การผลิตวัคซีนโดยใช้เวคเตอร์

เขียนโดย biology เมื่อ . หัวข้อ กลุ่มเป้าหมาย, ครู, คลังความรู้, ชีววิทยา, นักเรียน, บทความปี 2560, บุคคลทั่วไป, วิทยาศาสตร์, ไวรัส (สิ่งมีชีวิต) {Viruses (Life)}

การผลิตวัคซีนโดยใช้เวคเตอร์

ผศ.ดร.ปวีณา รัตนเสนา

มหาวิทยาลัยราชภัฏพระนครศรีอยุธยา

            วัคซีน คือ ผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพที่ถูกเลือกมาใช้เพื่อกระตุ้นร่างกายให้สร้างภูมิคุ้มกันจำเพาะต่อโรคใดโรคหนึ่งหรือหลายโรค วัคซีนได้รับการพัฒนามาหลายรูปแบบ  โดยในปี ค.ศ. 1796 นายแพทย์ชาวอังกฤษ ชื่อ เอ็ดเวิร์ด เจนเนอร์ ได้ทำการทดสอบใช้วัคซีนต่อต้านโรคไข้ทรพิษหรือโรคฝีดาษ (smallpox) แบบที่มีความเสี่ยงมากที่สุด คือเป็นวัคซีนแบบเชื้อเป็น (live attenuated vaccine) เนื่องจากใช้เชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคที่ยังมีชีวิตอยู่ แต่เป็นเชื้อที่ก่อโรคฝีดาษในวัวแล้วนำมาทำการติดเชื้อในคน อาจจะเรียกได้ว่าเป็นเรื่องบังเอิญที่เชื้อก่อโรคฝีดาษในวัวนั้นมีลักษณะคล้ายคลึงกับเชื้อก่อโรคฝีดาษในคน จึงทำให้สามารถกระตุ้นภูมิคุ้มกันเพื่อป้องกันการเกิดโรคฝีดาษในคนได้  ในปัจจุบันมีการผลิตวัคซีนหลายชนิดสำหรับนำมาใช้ ดังภาพที่ 1 

                การผลิตวัคซีนเชื้อเป็นโดยการทำให้เชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคอ่อนฤทธิ์ลงนั้นสามารถทำได้โดยกระบวนการต่างๆ เช่น การใช้สารเคมี ความร้อน การทำให้แห้ง ฯลฯ ก่อนที่จะนำมาฉีดในคน  แต่เมื่อวัคซีนนี้ถูกฉีดเข้าสู่ร่างกายของผู้รับ เชื้อก่อโรคที่อ่อนฤทธิ์ก็ยังสามารถก่อให้เกิดการติดเชื้อ เพิ่มจำนวน และกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ในรูปแบบที่คล้ายคลึงกับการติดเชื้อก่อโรคโดยธรรมชาติ ตัวอย่างวัคซีนเชื้อเป็น เช่น วัคซีนโรคหัด หัดเยอรมัน คางทูม ไข้เหลือง วัณโรค และโปลิโอแบบใช้หยอดทางปาก อย่างไรก็ตาม การใช้วัคซีนแบบเชื้อเป็นก็มีอุปสรรคคือ เชื้อก่อโรคที่อ่อนฤทธิ์นั้นยังมีชีวิตอยู่และอาจมีความเป็นไปได้ที่จะฟื้นตัวและกลับกลายเป็นเชื้อก่อโรคได้อย่างสมบูรณ์อีกครั้ง จึงอาจจะให้เกิดความเสี่ยงต่อผู้รับวัคซีนได้  ด้วยเหตุนี้จึงได้มีการพัฒนาวัคซีนที่มีความปลอดภัยมากขึ้น คือในรูปแบบวัคซีนเชื้อตาย (inactivated vaccine หรือ killed vaccine) ซึ่งเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคได้ถูกฆ่าให้ตายก่อนจะนำมาฉีดให้กับคน ตัวอย่างเช่น วัคซีนโรคโปลิโอแบบใช้ฉีด พิษสุนัขบ้า ตับอักเสบชนิดเอ ไอกรน แอนแทรกซ์ และอหิวาตกโรค  แต่วัคซีนประเภทนี้ก็ยังมีข้อด้อย คือมักจะมีความสามารถในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ต่ำกว่าวัคซีนแบบเชื้อเป็น  เมื่อวิทยาศาสตร์ได้มีการพัฒนาด้านความรู้ทางชีวโมเลกุลและพันธุวิศวกรรมศาสตร์มากขึ้น จึงได้มีการตัดชิ้นส่วนต่างๆ ของเชื้อก่อโรค เช่น โปรตีน แคปซูล พิษ และอื่นๆ ซึ่งเป็นส่วนที่เป็น immunogen (antigen ที่สามารถกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ดี) เพื่อใช้ในการผลิตวัคซีนที่เรียกว่าวัคซีนแบบซับยูนิต (subunit vaccine) เช่น วัคซีนโรคไข้หวัดใหญ่และปอดอักเสบ ซึ่งวัคซีนที่ผลิตจากส่วนที่เป็นพิษของจุลินทรีย์จะมีชื่อเรียกว่า วัคซีนแบบทอกซอยด์ (toxoid vaccine) เช่น วัคซีนโรคบาดทะยักและคอตีบ นอกจากนี้ การตัดต่อทางพันธุกรรมยังมีประโยชน์เพื่อให้จุลินทรีย์หรือเซลล์อื่นๆ สามารถผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรค แล้วจึงนำเฉพาะส่วนของเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคมาใช้เป็นวัคซีน ซึ่งเรียกว่าวัคซีนแบบรีคอมบิแนนท์ซับยูนิต (recombinant subunit vaccine) เพื่อกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน  ตัวอย่างเช่น วัคซีนโรคตับอักเสบชนิดบี ดังภาพที่ 2

               โดยวัคซีนแบบซับยูนิตทั้งสองแบบนี้ก็ยังมีข้อด้อยเช่นเดียวกับวัคซีนเชื้อตาย คือกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ไม่ดีเท่าที่ควร เนื่องจากชิ้นส่วนต่างๆ ของเชื้อก่อโรคที่ถูกนำมาใช้เป็นวัคซีนนั้นไม่มีโครงสร้างแบบเดียวกับเชื้อก่อโรคและไม่ได้ก่อให้เกิดการติดเชื้อเหมือนวัคซีนเชื้อเป็น จึงไม่สามารถกระตุ้นเซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันโดยตรงอย่างมีประสิทธิภาพ  จึงได้มีแนวคิดในการใช้ “พาหะ” หรือ “เวกเตอร์ (vector)” เพื่อใช้เป็นตัวนำพายีนที่แสดงออกเป็นโปรตีนของเชื้อก่อโรค เข้าสู่เซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันได้โดยตรง 

               ปัจจุบันมีงานวิจัยที่พัฒนาวัคซีนแบบเวกเตอร์ออกมาหลากหลายรูปแบบ โดยเมื่อนำวัคซีนนี้มาฉีดเข้าสู่ร่างกายของผู้รับ เวกเตอร์ที่มียีนของเชื้อก่อโรคจะเข้าสู่เซลล์ของผู้รับแล้วทำให้ยีนเกิดการแสดงออกและทำการผลิตโปรตีนของเชื้อก่อโรคภายในเซลล์ของร่างกายของผู้รับ ซึ่งเป็นกลไกที่มีลักษณะใกล้เคียงกับการติดเชื้อโดยธรรมชาติ  จึงทำให้ระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายผู้รับสามารถตรวจพบโปรตีนเชื้อก่อโรคได้ง่ายขึ้น และเกิดการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างของเวกเตอร์ที่นิยมใช้ในการพัฒนาวัคซีน ได้แก่ เวกเตอร์ในรูปแบบดีเอ็นเอ (DNA vector) และแบบที่เป็นจุลินทรีย์ที่ยังมีชีวิตอยู่ โดยนิยมใช้แบคทีเรีย (bacterial vector) และไวรัส (viral vector) 

               DNA vector ได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตวัคซีนดีเอ็นเอ (DNA vaccine) โดย DNA vector จะถูกบรรจุด้วยยีนที่แสดงออกเป็นโปรตีนของเชื้อก่อโรค แล้ว DNA vector จะเป็นตัวนำพายีนดังกล่าวเข้าสู่เซลล์ของผู้รับ ซึ่งพลาสมิด (plasmid) ของ DNA vaccine จะไม่ทำการเพิ่มจำนวนตัวเองในเซลล์ของผู้รับ (non-replicating plasmid) จึงถือว่าเป็นวัคซีนที่มีความปลอดภัยค่อนข้างมาก แต่ก็มีอุปสรรคคือ จำเป็นต้องนำ DNA vaccine ที่บรรจุยีนที่แสดงออกเป็นโปรตีนของเชื้อก่อโรคมาฉีดเข้าสู่กล้ามเนื้อของผู้รับ ดังภาพที่ 3 และต้องมีการใช้กระแสไฟฟ้าแบบอ่อนๆ เข้าร่วมในการกระตุ้นอีกด้วย หรืออาจจะนำ DNA vaccine มาเคลือบบนผิวของอนุภาค เช่น อนุภาคทองคำ ก่อนที่จะนำมายิงอนุภาคนั้นลงบนผิวของผู้รับ เพื่อให้ DNA vaccine เข้าไปในเซลล์ยังตำแหน่งที่ต้องการ โดยใช้อุปกรณ์ที่มีชื่อว่า gene gun  การฉีด DNA vaccine ทางกล้ามเนื้อจะต้องใช้ปริมาณ DNA vaccine ในระดับไมโครกรัม ซึ่งเป็นปริมาณที่มากกว่า DNA vaccine ที่เคลือบบนอนุภาคทองคำ ที่ใช้ในระดับนาโนกรัม นอกจากนี้ ทั้งสองวิธีจะกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันต่างชนิดกัน จึงมีความจำเป็นต้องออกแบบวัคซีนและวิธีการนำเข้าสู่ร่างกายของผู้รับให้เหมาะสมเพื่อที่จะได้กระตุ้นภูมิคุ้มกันได้อย่างถูกต้อง

               Bacterial vector เป็นเวคเตอร์แบบมีชีวิตโดยใช้แบคทีเรียที่โครโมโซมได้ถูกดัดแปลงพันธุกรรมให้มียีนที่ควบคุมการสร้างโปรตีนของเชื้อก่อโรค ซึ่ง bacterial vector สามารถติดเชื้อและเพิ่มจำนวนในเซลล์ของผู้รับได้ใกล้เคียงการติดเชื้อตามธรรมชาติ จึงทำให้เกิดการแสดงออกของยีนและสร้างโปรตีนของเชื้อก่อโรคเพื่อการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ดี และ bacterial vector บางชนิดก็สามารถให้กับผู้รับทางการกินจึงทำให้สามารถกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่เนื้อเยื่อบุที่เป็นเยื่อเมือกได้ นอกจากนี้ ถ้าในกรณีที่ร่างกายของผู้รับเกิดปฏิกิริยาจากการติดเชื้อ ก็สามารถใช้ยาปฏิชีวนะควบคุม bacterial vector ได้อีกด้วย โดยเวกเตอร์แบบที่นิยมใช้ได้มาจากแบคทีเรีย Salmonella typhi และแบคทีเรีย Mycobacterium bovis แบบที่อ่อนฤทธิ์ลง ซึ่ง Mycobacterium bovis แบบที่อ่อนฤทธิ์ลงนี้มีชื่อเรียกว่า Bacille Calmette-Guérin (BCG)  โดย BCG นี้แท้จริงแล้ว นอกจากจะถูกนำมาใช้เป็นวัคซีนในทารกแรกเกิดมากกว่า 3 พันล้านคนมาแล้วก็มีการนำมาตัดต่อทางพันธุกรรมให้มีลักษณะเป็นเวกเตอร์ที่สามารถนำพายีนขนาดใหญ่ของเชื้อก่อโรคอื่นๆ ได้ จึงสามารถรับรองความปลอดภัยได้อย่างชัดเจน  ในปัจจุบันได้มีงานวิจัยมากมายที่นำ BCG มาเป็น bacterial vector เพื่อนำพายีนและสร้างโปรตีนของเชื้อมาลาเรีย วัณโรค HIV ไอกรน และอื่นๆ ซึ่งกำลังอยู่ในช่วงของการวิจัยและพัฒนาเพื่อทดสอบประสิทธิภาพและความปลอดภัย โดยผลการทดสอบเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพค่อนข้างดี และในบางกรณีก็สามารถกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่ป้องกันสัตว์ทดลองไม่ให้เกิดโรคได้อีกด้วย

                Viral vector มีคุณสมบัติคล้ายกับ bacterial vector แต่ใช้ไวรัสมาเป็นพาหะ ดังภาพที่ 4 ซึ่งมีทั้งแบบที่สามารถเพิ่มจำนวนและไม่เพิ่มจำนวนในเซลล์ผู้รับก็ได้ โดยมีข้อจำกัดคือขนาดของยีนที่บรรจุลงในเวกเตอร์แบบนี้จะมีขนาดไม่ใหญ่มากนักเพราะไวรัสมีขนาดเล็กและบรรจุสารพันธุกรรมได้ไม่มาก  ไวรัสหลายชนิดได้ถูกนำมาวิจัยเพื่อใช้เป็น viral vector เช่น ไวรัสไข้ทรพิษ (ฝีดาษ) ทั้งแบบดั้งเดิม (Vaccinia) และแบบที่ได้รับการตัดต่อพันธุกรรมแล้ว  (Modified vaccinia virus Ankara (MVA) และ Canarypox virus (ALVAC)) ไวรัสโรคเริม (Herpes virus) ไวรัสอะดีโน (Adenovirus) ไวรัสรีโทร (Retrovirus/Lentivirus) ซึ่ง viral vector ก็มีข้อดีคือมีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากไวรัสเป็นจุลินทรีย์ที่มีแนวโน้มว่าจะติดเชื้อได้ดี แต่เนื่องจากขนาดที่เล็กจึงยังนำพาได้เฉพาะยีนขนาดเล็ก ทั้งนี้ ยังมีความกังวลในเรื่องของความปลอดภัยในการใช้ viral vector ในมนุษย์ รวมถึงการเก็บรักษาวัคซีนแบบ viral vector นี้ทำได้ค่อนข้างยาก เพราะยังเป็นเชื้อไวรัสที่มีชีวิตอยู่ จึงทำให้การใช้ viral vector นั้นยังจำกัดอยู่ในเฉพาะงานวิจัยสำหรับการผลิตวัคซีนสำหรับโรคที่สำคัญ เช่น โรคติดเชื้อ HIV มาลาเรีย ไข้เลือดออกและวัณโรค

             สำหรับ bacterial vector และ viral vector มีข้อจำกัดในการนำไปใช้ในกรณีที่ต้องการทำการกระตุ้นภูมิคุ้มกันหลายๆ ครั้ง เนื่องจากการฉีด  bacterial vector และ viral vector เข้าสู่ผู้รับในครั้งแรกนั้นจะทำให้ร่างกายของผู้รับเกิดการสร้างภูมิคุ้มกันต่อแบคทีเรียและไวรัสที่ใช้เป็นเวคเตอร์ (anti-vector immune responses) รวมไปถึงกรณีที่ผู้รับเคยติดเชื้อจุลินทรีย์ที่ถูกใช้เป็นเวกเตอร์มาก่อน ก็จะทำให้ร่างกายมีภูมิต้านทานต่อเวคเตอร์เช่นเดียวกัน (pre-existing immune responses) ซึ่งเมื่อทำการฉีดวัคซีนซ้ำอีกครั้ง ประสิทธิภาพของวัคซีนจะลดลง  จึงจำเป็นต้องมีการใช้วัคซีนหลายๆ แบบสลับกัน เช่น การฉีดครั้งแรกจะใช้ DNA vector เพื่อแสดงออกโปรตีนของ HIV  แล้วจึงทำการฉีดครั้งที่สองโดยใช้ viral vector เพื่อแสดงออกโปรตีน HIV เช่นเดียวกัน ทำให้สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้จำเพาะกับโปรตีน HIV ได้อย่างมีประสิทธิภาพและไม่ประสบปัญหา anti-vector immune responses หรือ pre-existing immune responses อีกด้วย เรียกว่าเป็นเทคนิคการให้วัคซีนแบบ prime-boosting immunization

             ในปัจจุบันการพัฒนาเทคโนโลยีทางวัคซีนแบบที่ใช้เวกเตอร์มีความหลากหลายมาก แต่ส่วนใหญ่จะยังจำกัดอยู่ในขั้นของการทำวิจัยและการทดสอบในกลุ่มอาสาสมัคร โดยมุ่งเน้นในการผลิตวัคซีนสำหรับโรคสำคัญ คือ HIV มาลาเรีย ไข้เลือดออกและวัณโรค เนื่องจากการใช้เทคโนโลยีวัคซีนแบบเก่าคือ แบบเชื้อเป็น เชื้อตายและซับยูนิต มีความเสี่ยงสูงและมีประสิทธิภาพต่ำ จึงทำให้นักวิจัยต้องหาทางออกในการพัฒนาวัคซีนแบบเวกเตอร์ที่สามารถใช้ได้จริงอย่างมีประสิทธิภาพ ถ้าทำได้สำเร็จ จะถือว่าเป็นความก้าวหน้าทางการแพทย์ที่สามารถช่วยชีวิตมนุษย์จากโรคสำคัญดังกล่าวได้หลายล้านราย

 

เอกสารอ้างอิง

  1. Nascimento, I.P. and Leite, L.C.C. (2012) Recombinant vaccines and the development of new vaccine strategies. Brazilian Journal Of Medical and Biological Research, 45(12): 1102-1111.
  2. Schmitz, J., Roehrig, J., Barrett, A., Hombach, J. (2011) Next generation dengue vaccines: A review of candidates in preclinical development. Vaccine, 29: 7276– 7284.
  3. Saxena, M., Van, T.H.H., Baird, F.J., Coloe, P.J., Smooker, P.M. (2013) Pre-existing immunity against vaccine vectors –friend or foe?. Microbiology, 159: 1–11.
  4. Safrita, J.T., Fasta, P.E., Gieber,  L., Kuipers, H., Dean, H.J., Koff, W.C. (2016) Status of vaccine research and development of vaccines for HIV-1. Vaccine, Article in press.
  5. Gray, G.E., Laher, F., Lazarus, E., Ensoli, B., Corey, L. (2016) Approaches to preventative and therapeutic HIV vaccines. Current Opinion in Virology, 17:104–109.

412 total views, 19 views today

Tags: , ,