Szczepionką nazywa się preparat zawierający antygen drobnoustrojów, który po podaniu powoduje powstanie swoistej odpowiedzi immunologicznej chroniącej przed zakażeniem danym mikroorganizmem.
Zasada szczepień oparta jest na dwóch kluczowych elementach odporności nabytej, mianowicie swoistości i pamięci. Komórki pamięci powodują, że układ odpornościowy wyzwala znacznie silniejszą odpowiedź na powtórne zetknięcie z antygenem. Ta wtórna odpowiedź jest zarówno szybsza, jak i bardziej skuteczna niż odpowiedź pierwotna. Zasada szczepień jest przedstawiona na przykładzie immunizacji toksoidem błonicy. Chemiczna modyfikacja toksyny błonicy prowadzi do wytworzenia toksoidu, który nie posiada toksyczności, ale zachowuje swoje epitopy. W trakcie naturalnej infekcji toksyna stymuluje komórki B pamięci, które wytwarzają przeciwciała w szybszej i silniejszej odpowiedzi wtórnej na epitopy, w ten sposób neutralizując toksynę.
W sztucznie wytworzonej odporności możemy wyróżnić odporność czynną, czyli po prostu szczepionki. Adoptywną czyli podanie swoistych limfocytów Tc. Bierną czyli podanie dożylne immunoglobulin i czynno-bierną czyli podanie zarówno szczepionki jak i immunoglobulin.
Toksyna błonicza i tężcowa zostały wyizolowane i poddane działaniu formaldehydu. Powstałe anatoksyny zachowują antygenowe cechy natywnych cząsteczek, lecz pozbawione są ich patogenności. Obie anatoksyny, razem z zabitymi bakteriami krztuśca, wchodzą w skład wieloważnej szczepionki Di-Te-Per.
Zgodnie z założeniami sieci idiotypowej, stymulacja antygenem powoduje pojawienie się przeciwciał antyidotypowych. Wśród powstałych przeciwciał antyidiotypowych powinny znajdować się przeciwciała, których część zmienna naśladuje budową przestrzenną antygen, stanowiąc „obraz przestrzenny antygenu”. Powyższe cząsteczki przeciwciał podawane dawcy powinny wywołać odpowiedź identyczną do indukowanej antygenem. Udowodniono że przeciwciała antyidiotypowe mogą indukować odporność przeciwzakaźną typu komórkowego, zależną od limfocytów typu. Koncepcja szczepionek antyidiotypowych wydaje się niezwykle atrakcyjna z następujących przyczyn. Po pierwsze dzięki technologii uzyskiwania przeciwciał monoklonalnych można je otrzymać w nieograniczonych ilościach.po drugie, odpowiedznie przeciwciała antyidiotypowe odtwarzają strukturę przestrzenną antygenów niezależnie od ich budowy chemicznej. Spotyka się też głosy sceptyczne na temat tych szczepionek. Podstawowa trudność wynika z niskiej immunogenności itiodypów.
Wykres przedstawia odpowiedź humoralną na podanie doustne szczepionki polio z żywycych atentowanych wirusów ( linia ciągła) i podanie domięśniowe z zabitych polio wirusów( linia przerywana). Żywa szczepionka wraz z przeciwciałami surowiczymi pobudza produkcję wydzielniczych IgA. Jako że IgA jest immu noglubuliną systemu MALT ( tkanka limfoidalna błon śluzowych), żywa szczepionka daje ochronę w miejscu wtargnięcia wirusa tzn, w błonie śluzowej jelita.
Wolny antygen szybko znika z miejsca podania i ulega rozcieńczeniu w płynach biologicznych. Najczęściej stosowane adiuwanty zatrzymuja antygen w miejscu podania, powodując jego przedłużone uwalnianie. Niestety, podawanie większości ze znanych adiuwantów wiąże się z ryzykiem wywołania groźnych powikłań. Dlatego jedyny adiuwant dopuszczony do stosowania u człowieka stanowią najmniej toksyczne związki glinu.
Idealna szczepionka powinna zawirać żywy mikroorganizm o antygenach identycznych ze szczepem powodującym chorobę, ale pozbawiony jego zjadliwości.
Prowadzenie hodowli w środowisku odmiennym od optymalnego może prowadzić do utraty zjadliwości. Przypadkowo odkrył o Pasteur. Otrzymał on niepatogenne szczepy bakterii cholery drobiu i wąglika po umieszczeniu hodowli w podwyższonej temperaturze i warynkach tlenowych.
Kolejną metodą jest wielokrotne pasażowanie wirusów pomiędzy nienaturalnymi gospodarzami( zwierzętami lub liniami komórkowymi) może wywołał mutacje prowadzące również do utraty zjadliwości. Tą drogą uzyskano wszystkie wirusy znajdujące się w szczepionkach podawanych ludzion. Dla przykładu atentowany szczep 17D flawowirusa, powodujący powstanie odporności przeciwko żółtej gorączce, powstał w wyniku pasażowania na myszach i zarodkach kurzych.
Odmienny sposób atenuacji stanowi wywołanie mutacji zmieniających optymalną temperaturę dla replikacji wirusa. Ta metoda pozwala na pozbawienie właściwiości chorobotwórczych wiruów atakujących układ oddechowy. Wariant wirusa grypy wrażliwy na temp 37 st Celsjusza traci zdolność kolonizacji i namnażania się w tkance płucnej. Może natomiast przebywać w górnych drogach oddechowych, stymulując odpowiedź immunologiczną gospodarza.
Drobnoustrój może stracić wrażliwość na skutek wad metabolizmu wywołanych mutacją. Szczepy pierwotne chorobotwórczych pałeczek duru brzusznego które w wyniku delecji fragmentu chromosomu utraciły możliwość metabolizmu galaktozy i aromatycznych aminokwasów.mutanty zachowały receptor warunkujący przyleganie do komórek nabłonka jelit i zdolność do penetracji przez błonę śluzową do grudek limfatycznych kępek Peyera. Ze wzgl na niskie stężenie w płynie zewnątrz komórkowym substancji, których bakterie nie potrafią same wytwarzać, ich zdolność do namnażania Się w organizmie gospodarza jest ograniczona.
Wiele atentowanych drobnoustrojów zachowuje zdolność do replikacji w organizmie biorcy., w ten sposób wzrasta zarówno dawka antygenu, jaki czas ekspozycji układu immunologicznego na tak podany antygen. To z kolei zwiększa efektywność odpowiedźi immunologicznej.
Atentowany drobnoustrój zachowuje z reguły wiele ważnych biologicznych cech dzikiego szczepu. Wiąząc receptory na kom docelowych może a ten sposób blokować drogę inwazji organizmom wirulentnym. Drugą niezwykle ważną z punktu widzenia odporności przeciwzakaźnej, cechą drobnoustrojów wirulentnych jest zdolność do stymulowania lokalnej odpowiedzi immunologicznej we wrotach wnikania zarazka.
Stosuje się inaktywację przez denaturację białek wysoką temperaturą lub czynnikami chemicznymi: formalina lub alkohol. Niektóre z tych preparatów charakteryzują się wysoką skutecznością, np. szczepionka przeciw krztuścowi zawierająca zabite pałeczki bordetella perussis. Generalnie jednak szczepionki zawierające zabite drobnoustroje ustępują skutecznością odpowiednim atentowanym szczepom. Istnieje ryzyko zniszczenia w trakcie inaktywacji ważnych do nabycia odporności antygenów. Z drugiej strony nie pełna inaktywacja patogenu rodzi niebezpieczeństwo groźnych powikłań poszczepiennych. Przypuszcza się, że za występujące sporadycznie po szczepieniu przeciwk okrztuściowi kompilkacje ze strony ze str układu nerwowego odpowiada przetrwała aktywność enzymatyczna egzotoksyny bakterii.
Większość antygenów znajdujących się w preparatach szczepionek inaktywowanych nie posiada znaczenia dla rozwoju odporności, a czasami może powodować objawy toksyczne lub alergiczne. Niejednokrotnie dla zapewnienia długotrwałej odporności konieczne staje się powtarzanie immunizacji co również zwiększa ryzyko wsytąpienia powikłan.
Szczepionki podjednostkowe mają następujące zalety:
-eliminują ryzyko przeniesienia dodatkowych patogenów
- nie zawierają balastu antygenów nie potrzebnych do indukcji odporności, a mogą wywołać objawy toksyczne lub alergie
- ponadto , zastosowanie technik biologii molekularnej pozwala na stosowanie do produkcji szczepionek antygenów drobnoustrojów nie dających się namnażać w hodowli lub pasażować na zwierzętach laboratoryjnych.
Za sukces należy uznać wprowadzenie szczepionki przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B zawierający antygen powierzchniowy wirusa. Początkowo antygen izolowano z krwi nosicieli, którzy uwalniają z wątroby niepełne cząsteczki wirusa pozbawione zakaźnego dna. Ekspresję genu dla antygenu powierzchniowego uzyskano w komórkach drożdży. Otrzymamy drogą rekombinacji peptyd posiada identyczne cechy antygenowe oraz taką samą zdolność do wywoływania odporności na zakażenie jak natywna cząsteczka izolowana od nosicieli.
Podstawowym problemem ograniczającym stosowanie izolowanych antygenów jat ich niska immunogenność.