Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины

Одним из важнейших направлений прикладной микробиологии является создание эффективных препаратов для иммунопрофилактики

и иммунотерапии инфекционных заболеваний.

Вакцины и анатоксины – препараты для индукции в организме специфического иммунного ответа с формированием активного проти- воинфекционного иммунитета (от англ. immunity – невосприимчи- вость) за счет мобилизации механизмов иммунологической памяти.

Вакцины изготавливают на основе ослабленных, инактивиро-

ванных возбудителей болезней. Разработка современных вакцин осно- вана на генно-инженерном подходе. Вакцины стимулируют ответ им- мунной системы так, как будто имеет место реальная инфекция. Им- мунная система затем борется с "инфекцией" и запоминает микроорга- низм, который ее вызвал. При этом если микроб вновь попадает в орга- низм, эффективно борется с ним.

Вакцинация (прививка, иммунизация, от лат. vaccus – корова) — создание искусственного иммунитета к некоторым болезням. Для этого используются относительно безобидные антигены, которые являются частью микроорганизмов, вызывающих болезни. Микроорганизмами могут быть вирусы или бактерии.

Хорошо известны вакцины первого поколения — вакцина против бешенства, полиомиелита, кори туберкулеза, чумы, сибирской язвы; убитые вакцины — вакцина против коклюша, клещевого энцефалита; вакцины второго поколения (химические), примером может служить холерная вакцина; а также субъеденичные вакцины — противогрип- позная вакцина.

Иммунные сыворотки и иммуноглобулины – биологические препараты, содержащие готовые специфические антитела (иммуногло- булины), введение которых в организм приводит к немедленному при- обретению пассивного гуморального иммунитета, способного защи- тить организм от интоксикации или инфекции. Иммунные сыворотки и получаемые из них иммуноглобулины предназначены для создания пассивного антитоксического, антибактериального или антивирусного иммунитета у человека.

Иммунные сыворотки и иммуноглобулины используются как средства серопрофилактики и серотерапии. В первом случае сыворо- точные препараты вводятся до возможного заражения или непосред- ственно после него, пока еще не появились признаки заболевания, а па- циент не обладает собственными антителами, способными защитить

его от заражения. Во втором случае препараты вводятся для лечения – нейтрализации токсинов или вирусов, усиления антимикробной защи- ты.

Все сывороточные препараты делятся на две группы: гетероло- гичные, полученные из крови животных (чаще лошадей), и гомологич- ные, полученные из крови человека. Преимущество гетерологичных препаратов в том, что интенсивная иммунизация животных позволяет достичь высокой концентрации антител.

В качестве профилактических и лечебных препаратов могут ис- пользоваться «чистые антитела» - иммуноглобулины, полученные сорбцией антител на антигенных сорбентах.

Ферменты

Ферменты (от лат. fermentum - брожение, закваска), специфи- ческие белки, присутствующие во всех живых клетках и играющие роль биологических катализаторов.

Ферменты являются регуляторами скорости химических реакций, строго контролируют процессы синтеза и распада индивидуальных химических компонентов клетки и всего организма в целом. Благодаря этому свойству ферментов живые системы сохраняют постоянство внутренней среды (так называемый гомеостаз). Ферменты выполняют важные защитные функции, обезвреживая как экзогенные (поступаю- щие из внешней среды), так и эндогенные (образующиеся в самом ор- ганизме) токсические вещества. Последние подвергаются под действи- ем ферментов различным реакциям окисления, восстановления и, нако- нец, распада на продукты, теряющие свои токсические свойства.

Методы выделения и очистки ферментов. Хотя уже осуще- ствлен лабораторный синтез ряда ферментов - рибонуклеазы, лизоци- ма, ферредоксина и цитохрома - С, трудно ожидать, что синтетическое получение ферментов получит широкое распространение в ближайшие десятилетия ввиду его сложности и дороговизны, поэтому единствен- ный реальный в настоящее время способ получения ферментов - это выделение их из биологических объектов.

Выделяют ферменты так же, как и другие белки, хотя есть прие- мы, применяемые преимущественно для ферментов. Из них можно от- метить экстракцию глицерином, в котором сохраняются нативные свойства ферментов, а также метод ацетоновых порошков, состоящий в осаждении и быстром обезвоживании при температуре не выше -10°С тканей или вытяжек из них, содержащих ферменты. К их числу отно-

сится также получение ферментов путем адсорбции с последующей элюцией (снятием) с адсорбента. Наряду с ними широко применяют метод ионообменной хроматографии, метод молекулярных сит, элек- трофорез и особенно изоэлектрофокусирование. Особое внимание при выделении ферментов уделяют проведению всех операций в условиях, исключающих денатурацию белка, так как она всегда связана с поте- рей ферментативной активности. Этому способствует проведение опе- раций в присутствии защитных добавок, в частности HS-содержащих соединений (цистеина, глутатиона, меркаптоэтанола, цистеамина, ди- тиотреитола и др.).

Переломным моментом в усовершенствовании методов полу- чения высокоочищенных, гомогенных препаратов ферментов было от- крытие способности их кристаллизоваться, осуществленное впервые в

1906 г. А. Д. Розенфельдом (им была получена в виде кристаллов ок- сидаза из корней редьки) и приобретшее с 1926 г. широкую из- вестность после работы Д. Самнера по получению кристаллической

уреазы из бобов канавалии.

Медицинская энзимология. Существуют три основных направ- ления исследований в области медицинской энзимологии: энзимопато- логия, энзимодиагностика и энзимотерапия.

Энзимопатология призвана изучать молекулярные основы раз- вития патологического процесса, основанные на данных нарушениях механизмов регуляции активности или синтеза индивидуального фер- мента, или группы ферментов. Так как, чаще всего, развитие болезни непосредственно связано с наследственной недостаточностью или пол- ным отсутствием синтеза одного единственного фермента в организме больного.

Так, например, развитие тяжелого наследственного заболевания – галактоземии (непереносимость молочного сахара) связано с отсутст- вием синтеза в клетках печени фермента, катализирующего превраще- ние галактозы в глюкозу.

Энзимодиагностика призвана заниматься разработкой фер-

ментных тестов, основанных на определении активности (уровня) фер- ментов и изоферментов в биологических жидкостях организма больно- го (сыворотка крови, желудочный сок, спинномозговая жидкость, моча

и др.).

В настоящее время разработаны количественные методы анализа многих распространенных ферментов, выявляемых в биологических жидкостях при поражении разных органов. Для каждого из этих фер-

ментов определены контрольные величины (уровни) активности и пре-

делы колебания в норме как в сыворотке крови, так и в самом органе.

Диагностическая энзимология достигла значительных успехов при постановке диагноза болезней многих органов, в частности почек, сердца, поджелудочной железы, желудка, кишечника и легких. Фер-

ментная диагностика может служить основой не только для постанов-

ки правильного и, что самое главное, своевременного диагноза болез-

ни, но и для проверки эффективности применяемого метода лечения.

Обладая высокой специфичностью действия, ферменты приме- няются в качестве самых тонких и избирательных инструментов в на- правленном воздействии на течение любой патологии. О степени по-

ражения органов, биомембран клеток и субклеточных структур, о тя-

жести патологического процесса можно судить по появлению (или рез- кому повышению уровня) органотропных ферментов и изоферментов в сыворотке крови больных, что составляет предмет диагностической эн- зимологии.

Энзимотерапия. Ферменты используются для лечения различ- ных заболеваний, в том числе и наследственных, вызванных наруше- нием синтеза того или иного фермента или резким перепадом субстра-

та, на который организм не смог среагировать по причине, например,

ослабленного иммунитета. Также ферменты применяют для лучшего вживания и устойчивости в организме искусственных органов, проте- зов, их применяют в различных перевязочных материалах для ускоре- ния заживления ран и ожогов, для разрушения тромбов.

Основной проблемой при использовании ферментов является их быстрая инактивация, аллергенность, токсичность (так как по существу они чужеродны для данного организма), доставка точно в пораженный орган или ткань. Для решения этих проблем применяют методы иммо- билизации ферментов, разработанные инженерной энзимологии. Иммобилизация ферментов заключается в их физическом (адсорбци- онном) и (или) химическом (ковалентном) связывании с некой матри- цей носителя, который защищает фермент от инактивирующего воз- действия и не влияет на его активные центры.

Основные требования к иммобилизованным ферментам:

- иммобилизованные ферменты должны сохранять свою актив-

ность в течение максимально возможного времени;

- введенные в организм вещества должны быть мало подвержены действию антител и естественных ингибиторов;

- не должны оказывать негативного воздействия на организм в це-

лом;

- носитель, с которым связан фермент, должен обеспечивать не только устойчивость, но и направленную доставку исключительно или хотя бы предпочтительно в зону поражения.

Таким образом, если присутствие данного фермента необходимо во всех органах и тканях организма или он необходим для длительной циркуляции в кровотоке, то целесообразно применять растворимые препараты, то есть связывать фермент с неким растворимым носителем

(растворимые капсулы, или «искусственные клетки»). В некоторых случаях идут по пути создания биоразлагаемых и биосовместимых производных ферментов в виде микрочастиц, гранул или таблеток, ко- торые способны «добираться» к местам поражения и в течение опреде- ленного времени диффундировать необходимый фермент. Для наруж- ного применения соответствующий фермент иммобилизуют на по- верхности или в объеме перевязочных материалов, защитных пленок, дренажа или добавляют содержащие его микрокапсулы в различные мази и кремы.

Биодатчики в медицине

Большое влияние на развитие медицины оказывает биоэлектро- ника и биоэлектрохимия. В последние годы здесь достигнуты заметные успехи. Создан ряд чувствительных биодатчиков. Действие большин- ства разработанных на сегодня датчиков основано на улавливании продуктов действия ферментов. Для этого используются обычные электроды с иммобилилизованной на них биологической системой, называемые - биодатчики, биосенсоры. Под термином биосенсор сле- дует понимать устройство, в котором чувствительный слой, содер- жащий биологический материал: ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены, липосомы, органелы, рецепторы, ДНК, непосредственно реагирующий на присутствие определяемого компонента, генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента. Конструктивно биосенсор представляет собой комбинированное уст- ройство, состоящее из двух преобразователей (трансдъюсеров) био- химического и физического, находящихся в тесном контакте друг с другом.

Новые подходы в этой области ставят своей целью создание бо- лее чувствительных и эффективных приборов и расширение сферы их применения. В основе работы таких устройств лежит процесс прямого переноса электронов между электродами и окислительно-восстанови- тельными центрами белков.

Так, в медицине широко применяются ферментсодержащие датчики для определения содержания глюкозы. Основное применение они находят при регуляции содержания сахара в крови у больных са- харным диабетом. Недостаточно точный контроль уровня сахара при этой болезни приводит к развитию опасных для жизни побочных про- цессов диабета.