Aşı Tasarımı

Aşı tasarımı, antijenlerin, aşı türünün ve aşılama yollarının seçimi ile ilgilidir. Aşı türünün seçimi, aşıda kullanılan viral antijenlerin nispi immünojenik gücünü, bir immün adjuvanın gerekli olup olmadığını ve koruyucu immünitenin doğasını belirler. Bu özellikler aynı zamanda bir aşının belirli bir aşılama yolu için uygunluğunu ve aşı aracılı koruyucu bağışıklığı ve dayanıklılığını artırmak için bir prime-boost aşılama rejiminin gerekip gerekmediğini belirler. Örneğin, canlı zayıflatılmış viral aşıların veya solunum mukozal aşılama yolunun seçimi daha sıkı güvenlik testleri gerektirmektedir.

Genel olarak aşılar altı kategoriye ayrılır:

• Canlı zayıflatılmış virüs,
• Rekombinant viral vektör,
• İnaktive edilmiş virüs,
• Protein subunitleri
• Virüs benzeri partiküller (VLP'ler)
• Nükleik asit (DNA veya mRNA)

Bu aşı teknolojilerinin her birinin immünolojik avantajları ve dezavantajları vardır . Etkili bir aşı için iki bileşen gerektirir: hedef patojene  ait antijenler ve konakçı bağışıklık sistemini uyaran ve aktive eden bir enfeksiyon sinyali.

Canlı zayıflatılmış aşılarda doğal olarak bu bileşenlerin her ikisi de bulunurken viral olmayan aşı tipleri antijenleri sağlayabilir ama beraberinde adjuvanlar olarak bilinen bağışıklık sistemini uyarmak için yapay sinyaller oluşturan parçalara ihtiyaç duyarlar. Tipik olarak, bu viral olmayan aşı tipleri, koruyucu bağışıklığı indüklemek için birden fazla aşılama gerektirirken, canlı virüs aşılar "tek seferlik" aşılama ile bağışıklık sağlama yeteneğine sahiptir. Viral olmayan aşılara benzer şekilde, inaktive virüs aşıları da bir adjuvana ve etki için tekrarlanan uygulamalara ihtiyaç duyarlar.

COVID-19 için de bu 6 ana aşı türü üzerinde çalışılmaktadır.

Canlı zayıflatılmış viral aşılar

Virülans genleri mutasyona uğratılarak zayıflatılmış virüsler kullanılır. Bu zayıflatılmış virüsler sıklıkla konakçı hücrelerinde sınırlı düzeyde üreyebilir ama hastalığa neden olma kabiliyetini kaybetmiştir. Koronavirüsler için de  bu tür aşılar çeşitli zoonotik koronavirüsleri için kullanılmıştır. Bununla birlikte bu aşılarda virüslerin patojenite (hastalık yapma) yeteneği kazanabilecekleri gösterilmiştir. Bu nedenle SARS-CoV2 için benzer bir aşı üretiminde en önemli kriter patojenik hale geri dönmediğinin gösterilmesi gerekir. Bu zor gözükmektedir. Şimdiye kadar, Türkiye'de Mehmet Ali Aydınlar Üniversitesi, Codagenix ve Serum Institute of India ve Indian Immunologicals Ltd ve Griffith Üniversitesi tarafından preklinik çalışmada olan yalnızca üç zayıflatılmış SARS-CoV-2 aşısı bulunmaktadır.

Rekombinant viral vektörlü aşılar

Rekombinant viral vektörlü aşılarda replikasyon (üreme) hasarı olan başka bir viral omurga üzerine inşa edilen aşılardır. Bir adjuvana ihtiyaç duymadan güçlü T hücresi tepkilerini indükleme yetenekleri vardır. Genellikle koruma için yalnızca bir kez uygulanması yeterlidir ve solunum mukozası için doğal tropizm vardır, bu da solunum mukozal aşılamasına uygun oldukları anlamına gelir.

Bu nedenle, rekombinant viral vektörler, COVID-19 aşı geliştirmede en yaygın ikinci yöntemdir ve şu anda klinik deneylerde 4 aday vardır. Buradaki viral iskelet çoğunlukla Ad5 (human serotype 5 adenovirus) veya MVA (modified vaccinia virus Ankara )’dır ve bu aşı adaylarının çoğu SARS-CoV-2'nin S proteinini veya RBD'sini ifade eder. Bu aşılar için insanların viral omurgaya karşı önceden var olan bağışıklığa sahip olup olmadıklarını dikkate almak önemlidir. Önceden antikor varlığı bu tür aşıların bağışıklık sistemini devreye sokma yeteneğini bozabilir. İnsanların daha önce hiç karşılaşmadığı dolayısıyla bağışıklığın olmayacağı ChAd (chimpanzee-derived adenovirus) gibi viral omurgaların kullanılması, bu sorunu aşmaya yardımcı olabilir.

Çinli aşı şirketi CanSino Biologics tarafından geliştirilen Ad5-nCOV, Oxford Üniversitesi ve AstraZeneca tarafından geliştirilen ChAdOx1 nCoV-19 (AZD-1222 olarak da bilinir), Merck tarafından geliştirilmekte olan VSV-S en iyi bilinen rekombinan viral vektörlü aşılardır.

İnaktive edilmiş viral aşılar

Fiziksel veya kimyasal olarak etkisiz hale getirilmiş iyi kurulmuş altyapı ve yöntemler kullanılarak hızlı bir şekilde üretilebilir. canlı zayıflatılmış aşılardan daha güvenilir kabul edilirler ve antikor yanıtlarını indükleyebilirler.  Şu anda, klinik çalışmaları devam eden 5 adet inaktive edilmiş SARS-CoV-2 aşısı vardır.  İnaktive viral aşılar, genellikle bir adjuvana ve etkili olması için tekrarlanan dozlamaya ihtiyaç duyarlar. Adjuvan kullanılması  bu aşıların solunum yolu mukozal uygulaması için uygunsuz hale getirir.

Protein subunit aşıları

Şu anda, COVID-19 için çalışılan en yaygın aşı tipi protein subunittir.  Klinik çalışma aşamasında yedi COVID-19 protein subunit aşısı bulunmaktadır.  Bu aşılar, nötralize edici antikorları indüklemek amacıyla tam uzunlukta SARS-CoV-2 S proteini veya bunun kısımlarını içerirler ve öncelikle CD4 + T H hücresi ve antikor yanıtlarını indükler. Bununla birlikte, nükleik asit bazlı veya viral vektörlü aşıların aksine, bu aşılardaki rekombinant S proteinleri, memeli hücrelerinde üretilmedikçe uygunsuz bir epitop yapısına sahip olabilir. Proteinler veya peptitler tek başına zayıf bir immünojeniteye sahiptir ve genellikle bir adjuvana ve aynı zamanda tekrarlanan uygulamalara ihtiyaç duyarlar. Bu bağlamda, GlaxoSmithKline ve Novavax tarafından geliştirilen protein subunit COVID-19 aşıları, sırasıyla AS03 ve Matrix-M adjuvanları kullanır. Ayrıca, bu tip aşılar genellikle solunumyolu mukozal aşılaması için uygun değildir.

Virüs benzeri parçacıklar (VLP’ler)

VLP'ler, birlikte ifade edilen veya karıştırılan birkaç yapısal viral proteinden oluşan partiküllerdir. Yani yapısal olarak enfeksiyöz virüs ile özdeş olan ancak viral genomu olmayan dolayısıyla bulaşıcı olmayan parçacıklardır. Zarflı koronavirüslerde VLP'ler, N ile veya N olmadan viral proteinler S, M ve E ifade ederler. VLP'lerin yüzeyinde S proteininin varlığı, bunların ana virüsle aynı şekilde ACE2 + hücrelerine bağlanmasını ve girmesini sağlar. Subunit aşılarının aksine, VLP yüzeyindeki S proteini dizisi, B hücresi reseptörünü çapraz bağlar ve doğrudan B hücrelerini aktive eder. Ama subunit ve inaktive edilmiş viral aşılar gibi, VLP'ler de tipik olarak bir adjuvan ve tekrarlanan uygulama gerektirir . Buna rağmen, VLP teknolojisi gelişmiştir. koronavirüs VLP'lerinin biyolojisi ve güvenliği anlaşılmıştır ve bunların İyi Üretim Uygulamaları standartlarına göre büyük ölçekli üretimleri daha kolaydır.

Şu anda, klinik çalışmalarda yalnızca 1 VLP tabanlı COVID-19 aşısı vardır. 12 aşı ise preklinik denemeler aşamasındadır. Özellikle, bir Kanadalı şirket olan Medicago, SARS-CoV-2 VLP'lerini genetik olarak tasarlanmış bitkilerden üretmektedir. Yayınlanmamış sonuçları, farelerde nötralize edici antikorların indüklendiğini göstermiştir.

Nükleik asit bazlı aşılar

Rekombinant plazmid DNA, on yıllardır bir aşı tipi olarak araştırılırken, mRNA daha yakın zamanda umut verici bir aşı tipi olarak ortaya çıkmıştır. Şu anda, klinik deneylerde 6 mRNA bazlı COVID-19 aşısı ve 4 DNA bazlı COVID-19 aşısı bulunmaktadır.

Lipid nanopartiküller gibi bir taşıyıcı ile kompleks haline getirilen mRNA , rekombinant protein subunitlerinden daha avantajlı gözükmektedir. mRNA aşıları bulaşıcı değildir ve mikrobiyal moleküller içermeyen in vitro transkripsiyon ile sentezlenir. Bu faydalı özellik, mRNA aşılarını, hızlı ve ucuz üretim ve tekrar aşılamaları mümkün kılarak, güvenlik, etkinlik ve antivektör bağışıklık sorunları açısından canlı zayıflatılmış viral aşılar, inaktive edilmiş viral aşılar, subunit aşılar ve rekombinant viral vektörlü aşılardan ayırır.

mRNA bazlı MERS aşıları konusunda deneyime sahip bir Amerikan biyoteknoloji şirketi olan Moderna tarafından üretilen mRNA-1273, lipid nanopartiküllerinde kapsüllenmiş prefüzyonla stabilize edilmiş SARS-CoV-2 S proteinini kodlamaktadır. iki tekrarlanan parenteral enjeksiyonun düşük ve orta dozlarının genellikle güvenli olduğu ve çoğu deneme katılımcısında güçlü S proteinine özgü antikor cevabı ve CD4 + T hücre tepkisi uyardığını gösterilmiştir.

Pfizer ve BioNTech, insanlarda S proteinine özgü antikor ve CD4+ geliştiren S protein RBD'yi kodlayan bir mRNA – lipit nanopartikül aşı üzerinde çalışmaktadır. BNT162b1 olarak bilinen aşı iki tekrarlanan parenteral enjeksiyonu takiben CD8 + T hücresi cevabı oluştumuştur.

Pfizer / BioNTech ve Moderna aşılarının her ikisi de ABD Warp Speed 97 Operasyonu için seçilmiştir

Henüz hiçbir mRNA aşısı insan kullanımı için ruhsatlandırılmamış olmasına rağmen, bu aşıların potansiyeli, hayvanlarda influenza, kuduz ve Zika virüsü enfeksiyonlarına ilişkin önceki çalışmalarla desteklenmektedir. Bununla birlikte, iki klinik çalışma, mRNA aşıları tarafından indüklenen bağışıklık cevabının büyüklüğü ve uzun ömürlülüğünde farklılıklar olduğunu göstermektedir.  Bu nedenle, mRNA tabanlı COVID-19 aşıları erken klinik testlerde umut vaat etse de, insanlarda koruyucu etkinlikleri hakkında sorular devam etmektedir. Ayrıca, mRNA aşılarının solunum yolu mukozal kullanıma uygun olup olmadığı da açık değildir.

Plazmid DNA aşıları de güvenlik, üretim kolaylığı ve ölçeklenebilirlik açısından  mRNA aşılarına benzer. Ama immunojeniteleri zayıftır. Çoklu dozlar ve bir adjuvanın eklenmesini gerektirirler. Şu anda, klinik testlerde dört plazmid DNA bazlı COVID-19 aşısı bulunmaktadır. 11 tanesi ise klinik  öncesi geliştirme aşamasındadır. SARS-CoV-2 S proteinini ifade eden bir plazmit DNA aşısı olan INO-4800, ABD'li biyoteknoloji şirketi Inovio Pharmaceuticals tarafından geliştirilmektedir. Fareler ve kobaylarda yapılan klinik öncesi bir çalışma, bu aşının koruma sağladığını gösteremedi. Ama S proteini eksprese eden plazmid DNA aşısının tekrarlanan iki doz ile rhesus makaklarında sağlam koruyucu immünite oluşturduğu gösterildi.