Szczepionki mogą być podzielone na wiele różnych typów, ale ostatecznie działają na tej samej zasadzie. Jest nią stymulowanie odpowiedzi immunologicznej w celu rozpoznania patogenu (organizmu wywołującego chorobę) lub części patogenu. Gdy układ odpornościowy zostanie przeszkolony w rozpoznawaniu tego patogenu, jeśli organizm zostanie później wystawiony na jego działanie, zostanie on usunięty z organizmu. W szczególności, układ odpornościowy rozpoznaje obce „antygeny”, części patogenu na powierzchni lub wewnątrz patogenu, które normalnie nie występują w organizmie.
Szczepionki zawierające cały patogen
Najstarszą i najbardziej znaną metodą szczepienia jest użycie całego patogenu wywołującego chorobę w szczepionce w celu wytworzenia odpowiedzi immunologicznej podobnej do tej obserwowanej podczas naturalnej infekcji. Użycie patogenu w jego naturalnym stanie spowodowałoby aktywną chorobę i mogłoby być potencjalnie niebezpieczne dla osoby otrzymującej szczepionkę oraz groziłoby rozprzestrzenieniem się choroby na innych. Aby tego uniknąć, nowoczesne szczepionki wykorzystują patogeny, które zostały zmienione.
Szczepionki żywe atenuowane
Szczepionki żywe atenuowane zawierają całe bakterie lub wirusy, które zostały „osłabione” (atenuowane) tak, że wywołują ochronną odpowiedź immunologiczną, ale nie wywołują choroby u zdrowych ludzi. W przypadku większości nowoczesnych szczepionek to „osłabienie” jest osiągane poprzez modyfikację genetyczną patogenu albo jako naturalnie występujące zjawisko, albo jako modyfikacja specjalnie wprowadzona przez naukowców.
Żywe szczepionki mają tendencję do tworzenia silnej i trwałej odpowiedzi immunologicznej i zawierają niektóre z naszych najlepszych szczepionek. Jednak żywe szczepionki mogą nie być odpowiednie dla osób, których układ odpornościowy nie działa, albo z powodu leczenia farmakologicznego lub choroby podstawowej. Dzieje się tak dlatego, że osłabione wirusy lub bakterie mogłyby w niektórych przypadkach zbytnio się namnażać i wywoływać choroby u tych osób.
Żywe szczepionki atenuowane stosowane w schemacie brytyjskim:
- Szczepionka przeciw rotawirusom
- Szczepionka przeciw wirusowi grypy
- Szczepionka przeciw grypie nosowej
- Szczepionka przeciw ospie wietrznej
- Szczepionka przeciw ospie wietrznej. (tylko specjalne grupy)
- Szczepionka przeciwko gruźlicy (tylko specjalne grupy)
Żywe szczepionki podróżne stosowane w Wielkiej Brytanii:
- Szczepionka przeciwko gorączce żółtej
- Orlandzka szczepionka przeciwko durowi brzusznemu (nie szczepionka podawana w zastrzyku)
Szczepionki inaktywowane
Szczepionki inaktywowane zawierają całe bakterie lub wirusy, które zostały zabite lub zostały zmienione, tak aby nie mogły się replikować. Ponieważ szczepionki inaktywowane nie zawierają żadnych żywych bakterii ani wirusów, nie mogą wywołać chorób, przed którymi chronią, nawet u osób z poważnie osłabionym układem odpornościowym. Jednakże szczepionki inaktywowane nie zawsze wywołują tak silną lub długotrwałą odpowiedź immunologiczną, jak żywe szczepionki atenuowane.
Szczepionki „całkowicie zabite” stosowane w schemacie brytyjskim:
- Inaktywowana szczepionka przeciwko polio lub IPV (w szczepionce 6 w 1, szczepionce uzupełniającej dla przedszkolaków,
- Niektóre inaktywowane szczepionki przeciwko grypie, które są określane jako „rozszczepione wiriony”
- Szczepionka przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu A (tylko specjalne grupy)
Przykłady „całych zabitych” szczepionek podróżnych stosowanych w Wielkiej Brytanii:
- Szczepionka przeciwko wściekliźnie
- Szczepionka przeciwko japońskiemu zapaleniu mózgu
Szczepionki podjednostkowe
Większość szczepionek w brytyjskim schemacie to szczepionki podjednostkowe, które w ogóle nie zawierają całych bakterii lub wirusów. Zamiast tego szczepionki te zazwyczaj zawierają jeden lub więcej specyficznych antygenów (lub „flag”) z powierzchni patogenu. Zaletą szczepionek podjednostkowych w stosunku do szczepionek zawierających cały patogen jest to, że odpowiedź immunologiczna może skupić się na rozpoznaniu małej liczby docelowych antygenów („flag”).
Szczepionki podjednostkowe nie zawsze wywołują tak silną lub długotrwałą odpowiedź immunologiczną jak żywe szczepionki atenuowane. Zwykle wymagają one początkowo wielokrotnych dawek, a w następnych latach kolejnych dawek przypominających. Do szczepionek podjednostkowych często dodawane są adiuwanty. Są to substancje, które pomagają wzmocnić i wydłużyć odpowiedź immunologiczną na szczepionkę. W rezultacie typowe reakcje miejscowe (takie jak ból ramienia) mogą być bardziej zauważalne i częstsze w przypadku tego typu szczepionek.
Rekombinowane szczepionki białkowe
Szczepionki rekombinowane są wytwarzane przy użyciu komórek bakteryjnych lub drożdżowych do produkcji szczepionki. Mały fragment DNA jest pobierany z wirusa lub bakterii, przed którymi chcemy się chronić i wprowadzany do komórek produkcyjnych. Na przykład, aby wyprodukować szczepionkę przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, część DNA wirusa zapalenia wątroby typu B jest wprowadzana do DNA komórek drożdży. Te komórki drożdży są następnie zdolne do wytwarzania jednego z białek powierzchniowych wirusa zapalenia wątroby typu B, a to jest oczyszczane i stosowane jako aktywny składnik szczepionki.
Większość szczepionek w brytyjskim schemacie to szczepionki podjednostkowe, które nie zawierają żadnych całych bakterii ani wirusów. („Akomórkowa” oznacza „nie zawierająca żadnych całych komórek”.) Zamiast tego szczepionki tego rodzaju zawierają polisacharydy (cukry) lub białka z powierzchni bakterii lub wirusów. Te polisacharydy lub białka są częściami, które nasz układ odpornościowy rozpoznaje jako „obce” i są one określane jako antygeny. Nawet jeśli szczepionka może zawierać tylko kilka z tysięcy białek bakterii, są one wystarczające same w sobie, aby wywołać odpowiedź immunologiczną, która może chronić przed chorobą.
Szczepionki rekombinowane stosowane w schemacie brytyjskim:
- Szczepionka przeciwko zapaleniu wątroby typu B (w szczepionce 6 w 1 oraz jako oddzielna szczepionka przeciwko zapaleniu wątroby typu B)
- Szczepionka przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B
- Szczepionka przeciwko MenB. Zawiera ona białka pochodzące z powierzchni bakterii meningokokowych. Trzy z tych białek są wytwarzane przy użyciu technologii rekombinowanej.
Szczepionki toksyczne
Niektóre bakterie uwalniają toksyny (trujące białka), gdy atakują organizm, i to właśnie przed toksynami, a nie przed samymi bakteriami chcemy się chronić. Układ odpornościowy rozpoznaje te toksyny w ten sam sposób, w jaki rozpoznaje inne antygeny na powierzchni bakterii, i jest w stanie wywołać na nie odpowiedź immunologiczną. Niektóre szczepionki zawierają inaktywowane wersje tych toksyn. Nazywane są one „toksoidami”, ponieważ wyglądają jak toksyny, ale nie są trujące. Wywołują silną odpowiedź immunologiczną.
Szczepionki toksyczne stosowane w schemacie brytyjskim:
- Szczepionka przeciwko błonicy (w szczepionce 6 w 1, szczepionce przypominającej dla przedszkolaków, szczepionce przypominającej dla nastolatków oraz szczepionce przeciwko krztuścowi w ciąży)
- Szczepionka przeciwko tężcowi (w szczepionce 6 w 1,
- Szczepionka przeciwko krztuścowi (w szczepionce 6 w 1, szczepionce uzupełniającej dla dzieci w wieku przedszkolnym, szczepionce uzupełniającej dla nastolatków i szczepionce przeciwko krztuścowi w ciąży)
- Szczepionka przeciwko krztuścowi (w szczepionce 6 w 1, szczepionce uzupełniającej dla dzieci w wieku przedszkolnym i szczepionce przeciwko krztuścowi w ciąży). Zawiera ona toksoid krztuścowy wraz z białkami pochodzącymi z powierzchni bakterii krztuśca. Jest ona często nazywana szczepionką „acelularną”.
Szczepionki skojarzone
„Skojarzona” oznacza „połączona” lub „złączona”. W przypadku niektórych bakterii, aby uzyskać ochronę dzięki szczepionce, trzeba wytrenować układ odpornościowy, aby reagował na polisacharydy (cukry złożone na powierzchni bakterii), a nie na białka. Jednak w początkowym okresie stosowania szczepionek polisacharydowych okazało się, że nie działają one dobrze u niemowląt i małych dzieci.
Badacze odkryli, że działają one znacznie lepiej, jeśli polisacharyd jest dołączony (skoniugowany) do czegoś innego, co wywołuje silną odpowiedź immunologiczną. W większości szczepionek skoniugowanych polisacharyd jest połączony z białkiem toksoidu błoniczego lub tężcowego (patrz „Szczepionki toksoidowe” powyżej). Układ odpornościowy bardzo łatwo rozpoznaje te białka i pomaga to w wytworzeniu silniejszej odpowiedzi immunologicznej na polisacharyd.
Na kartach informacyjnych produktów toksoid błoniczy jest często nazywany „białkiem nośnikowym CRM197”, ponieważ jest prawie taki sam jak toksoid błoniczy, ale nie do końca.
Szczepionki skojarzone stosowane w schemacie brytyjskim:
- Szczepionka Hib (w szczepionce 6w1 i szczepionce Hib/MenC), która zawiera polisacharyd połączony z toksoidem tężcowym
- Szczepionka MenC (w szczepionce Hib/MenC), która zawiera polisacharyd połączony z toksoidem tężcowym
- PCV (szczepionka pneumokokowa dla dzieci), która zawiera polisacharydy z powierzchni 13 typów bakterii wywołujących chorobę pneumokokową połączone z toksoidem błoniczym (CRM197)
- MenACWY, która zawiera polisacharydy z powierzchni czterech typów bakterii wywołujących chorobę meningokokową połączone z toksoidem błoniczym lub tężcowym
Istnieje również szczepionka skoniugowana przeciwko durowi brzusznemu, zwana szczepionką skoniugowaną przeciwko durowi brzusznemu (TCV). Szczepionka ta okazała się skuteczna w badaniu prowadzonym przez Oxford Vaccine Group i jest zalecana przez WHO do ochrony dzieci przed tyfusem plamistym w regionach endemicznych, takich jak Nepal i Bangladesz.
Cząstki wirusopodobne
Cząstki wirusopodobne (VLP) to cząsteczki, które bardzo przypominają wirusy, ale nie są zakaźne, ponieważ nie zawierają wirusowego materiału genetycznego. Mogą one występować naturalnie lub być syntetyzowane poprzez indywidualną ekspresję wirusowych białek strukturalnych, które następnie mogą samoistnie składać się w strukturę wirusopodobną. W niektórych przypadkach antygenami w szczepionce VLP są same wirusowe białka strukturalne. Alternatywnie, VLP mogą być wytwarzane w taki sposób, aby na ich powierzchni znajdowały się antygeny innego patogenu, a nawet wielu patogenów jednocześnie. Ponieważ każdy VLP posiada na swojej powierzchni wiele kopii antygenu, jest on bardziej skuteczny w stymulowaniu odpowiedzi immunologicznej niż pojedyncza kopia. W niektórych przypadkach, białka strukturalne VLP mogą działać jako adiuwanty, pomagając wzmocnić odpowiedź immunologiczną na pierwotny antygen docelowy.
Kilka szczepionek opartych na VLP jest obecnie stosowanych na całym świecie:
- Szczepionka przeciw zapaleniu wątroby typu B
- Szczepionka przeciw wirusowi zapalenia wątroby typu B
Szczepionki OMV
Szczepionki OMV (ang. Outer Membrane Vesicles) są naturalnie wytwarzane przez bakterie i stanowią zasadniczo wypustkę zewnętrznej błony komórkowej bakterii. Zawierają one wiele z antygenów znajdujących się na błonie komórkowej, ale są cząsteczką niezakaźną. W laboratorium te OMV mogą być pobierane z bakterii w celu zastosowania ich jako szczepionki. OMV mogą być również modyfikowane w taki sposób, że toksyczne antygeny są usuwane, a antygeny odpowiednie do stymulowania odpowiedzi immunologicznej mogą być zachowane. OMV w naturalny sposób działają również jako adiuwanty. Jest to nowsza technologia szczepionek, więc istnieje kilka licencjonowanych przykładów:
- Szczepionka MenB (szczepionka przeciwko meningokokom typu B)
Szczepionki kwasów nukleinowych
Szczepionki kwasów nukleinowych działają w inny sposób niż inne szczepionki, ponieważ nie dostarczają antygenu białkowego do organizmu. Zamiast tego dostarczają instrukcje genetyczne antygenu do komórek w organizmie, a te z kolei wytwarzają antygen, który stymuluje odpowiedź immunologiczną. Szczepionki zawierające kwasy nukleinowe są szybkie i łatwe do opracowania i stanowią istotną obietnicę dla rozwoju szczepionek w przyszłości.
Szczepionki RNA
Szczepionki RNA wykorzystują mRNA (messenger RNA) wewnątrz lipidowej (tłuszczowej) membrany. Ta tłuszczowa osłona zarówno chroni mRNA, gdy po raz pierwszy dostaje się do organizmu, jak również pomaga mu dostać się do wnętrza komórek poprzez połączenie z błoną komórkową. Gdy mRNA znajdzie się w komórce, mechanizm wewnątrz komórki przekształca go w białko antygenu. Ten mRNA trwa zazwyczaj kilka dni, ale w tym czasie wytwarza się wystarczająca ilość antygenu, aby pobudzić odpowiedź immunologiczną. Następnie jest on naturalnie rozkładany i usuwany przez organizm. Szczepionki RNA nie są zdolne do łączenia się z ludzkim kodem genetycznym (DNA).
W chwili obecnej istnieją dwie szczepionki RNA dopuszczone do stosowania w nagłych przypadkach w Wielkiej Brytanii. Szczepionki Pfizer BioNTech i Moderna COVID-19 są szczepionkami RNA.
Szczepionki DNA
DNA jest bardziej stabilne niż mRNA, więc nie wymaga takiej samej ochrony początkowej. Szczepionki DNA są zazwyczaj podawane wraz z techniką zwaną elektroporacją. Wykorzystuje ona fale elektroniczne o niskim poziomie, aby umożliwić komórkom organizmu przyjęcie szczepionki DNA. DNA musi być przetłumaczone na mRNA w jądrze komórkowym, zanim będzie mogło być następnie przetłumaczone na antygeny białkowe, które stymulują odpowiedź immunologiczną.
Nie istnieją obecnie żadne licencjonowane szczepionki DNA, ale wiele z nich jest w fazie rozwoju.
Szczepionki wektorowe
Tak jak w przypadku szczepionek zawierających kwasy nukleinowe, szczepionki wektorowe są nowszą technologią, wykorzystującą nieszkodliwe wirusy do dostarczenia kodu genetycznego docelowych antygenów szczepionkowych do komórek organizmu, tak aby mogły one wytworzyć antygeny białkowe w celu pobudzenia odpowiedzi immunologicznej. Wirusowe szczepionki wektorowe są hodowane w liniach komórkowych i mogą być szybko i łatwo opracowane na dużą skalę. Szczepionki wektorowe są znacznie tańsze w produkcji w większości przypadków w porównaniu ze szczepionkami kwasu nukleinowego i wieloma szczepionkami podjednostkowymi.
Replikacyjne
Replikacyjne wektory wirusowe zachowują zdolność do wytwarzania nowych cząstek wirusowych obok dostarczania antygenu szczepionkowego, gdy są stosowane jako platforma dostarczania szczepionki. Podobnie jak w przypadku żywych atenuowanych szczepionek zawierających cały patogen, ma to tę nieodłączną zaletę, że jako replikujący się wirus może zapewnić stałe źródło antygenu szczepionkowego przez dłuższy czas w porównaniu ze szczepionkami niereplikującymi się, a zatem prawdopodobnie wywoła silniejszą odpowiedź immunologiczną. Pojedyncza szczepionka może być wystarczająca do zapewnienia ochrony.
Replikujące się wektory wirusowe są zwykle wybierane tak, że same wirusy są nieszkodliwe, lub są atenuowane, więc podczas gdy infekują gospodarza, nie mogą wywołać choroby. Mimo to, ponieważ nadal zachodzi replikacja wirusowa, istnieje zwiększona szansa wystąpienia łagodnych zdarzeń niepożądanych (reakcji) w przypadku tych szczepionek.
Szczepionka zapobiegająca wirusowi Ebola o nazwie Ervebo (rVSV-ZEBOV) wykorzystuje rekombinowany wirus pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej. Szczepionka ta została zatwierdzona w całej Europie do stosowania w 2019 r. i była stosowana w wielu ogniskach epidemii wirusa Ebola w celu ochrony ponad 90 000 osób. Szczepionka była głównie stosowana w „szczepieniach pierścieniowych”, w których bliskie kontakty zakażonej osoby są szczepione, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się wirusa.
Niereplikujące się
Niereplikujące się wektory wirusowe nie zachowują zdolności do tworzenia nowych cząstek wirusowych podczas procesu dostarczania antygenu szczepionkowego do komórki. Dzieje się tak dlatego, że kluczowe geny wirusowe, które umożliwiają wirusowi replikację, zostały usunięte w laboratorium. Ma to tę zaletę, że szczepionka nie może wywołać choroby, a zdarzenia niepożądane związane z replikacją wektora wirusowego są ograniczone. Jednak antygen szczepionkowy może być wytwarzany tylko tak długo, jak długo pierwotna szczepionka pozostaje w zakażonych komórkach (kilka dni). Oznacza to, że odpowiedź immunologiczna jest na ogół słabsza niż w przypadku replikujących się wektorów wirusowych i prawdopodobnie wymagane będą dawki przypominające.
Wirusowa szczepionka wektorowa opracowana w celu zapobiegania wirusowi Ebola została dopuszczona do stosowania przez Europejską Agencję Leków w lipcu 2020 r. Szczepionka Oxford-AstraZeneca COVID-19, która została zatwierdzona do stosowania w nagłych przypadkach przez MHRA w grudniu 2020 r., również wykorzystuje niereplikujący się wektor wirusowy o nazwie ChAdOx1.
Niniejszy schemat przedstawia sposób działania szczepionki Oxford-AstraZeneca COVID-19:
.