoạt hóa TH

- PS có khối lượng và kích thước phân tử lớn  dễ được

tế bào miễn dịch phát hiện

 Gắn PS với protein tải (toxoid,…)  sẽ giúp kích

hoạt TH cho phản ứng nhớ và hỗ trợ miễn dịch thể dịchmạnh

diethyldithiocarbamate, thymosin α1, loxoribine,

GMSF (yếu tố kích thích bạch cầu), cimetidine,

dehydroepiandrosterone sulphat ) tiêm riêng

Chất bổ trợ = Adjuvant

1 Đa số chất bổ trợ chưa được hiểu rõ cơ chế

2 Cox và Coulter phân chia phương cách hoạt độngcủa chất bổ trợ thành 5 hướng khác nhau:

- Điều hòa miễn dịch,

- Trình diện kháng nguyên,

- Hoạt hóa lympho T giết (T CD8),

- Xác định tế bào đích,

- Giải phóng chậm kháng nguyên

TH2; kháng thể

AS04 Kích thích thụ thể TLR4 TH1; kháng

thể CpG Kích thích thụ thể TLR9 TH1; kháng

thể MF59 Không rõ cơ chế, mặc dù có ghi nhận MF59 làm

tăng khả năng nuốt kháng nguyên của các tế bào trình diện kháng nguyên

TH2; kháng thể

Tính năng của CBT lý tưởng

- Kích thích sinh miễn dịch mạnh hơn

- An toàn, không gây tác dụng phụ tức thời hay lâu dài

- Tự tiêu hoặc dễ dàng được loại bỏ theo hệ thống bàitiết của cơ thể sau khi đặc tính bổ trợ của nó đã phát

huy tác dụng (nhằm tránh những hệ lụy về sau)

- Được hiểu rõ về mặt sinh học và hóa học, nhằm đảmbảo sự đồng đều về chất lượng giữa các lô sản xuất củabản thân chất bổ trợ cũng như của vắc-xin

- Có hoạt tính mạnh nhằm giảm liều lượng sử dụng

- Bền để dễ vận chuyển và bảo quản, ở nhiệt độ phòng

- Giá cả phải chăng

PHÂN LOẠI VACXIN THEO

TÁC NHÂN GÂY BỆNH

Vacxin phòng bệnh do virus

1 Vacxin virus bất hoạt (chết)

2 Vacxin virus sống nhược độc

3 Vacxin virus tiểu phần: protein tái tổ hợp, DNA, vacxin tiểu phần với vector

Vacxin phòng bệnh do vi khuẩn

1 Vacxin ngoại độc tố

- Dạng toxoid Thường cho người

- Corynebacterium diphtheria (bạch hầu), Clostridium tetani,

2 Vacxin vi khuẩn sống nhược độc

- Dạng đông khô Đơn giá hoặc đa giá

- Dùng bằng cách phun sương, nhỏ mắt hoặc uống, tiêm dưới da, tiêm bắp

- Bordetella, Brucella, E.coli, Erysipelothrix,

Mycoplasma, Salmonella, Lawsonia, Streptococcus

Vi khuẩn và các KN

Vacxin phòng bệnh do vi khuẩn

3 Vacxin vi khuẩn bất hoạt

- Dạng nhũ dầu Đơn giá hoặc đa giá

- Tiêm bắp hoặc dưới da

- KN nguyên vẹn hoặc tiểu phần: có thể là ngoại độc tố(LT của E.coli) kháng nguyên bám F (E.coli), khángnguyên lông pili (K của E.coli), màng ngoài VK (APP)

- APP, Clostridium, E.coli, HPS, HPG, Bordetella,

Mycoplasma, Erysipelothrix

4 Vacxin polysaccharide tiếp hợp

- Thường dành cho người hoặc trẻ em

- Neisseria meningitides, Streptococcus pneumonia

Vacxin phòng bệnh do ký sinh

trùng (KST) đơn bào

- Cầu trùng Eimeria spp (vòng đời đầy đủ): thường

chứa oocyst nhược độc của một hay nhiều loài Eimeria Tiêm trong trứng, hoặc dạng uống trên gà con

- Có thể dùng chính ký sinh trùng hoang dã hoặc nhượcđộc (vòng đời đầy đủ), tiêm phòng kèm theo lịch trình

sử dụng kháng sinh điều trị Ví dụ: Theileria

parva/annulata; Babesia bovis/bige

- KST nhược độc (vòng đời cắt ngắn): Toxoplasma

gondii chủng S48

- KST vô hoạt hoặc tiểu phần: an toàn hơn nhưng ít

hiệu quả hơn Ví dụ tachyzoite của cầu trùng Neosporacaninum (sảy thai trâu bò)

PHÂN LOẠI VACXIN THEO TÍNH TOÀN VẸN CỦA KHÁNG

NGUYÊN

Phân loại vacxin dựa trên tính

toàn vẹn KN

Phân loại vacxin dựa trên tính

toàn vẹn KN

Vacxin toàn vẹn (tự nhiên)

- Vacxin toàn vẹn sống nhược độc: BCG

(Mycobacterium tuberculosis từ 1900), PRRSV

+ Lợi thế:

++ KN xâm nhiễm và nhân lên trong tế bào vật chủ nên kích thích cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào  Hiệu quả phòng bệnh vì thế có thể cao hơn và lâu hơn.

++ Quy trình sản xuất dễ dàng hơn: không cần kiểm tra độ bất hoạt

++ Dễ sử dụng: uống, nhỏ mắt mũi thay vì phải tiêm ++ Giá thành sản xuất thấp hơn vắc-xin vô hoạt

Vacxin toàn vẹn (tự nhiên)

+ Bất lợi:

++ KN còn sống  có thể phục hồi độc lực nhờ đột biến, tái tổ hợp…  độ an toàn kém hơn

+ Giải pháp: ‘vắc-xin virus toàn vẹn sống nhược

độc’ trong tương lai có thể sẽ đòi hỏi một tập hợp những đột biến gây nhược độc và các đột biến này phải phân bố trên toàn bộ gen  giảm tối đa khả

năng phục hồi độc lực

Vacxin không toàn vẹn

Kháng nguyên bị cắt mất một phần gen, một gen hay một số gen không quan trọng cho sự nhân lên của

chúng

- Vacxin không toàn vẹn sống nhược độc

- Vacxin không toàn vẹn chết (bất hoạt)

- DIVA vacxin (Differentiating Infected from

Vaccinated Animals) cũng thuộc loại này

+ Vacxin giả dại trên heo

+ Vacxin bệnh sốt vận chuyển trên bò

(cả hai đều do alphaherpesvirus gây ra)

+ Vacxin tiểu phần E2 và ORF2 của dịch tả và PCV2

1 Đối với Aujeszky, tại sao

kết quả ELISA dương tính

Aujeszky NIA 783 (gE đã bịloại bỏ)

- PR-Vac Plus: vacxin

nhược độc tự nhiên

Vacxin không toàn vẹn: DIVA

Vacxin tiểu phần

1 Vacxin DNA: riêng loại này, KN ở dạng DNA

2 Vacxin protein tái tổ hợp,

3 Vacxin vector tiểu phần (dạng sống, dạng chết),

4 Vacxin hạt giống virus

5 Vacxin polysaccharide

Virus khảm PCV1/PCV2

Hạt giống virus

Chứa một hoặc một số protein bề mặt của tác nhân gâybệnh và các protein này có khả năng hình thành hạt

giống virus

Plasmid DNA tái tổ hợp

Panda D., Phat X.D et al., 2010 JVI.

Vacxin DNA: clone gen mong muốn vào plasmid

Vacxin protein tái tổ hợp

1 Gen mã hóa KN mục tiêu được biểu hiện từ

- Plasmid DNA

- Từ vector virus hay vector vi khuẩn (được chèn vào

bộ gen của vector)

2 Sản phẩm KN sau khi biểu hiện có thể được dùng để

Biểu hiện KN tái tổ hợp

Clone gen KN mục tiêu vào plasmid DNA với vùng

khởi động phù hợp cho việc biểu hiện gen KN Sau khibiểu hiện, KN có thể được dùng làm vacxin sau khi

tinh chế hoặc không tinh chế

- Biểu hiện trên tế bào động vật: cần promoter cho

polymerase II như CMV Vd: pcDNA3.1

- Biểu hiện trên E.coli (có thể dùng E.coli biểu hiện T7 polymerase như BL21): pET28a(+)

- Biểu hiện trên nấm men yeast Kluyveromyces lactis:

dùng vector pKLAC1

* Không tinh chế: Baculovirus – PCV2ORF2 trên Sf9 Tinh chế: Vacxin KN bề mặt HBV

Plasmid biểu hiện gen trên E.coli

z

E.coli BL21: E.coli biểu hiện sẵn T7 polymerase từ phage T7

Vacxin protein tái tổ hợp

Position

End Position trxn termination

bacterial origin bacterial origin of replication 3286 0

selectable marker kanamycin resistance gene 3995 4807 ssDNA origin f1 origin 4903 5358

IPTG bám lacI  lacI buông và T7 pol được tổng hợp -> tổng hợp protein mục tiêu

Vacxin protein tái tổ hợp

Plasmid biểu hiện gen trên yeast

+ K lactis PLAC4-PBI promoter chỉ

biểu hiện gen trên yeast

Kluyveromyces lactis

+ Gen mã hóa yếu tố α-MF: yếu tố

dành cho việc biểu hiện protein bài

tiết khỏi tế bào

+ K lactis LAC4 (TT) yếu tố kết

thúc phiên mã

+ Gen chọn lọc mã hóa

Acetamidase của nấm (amdS) được

biểu hiện bởi yeast ADH2 promoter

(PADH2)  có thể dùng acetamide

như nguồn nitrogen duy nhất

+ Điểm nguồn sao chép cho E

coli (ori)

+ MCS: Vị trí chèn gen

Khả năng kích thích MD của các

loại vacxin

Vắc-xin tiểu phần vs toàn vẹn

Vắc-xin tiểu phần Vắc-xin toàn vẹn

Kiểu loại

- Protein tái tổ hợp dạng tiết hoặc bám

trên bề mặt

- Các yếu tố độc lực được giảm độc lực

bằng cách biến đổi trên gen

- Các dạng protein khảm (chimeric) với

các đột biến mong muốn

- Các loại protein tiếp hợp (fusion

protein)

- Phức hợp polysaccharide – protein tải

- Các dòng virus, vi khuẩn mang đột biến mong muốn

- Các dòng virus, vi khuẩn mang đột biến nhược độc biểu hiện protein kháng nguyên ngoại lai

- Các dòng virus, vi khuẩn không gây bệnh biểu hiện protein kháng nguyên ngoại lai

Ưu điểm

- Sản phẩm được hiểu rõ

- Chỉ có thành phần kháng nguyên mục

tiêu được đưa vào vắc-xin nên tính an

toàn cao hơn

- Dễ sản xuất hơn

- Tính sinh miễn dịch cao

- Tính chất tự nhiên của KN được bảo toàn

- Có thể được sử dụng để làm vắc-xin tác động lên màng nhày (mucosal vaccine)

Vắc-xin tiểu phần vs toàn vẹn

Vắc-xin tiểu phần Vắc-xin toàn vẹn

Khuyết điểm

- Thường đòi hỏi có chất bổ trợ phù

hợp

- Đòi hỏi quy trình sản xuất phức tạp và

nhiều bước hơn

- Những biến đổi sau dịch mã của

protein kháng nguyên không được đảm

bảo nếu hệ thống sản xuất là dị loài

(heterologous system) Ví dụ, protein

kháng nguyên của virus gây bệnh trên

động vật có vú được biểu hiện trên

E.coli.

- Sản phẩm phức tạp và ít được hiểu rõ hơn

- Cần có nhiều đột biến gen để làm nhược độc virus, vi khuẩn mục tiêu

- Cần hiểu rõ về vòng đời và những tương tác với tế bào vật chủ

- Toàn bộ hạt virus hay vi khuẩn được đưa vào vắc-xin nên ít an toàn hơn (có khả năng phục hồi và/hoặc biến đổi độc lực)

- Đòi hỏi phải có số lượng đối tượng tiêm phòng lớn trong các thử nghiệm đánh giá tính an toàn của vắc-xin

- Bị kiểm soát chặt chẽ bởi nhà chức trách trong việc sản xuất và thử nghiệm vắc-xin

Các loại vector VK sống

Các vi khuẩn gây bệnh đã

nhược độc

Các loại vi sinh có lợi

Lợi ích của Vector vi khuẩn

- Chi phí tạo sinh khối thấp do môi trường đơn giản và rẻ

- Dụng cụ, trang thiết bị đơn giản và dễ tăng sản lượng

- Dễ sản xuất, ngay cả ở những nước nghèo

- Đã có nhiều chủng vi khuẩn nhược độc ổn định ngay cả khi hệ miễn dịch của đối tượng tiêm phòng bị ức chế

- Nhạy cảm kháng sinh nên an toàn hơn

- Dễ áp dụng đường uống, dễ làm chiến dịch vắc-xin đại trà

so với dạng tiêm

- Vector vi khuẩn thường có tính hướng niêm mạc ruột 

dễ dàng và nhanh chóng xâm nhập hoặc bị bắt bởi các tế bào trình diện kháng nguyên tại các mô lympho thuộc niêm mạc ruột  tiềm năng phát triển vắc-xin màng nhày

(mucosal vaccine)

Các vector virus tiềm năng

- Virus ADN: Adenovirus, một số loại virus đậu trên

các loài vật khác nhau (poxvirus), Baculovirus,

Hepatitis B virus

- Virus ARN: Alphavirus, virus sởi (measles virus),

virus bại liệt (poliovirus), virus gây viêm miệng

(vesicular stomatitis virus, VSV)

Lịch tiêm: lặp lại cùng loại vắc-xin hoặc phối hợp

nhiều loại vector khác nhau mang cùng gen kháng

nguyên mục tiêu

- Vắc-xin ADN mũi 1, lặp lại bằng vắc-xin vector virus

 MD cao hơn hẳn khi dùng vector virus hoặc vắc-xinADN cho cả hai lần tiêm, hoặc khi đảo thứ tự tiêm

Ứng dụng của vector virus

1 Phát triển vacxin (vaccine development)

2 Liệu pháp gen (gene therapy): chuyển giao gen thay thế gen đích đã đột biến hoặc mất chức năng

3 Vector virus cũng phục vụ như một chất bổ trợ (adjuvant) tự nhiên  kích thích MDBS (IFN, IL, thể viêm, apoptosis, necrosis  opsonin, APC 

MD thích ứng đặc hiệu

Ứng dụng của vector virus

4 Chữa trị ung thư (cancer therapy) Tế bào ung thư:

- Thiếu các protein gây tự chết nên tế bào có khả năngsống cao và phát triển mạnh;

- Hệ thống miễn dịch bẩm sinh (interferon α/β) bị ứcchế nên là môi trường rất tốt cho vi sinh vật phát triển;

- Tế bào phân chia mạnh mẽ nên là môi trường tốt chomột số virus nhân lên trong nhân tế bào mà lại không

có chiến thuật xâm nhập qua màng nhân (một số virus ADN)

- Vd: Virus VSV đã và đang được thí nghiệm diệt cácloại ung thư khác nhau, bao gồm ung thư tụy, da, tuyếntiền liệt, gan, ruột kết, và ung thư não

Vấn đề trung hòa vacxin

Trung hòa do:

- KT đặc hiệu đối với vector hoặc KN mục tiêu đã cósẵn do đã tiêm vacxin trước đó hoặc do nhiễm tự nhiên

- KT mẹ truyền

- Lịch trình tiêm nhắc cách nhau ngắn: 2-3 tuần

 Đối với nguy cơ virus vector của vắc-xin bị trunghòa: dùng nhiều chủng khác nhau của cùng một loạivector để cung cấp cùng một loại kháng nguyên mụctiêu cho cơ thể

 Thay đổi liệu trình tiêm chủng: Ví dụ, mũi 1 dùngvắc-xin ADN, lần tiêm nhắc sử dụng vắc-xin vector

ỨNG DỤNG VACXIN

Two Types of Immunization

Acquisition of Passive and Active

Immunity

Passive Immunization

• Can occur naturally via transfer of maternal

antibodies across placenta to fetus

• Injection with preformed antibodies

– Human or animal antibodies can be used

– Injection of animal Ab’s prevalent before vaccines

• Effects are only temporary

Conditions Warranting Passive

Immunization

1 Deficiency in synthesis of Ab as a result of

congenital or acquired B-cell defects

2 Susceptible person is exposed to a disease that will

cause immediate complications (time is the biggest issue)

3 Disease is already present

Common Agents For Passive

Immunization

The Immune System and Passive

Immunization

• The transfer of antibodies will not trigger the immune

system

• There is NO presence of memory cells

• Risks are included

• Recognition of the immunoglobulin epitope by self immunoglobluin paratopes

• Some individuals produce IgE molecules specific for passive antibody, leading to mast cell

degranulation

• Some individuals produce IgG or IgM molecules specific for passive antibody, leading to

hypersensitive reactions

Active Immunization

• Natural Infection with

microorganism or artificial

acquisition (vaccine)

• Both stimulate the

proliferation of T and B cells,

resulting in the formation of

effector and memory cells

• The formation of memory

cells is the basis for the

relatively permanent effects

of vaccinations

Bệnh dại

Bệnh dại

RIG: Rabies Immunoglobulin

Bệnh dại

PEP: Post Exposure Prophylaxis

Vacxin phòng bệnh theo tuổi

Vacxin trong điều trị bệnh