Skład szczepionek – co tak naprawdę zawierają?

Szczepionki są już stosunkowo starym wynalazkiem. Skład szczepionek jest regularnie ulepszany, pojawiają się też nowe generacje. Ale zasadniczo mają one pewne stałe elementy, pełniące określone funkcje. Co zatem dokładnie zawierają dzisiaj szczepionki? I w jakim celu dodaje się ich poszczególne składniki?

Ogólny skład szczepionek

Na szczepionkę, czyli mieszaninę do iniekcji (choć są i szczepionki doustne) składa się przede wszystkim czynnik generujący odpowiedź immunologiczną. Oprócz tego ważną część stanowią stabilizatory, konserwanty, adiuwanty, a zasadniczo także woda. W szczepionkach znajdują się też różne substancje śladowe – obecne właściwie we wszystkim, co ludzkość produkuje.

Zadaniem najważniejszej części szczepionki, czyli składnika aktywnego immunologicznie, jest doprowadzenie do wytworzenia przeciwciał przez biorcę szczepionki. Właśnie ta funkcja odpowiada za biologiczny efekt uzyskany przy wakcynacji. Może być on wzmocniony dzięki zastosowaniu adiuwantów, które potęgują i wydłużają reakcję odpornościową. Stabilizatory powodują, że czynniki zewnętrzne, mogące wpływać na preparat szczepionkowy (jak temperatura otoczenia), stają się mniej istotne dla jego zawartości. Konserwanty odpowiadają za utrzymanie ważności: niepsucie się, nierozkładanie i zapobieganie ewentualnemu namnażaniu mikroorganizmów, które w środowisku szczepionki mogłyby się potencjalnie namnożyć. Woda to wypełniacz, a związki śladowe to znikome pozostałości po procesie produkcyjnym.

Czynnik determinujący odpowiedź immunologiczną

Czynnikiem aktywnym szczepionki może być osłabiony wirus, fragment bakterii czy sekwencja mRNA niosąca informację o budowie białka patogenu, na który organizm ma się uodpornić. Ten ostatni przykład zastosowano w szczepieniu przeciw Covid19. Z kolei w szczepionce przeciw błonicy, krztuścowi i tężcowi (szczepienie DPT) zawarty jest toksoid błoniczy, toksoid tężcowy i inaktywowane pałeczki krztuśca. Toksoidy to zmodyfikowane toksyny, nie mające efektu toksycznego, ale wywołujące odpowiedź immunologiczną – podobnie jak inaktywowane pałeczki krztuśca.

Preparatem zawierającym „żywe”, pełne patogeny jest szczepionka MMR – przeciw śwince, odrze i różyczce. Wirusy powodujące te choroby, obecne w szczepionce, są atenuowane. Oznacza to, że w toku hodowli laboratoryjnej zostały celowo osłabione, z każdym kolejnym pasażem tracąc cząstkę swojej zjadliwości. Dzięki temu nie wywołują choroby, a zarazem uczą układ odpornościowy, jak rozpoznawać czynnik chorobotwórczy.

W szczepionce przeciwko wirusowi brodawczaka ludzkiego (HPV) zastosowano białka L1, które współtworzą wirusową otoczkę. Podobnie, w szczepionkach przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu B znajdują się białka powierzchniowe, wchodzące w skład otoczki. Natomiast szczepionka przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu A najczęściej ma w swym składzie inaktywowanego (niezdolnego do rozmnażania, „nieżywego”) wirusa. Tak, jak szczepionka przeciwko polio. Inaktywowanego wirusa znajdziemy też w preparacie przeciw kleszczowemu zapaleniu mózgu. Proces inaktywacji to często prosta procedura, polegająca na dodaniu niewielkiej ilości określonego związku – np. kwasu askorbinowego w przypadku wirusa wścieklizny.

Adiuwanty, czyli wzmacniacze

Adiuwanty, czyli „wzmacniacze szczepień”, mogą działać na różne sposoby. Przede wszystkim nasilają lokalny stan zapalny, stymulując kaskadę interakcji czynników immunologicznych. Oprócz tego sprawiają, że składnik aktywny szczepionki dłużej trwa w miejscu wkłucia, zanim organizm go zneutralizuje. Pozwala to na uzyskanie silniejszej odpowiedzi immunologicznej i w efekcie dłużej utrzymującą się odporność oraz mniejszą liczbę dawek przypominających, niezbędnych do jej zachowania.

Często stosowanymi adiuwantami są związki glinu (zwłaszcza wodorotlenek glinu) i wapnia (fosforan wapnia). Dzięki nim uwalnianie aktywnego składnika szczepionki jest spowolnione, a produkcja przeciwciał wydłużona w czasie. W przypadku glinu dochodzi drugi rodzaj aktywności – wzmocnienie lokalnego stanu zapalnego w skali mikro, gdzie rozgrywa się akcja. Między innymi dlatego jest on tak szeroko rozpowszechniony w produktach szczepionkowych.

Skład szczepionek a stabilizatory

W skład szczepionek wchodzą również stabilizatory. Dzięki nim przechowywane w szczepionce, wywołujące odpowiedź immunologiczną antygeny (lub ich determinatory) nie rozkładają się, nie zmieniają swej konfiguracji, nie ulegają dyspersji, denaturacji czy rozrzedzeniu. Substancje stabilizujące zapewniają więc pewną trwałość i niezawodność preparatu. Pozwalają go też przechowywać w łatwiejszych do utrzymania temperaturach (np. w lodówce, a nie zamrażarce).

Przykładowe tego typu związki to aminokwasy (np. kwas glutaminowy w postaci soli sodowej) i białka kolagenowe (żelatyna) oraz albuminy. Oprócz tego stosowane są cukry i ich pochodne (laktoza, sacharoza, sorbitol). Rolę stabilizatora pełnią też sufraktanty i emulgatory (utrzymujące jednorodność mieszaniny), do których zalicza się np. polisorbat 80. Kwasowość stabilizują zaś regulatory kwasowości, takie jak sole fosforanowe.

Konserwanty w preparatach szczepionkowych

Tak jak do wielu produktów, których nie sposób wykorzystać na szybko i na świeżo, tak i do szczepionek muszą być dodawane konserwanty. Bez nich preparaty szybko by się psuły – nieraz zanim dostarczono by je do punktu szczepień. Nie trudno sobie wyobrazić, że wówczas cały łańcuch programów wakcynologicznych zostałby co najmniej zaburzony, a w wielu przypadkach całkiem przerwany. Dlatego też środki konserwujące są niezbędne. Szczepionka z namnożonymi bakteriami albo zdegradowanymi antygenami jest nikomu niepotrzebna, a może doprowadzić wręcz do śmierci.

Wśród często stosowanych w szczepionkach konserwantów wymienić można np. fenoksyetanol. Ma działanie bakteriostatyczne, co znaczy, że zabija bakterie. Z tego powodu jest popularnym składnikiem kosmetyków czy środków do dezynfekcji ran. Inny związek konserwujący to tiomersal (zawierający etylortęć), czyli sól kwasu etylortęciotiosalicylowego. Kontrowersje wokół tego składnika doprowadziły do wycofania go z większości szczepionek w USA i UE. Przy czym nie znaleziono ostatecznych dowodów co do jego szkodliwości w takiej formie i dawce, jaka występowała w preparatach.

Trzeci komponent konserwujący, jaki może znajdować się w szczepionkach, to formaldehyd. Ma dwojakie zastosowanie – i jako bakteriostatyk i czynnik inaktywujący przy produkcji szczepionek. Warto dodać, że formaldehyd naturalnie występuje w owocach (np. gruszkach czy jabłkach). Produkuje go również ludzki organizm. Jego niewielkie stężenia są nieszkodliwe.

Skład szczepionek i związki śladowe

Na koniec trzeba wspomnieć o śladowych pozostałościach, które występują w szczepionkach. Są to znikomych stężeń resztki, pochodzące z poszczególnych etapów produkcji. Na przykład jeśli patogeny pod szczepionki hodowano na kurzych zarodkach, to możliwe, że w preparacie do iniekcji występowały fragmenty białka jaja. Bardziej rozpowszechniony przypadek to antybiotyki. Są one obecne w płynach hodowlanych, aby kultury in vitro nie ulegały skażeniom. Wobec tego można je znaleźć i w szczepionkach. Nie mają jednak działania antybiotykowego, bo jest ich tam tyle, co nic. Tak samo, jak formaldehydu, kiedy zastosowano go do inaktywacji patogenu, ale już nie jako konserwant dla całej szczepionki.

Artykuł napisałem w ramach projektu edukacyjno-badawczego „PAFSE – Partnership for Science education”, będącego częścią programu Horyzont 2020.

Literatura

Goździcka-Józefiak. „Wirusologia”. PWN (2019).

Ślusarczyk i wsp. „Adiuwanty-substancje stymulujące odpowiedź immunologiczną, cz. I”. Medycyna Rodzinna (2007).

Maria Pelliccia i wsp. „Additives for vaccine storage to improve thermal stability of adenoviruses from hours to months”. Nature communications (2016).

Saraswati Seetharaman i wsp. „In vitro inactivation of the rabies virus by ascorbic acid”. International journal of infectious diseases (2004).