راهکاری جدید برای ساخت واکسن هپاتیت ب

به گزارش حلقه وصل، فاطمه رضائی دانش‌آموخته دکتری مهندسی پزشکی (گرایش بیومتریال) و  مجری طرح «ساخت و ارزیابی نانو ادجوانت پلیمری بر پایه ابریشم حاوی آنتی‌ژن هپاتیت ب» گفت: عفونت هپاتیت ب، به عنوان یک مشکل بهداشتی در تمام جهان شناخته شده است.

وی با بیان اینکه هپاتیت ب، یک بیماری عفونی است، گفت: بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO) در سال ۲۰۱۷ میلادی، ۲۵۷ میلیون انسان از ابتلا به ویروس هپاتیت ب رنج می‌برند.

به گفته محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ویروس هپاتیت ب (HBV)، یکی از مشهورترین عواملی است که باعث هپاتیت ویروسی می‌شود. HBV، می‌تواند موجب التهاب کبد، سیروز کبد و نهایتاً مرگ شود.

وی افزود: همه واکسن‌های هپاتیت ب، شامل آنتی‌ژن سطحی ویروس هپاتیت ب هستند و حضور این آنتی‌ژن در داخل واکسن‌ها به کمک ادجوانت باعث تولید آنتی‌بادی ضد این آنتی‌ژن شده که علیه عفونت آنتی‌ژن سطحی هپاتیت ب، مصونیت ایجاد می‌شود.

رضائی خاطر نشان کرد: در حال حاضر تولید و به کارگیری واکسن‌هایی با ایمنی‌زایی مناسب، از روش‌های مؤثر برای مقابله با بیماری‌های عفونی به حساب می‌آیند. بعضی از واکسن‌ها از میکروارگانیسم‌های ضعیف شده  (واکسن‌های زنده) و یا پاتوژن‌های غیر فعال ساخته شده‌اند که این ترکیبات می‌توانند باعث تحریک شدید سیستم ایمنی شوند.

دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: از معایب این واکسن‌ها می‌توان به ایجاد واکنش‌های التهابی، نیاز به تلقیح مجدد برای داشتن پاسخ ایمنی مداوم و همچنین هزینه بالای تولید آن، اشاره کرد. 

وی گفت: پیش از اینها نشان داده شده است که واکسن‌های زیر واحدی که از قسمت‌عای مناسب آنتی‌ژن‌های پپتیدی و پروتئینی تشکیل شده اند، از ایمنی بالاتری نسبت به واکسن‌های مرسوم برخوردار هستند. اما مهمترین چالش در استفاده از واکسن های زیر واحدی، پایین بودن میزان تحریک سیستم ایمنی توسط آن‌ها است.

وی با بیان اینکه مهمترین راه برای رفع این مشکل، استفاده از ادجوانت‌ها است، گفت: ادجوانت‌ها ترکیباتی هستند که به ایمونوژن‌ها (آنتی‌ژن) اضافه می‌شوند تا از طریق تحریک سلول‌های دندریتیک (سلول‌های عرضه کننده آنتی¬چ‌ژن)، بتوانند پاسخ ایمنی شدیدتری را ایجاد کنند.

وی افزود: به منظور اثر بخشی واکسن تزریقی، نیاز است که واکسن مورد نظر در سه دوره به بیمار تزریق شود که این خود می‌تواند مشکلاتی را برای افراد به وجود آورد. در حال حاضر یکی از ادجوانت‌هایی که به منظور افزایش ایمنی‌زایی واکسن هپاتیت ب به آن اضافه می‌شود، آلوم (از ترکیبات آلومینیوم) است. آلوم، تنها ادجوانت تأییدشده برای کاربردهای کلینیکی انسانی است. 

وی اضافه کرد: در فرمولاسیون کلیه واکسن‌های هپاتیت ب که مجوز ورود به بازار دارویی را گرفتند، از آلوم به عنوان ادجوانت استفاده شده است. این ادجوانت به طور گسترده استفاده می‌شود. اثرات مضر آلوم کم است اما واکنش‌های آلرژیک و سمیت عصبی مشاهده شده است. 

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: به طور طبیعی، دوزهای کم آلومینیوم توسط کلیه‌ها دفع می‌شوند، اما تحت شرایط خاصی به عنوان مثال زمانی‌که عملکرد کلیه‌ها کاهش می‌یابد، آلومینیوم در بدن انباشته شده و می‌تواند به سم تبدیل شود. سطوح بالای آلومینیوم در بدن به شکل قابل ملاحظه‌ای بر مغز و بافت استخوان اثر می‌کند و همچنین مسمومیت آلومینیوم به صورت بالقوه به بیماری آلزایمر مرتبط می‌شود. 

وی با بیان اینکه واکسن‌های حاوی آلوم، نیاز به چندین تزریق در زمان مناسب پشت سر هم، برای به دست آوردن پاسخ ایمنی بهینه و طولانی مدت دارند، گفت: اما انجام این کار در کشورهای در حال توسعه، برای نگهداری نرخ ایمنی‌زایی بالا در برنامه ایمنی‌زایی چندگانه، بسیار مشکل است؛ بنابراین توسعه ادجوانت‌های ایمن و سیستم‌های رهایش واکسن برای دستیابی طولانی مدت به پاسخ‌های ایمنی، نیاز است. 

وی افزود: پروتئین ابریشم، یک پلیمر دارای تأییدیه سازمان غذا و داروی ایالات متحده آمریکا (FDA) است که به طور موفقیت‌آمیز به عنوان نخ بخیه و سیستم‌های رهایش دارو و پروتئین کاربرد دارد. این پروتئین، خصوصیات مکانیکی بسیار عالی، فرآیند فعال‌سازی قابل انعطاف و زیست‌سازگاری بسیار بالایی دارد.

وی با بیان اینکه طی دهه اخیر تلاش‌های زیادی در جهت بکارگیری علم نانوبیوتکنولوژی در مسیر ساخت نانوذرات مناسب جهت انتقال اجزای سازنده واکسن‌ها، نظیر آنتی‌ژن‌های پپتیدی، پروتئینی و اسید نوکلئیکی صورت گرفته است، عنوان کرد: حامل‌های ذره‌ای می‌توانند به عنوان سیستم تحویل آنتی‌ژن موثر عمل کنند و بنابراین برداشت آنتی‌ژن توسط سلول‌های ارائه دهنده آنتی‌ژن مانند ماکروفاژها و یا سلول‌های دندریتیک را افزایش دهند.

وی ادامه داد: حامل‌های آنتی‌ژن بر پایه ذره، به عنوان منبعی برای رهایش کنترل شده آنتی‌ژن هستند، بنابراین میزان در دسترس بودن آنتی‌ژن برای سلول های ایمنی را افزایش داده و همچنین کیفیت پاسخ ایمنی افزایش می‌یابد. 

رضائی گفت: حامل‌های ذره‌ای توانایی حفاظت از آنتی‌ژن علیه تخریب تا زمانی‌که به سلول‌های ایمنی تحویل داده شوند را دارند. در این میان، نانوذرات زیست‌تخریب‌پذیر بر پایه پلیمرهای زیست‌سازگار از اهمیت بسزایی برخوردار بوده‌اند.

وی گفت: از مزایای نانوذرات زیست‌تخریب‌پذیر می‌توان به سهولت استفاده از آن‌ها در جهت تحریک سیستم ایمنی، امکان بارگذاری همزمان آنتی‌ژن‌های متنوع بر روی آن‌ها و عدم تغییر ساختار آن‌ها در محیط درون‌تنی اشاره کرد. 

وی تأکید کرد: کاربرد نانوذرات فیبروئین ابریشم، به خاطر مزیت‌هایی مانند زیست‌سازگاری، تخریب کنترل شده، شکل و اندازه ذرات، بارگذاری دارو و رهایش دارو گسترش پیدا کرده است. 

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: یکی از اصلی‌ترین مزایای استفاده از فیبروئین ابریشم به عنوان حامل دارویی، انجام فرایندها در محیط آبی برای بارگذاری داروهای حساس مانند پروتئین‌ها و نوکلئوئیک اسیدهای درمانی است که باعث ایجاد مقاومت‌های خوب برای حل شدن و جلوگیری از تخریب‌های آنزیمی و گرمایی ناخواسته می‌شود.

وی با بیان اینکه فیبروئین ابریشم یک پلیمر بسیار زیست‌سازگار است که خصوصیات منحصر به فرد و خصوصیات عملکردی خاصی دارد، گفت: مزیت استفاده از فیبروئین ابریشم در کاربردهای پزشکی، به دلیل خصوصیات مکانیکی عالی، نرخ تخریب آهسته و فرایندپذیری در محیط آبی است. 

رضائی با تأکید بر اینکه، پروتکل استخراج و خالص سازی ابریشم، آسان و از نظر هزینه‌ای بسیار مناسب است و همچنین این پلیمر، یک پلیمر طبیعی و بومی کشور خودمان است، گفت: واکسن مؤثر علیه ویروس هپاتیت ب، نزدیک به ۲۰ سال است که در دسترس است. اما برای پاسخ ایمنی بهینه، نیاز است که در نهایت ۳ بار تزریق در زمان مناسب، پشت سر هم انجام شود. 

وی با بیان اینکه ادجوانت‌ها باید از نظر شیمیایی تا حد امکان خنثی بوده و ترجیحاً زیست‌تخریب‌پذیر باشند تا از بدن به سهولت دفع شوند، گفت: در صورت استفاده از ادجوانت، باید غلظت و میزان آنتی‌ژن در هر دوز واکسن، کاهش یابد. از سوی دیگر باید در دسترس و هزینه تولید آن مناسب بوده تا از نظر تجاری مقرون به صرفه باشد. 

وی گفت: در این پژوهش با استفاده از پلیمر طبیعی فیبروئین ابریشم، نانو ادجوانتی مناسب در جهت بارگذاری آنتی‌ژن سطحی هپاتیت ب طراحی شد؛ این نانو ادجوانت توانست به صورت عاملی در جهت ذخیره آنتی‌ژن سطحی هپاتیت ب، عمل  کند. 

مجری طرح خاطر نشان کرد: از دلایل مهم استفاده از فیبروئین ابریشم می‌توان به زیست‌سازگاری و نرخ  زیست‌تخریب‌پذیری مناسب، ظرفیت بالای بارگذاری مولکول‌های مختلف بر روی آن، قابلیت اندوسیتوز به داخل سلول، رهایش کنترل شده مولکول‌های مختلف و نیمه عمر بالا در سیستم گردش خون، اشاره کرد. 

وی خاطر نشان کرد: تعداد کشورهایی که تولید ادجوانت می‌کنند بسیار محدود و بسیار کمتر از کشورهایی است که واکسن تولید می‌کنند. یعنی در حقیقت شرکت‌های واکسن سازی متعدد در دنیا برای واکسن‌های مختلف از ادجوانت‌های یکسانی استفاده می‌کنند و اصولاً تکنولوژی مهم و اصلی در تولید واکسن‌ها، ادجوانت است.

رضائی با اشاره به کاربرد این تحقیق گفت: نتایج این تحقیق در صنعت ساخت واکسن سازی قابل استفاده است. در این پژوهش، نانوذرات فیبروئین ابریشم به عنوان نانو ادجوانت برای بارگذاری آنتی‌ژن سطحی هپاتیت ب، معرفی شدند. نتایج نشان دادند که یکپارچگی ساختاری، ساختار دوم و سوم آنتی‌ژن سطحی هپاتیت ب در طول و بعد از ساخت فرمولاسیون آسیب ندیده است.

وی خاطر نشان کرد: مطالعه جذب سلولی نشان داد که نانوذرات بارگذاری شده به طور موثری توسط سلول‌های ماکروفاژ جذب شدند. سطح آنتی‌بادی Total IgG، IgG۱ و IgG۲a اختصاصی علیه آنتی‌ژن سطحی هپاتیت ب تولید شده در تست حیوانی توسط گروه جذب فیزیکی، به طور قابل توجهی بالاتر از میزان تولید شده توسط گروه‌های اتصال شیمیایی و واکسن تجاری ساخت انستیتوپاستور ایران بود.

وی تاکید کرد: بنابراین، به نظر می‌رسد نانوذرات فیبروئین ابریشم انتخاب مناسب و امیدوار کننده‌ای به عنوان حامل برای آنتی‌ژن هستند. با این حال، برای افزایش قدرت ایمنی این نانو ادجوانت، تحقیقات بیشتر و استفاده از بوستر دوز (دوز یادآور) مورد نیاز است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: در این پژوهش آزمون‌های حیوانی نیز انجام شده است. امیدواریم بتوانیم در ادامه کار برای افزایش قدرت ایمنی این نانو ادجوانت، تحقیقات بیشتر و آزمون‌های مرتبط با بوستر دوز (دوز یادآور) را انجام دهیم.

رضائی با اشاره به ویژگی و مزیت‌های رقابتی طرح گفت: با توجه به بررسی‌های صورت گرفته و مطالعات انجام شده، استفاده از پلیمر فیبروئین ابریشم به عنوان نانو ادجوانت جهت استفاده در واکسن هپاتیت ب، تاکنون صورت نگرفته است و این کار برای اولین بار در این طرح انجام گرفته است.

وی خاطر نشان کرد: در ارتباط با سیستم‌های رهایش دارویی بر پایه پروتئین، فیبروئین ابریشم یک پلیمر طبیعی مفیدی است که برای رهایش مولکول‌های پروتئینی و پپتیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. متأسفانه مطالعات کمی نقش نانوساختار فیبروئین ابریشم در سیستم‌های رهایش پروتئینی را بررسی کرده‌اند.

رضائی ادامه داد: توسعه و بررسی نانو و میکروذرات شامل آنتی‌ژن‌های جذب شده یا به دام افتاده به عنوان ادجوانت واکسن، ضروری است و استفاده از آن‌ها به جای استفاده از آلوم، برای توسعه بهتر ادجوانت‌های جایگزین و کمرکردن ایمنی‌زایی مکرر، پیشنهاد می‌شود.

رضائی گفت: این مطالعه نشان داد که نانوذرات فیبروئین ابریشم با ویژگی‌هایی همچون زیست‌سازگاری،  زیست‌تخریب‌پذیری و توانایی کنترل رهایش آنتی‌ژن، می‌تواند به عنوان یک نانو ادجوانت برای توسعه موثرتر فرمول‌های واکسن پیشنهاد شود.

وی گفت: ادجوانت تولید شده با این ترکیب در نوع خود در دنیا بی نظیر است و ایده آن برای استفاده در واکسن هپاتیت ب، برای اولین بار در این پروژه مطرح شده و مورد بررسی قرار گرفته است. البته علیرغم تولید علم در این زمینه توسط این پروژه، هنوز تا تجاری شدن محصول فاصله زیادی وجود دارد که امیدواریم با حمایت جدی از آن در آینده‌ای نه چندان دور محقق شود.

به گزارش دانشگاه امیرکبیر، این طرح بین دانشگاه صنعتی امیرکبیر و انستیتوپاستور ایران به صورت مشترک تعریف و اجرایی شده است؛ همچنین اساتید راهنمای این پروژه، دکتر حمید کشوری عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر محمد علی شکرگزار عضو هیأت علمی انستیتوپاستور ایران بوده‌اند. علاوه بر آن، دکتر مهدی فرخی و دکتر دلارام درود اعضای هیأت علمی انستیتوپاستور ایران، از اساتید مشاور این پروژه بوده‌اند. همچنین، نتایج این طرح در مجله Biomaterials science (Impact Factor= ۶.۱۸۳) در سال ۲۰۲۱ به چاپ رسیده است.