راهکار جدید محققان ایرانی برای ساخت واکسن «هپاتیت ب»

جی پلاس، فاطمه رضائی دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال و مجری طرح «ساخت و ارزیابی نانو ادجوانت پلیمری بر پایه ابریشم حاوی آنتی ژن هپاتیت ب» گفت: همه واکسن‌های هپاتیت ب، شامل آنتی ژن سطحی ویروس هپاتیت ب هستند و حضور این آنتی ژن در داخل واکسن‌ها به کمک ادجوانت باعث تولید آنتی بادی ضد این آنتی ژن شده که علیه عفونت آنتی ژن سطحی هپاتیت ب، مصونیت ایجاد می‌شود.

رضائی خاطر نشان کرد: در حال حاضر تولید و به کارگیری واکسن‌هایی با ایمنی زایی مناسب، از روش‌های مؤثر برای مقابله با بیماری‌های عفونی به حساب می آیند. بعضی از واکسن‌ها از میکروارگانیسم های ضعیف شده (واکسن‌های زنده) و یا پاتوژن های 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 قسمت‌های مناسب آنتی ژن‌های پپتیدی و پروتئینی تشکیل شده‌اند، از ایمنی بالاتری نسبت به واکسن‌های مرسوم برخوردار هستند. اما مهمترین چالش در استفاده از واکسن‌های زیر واحدی، پایین بودن میزان تحریک سیستم ایمنی توسط آنها است.

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

وی افزود: در حال حاضر یکی از ادجوانت هایی که به منظور افزایش ایمنی زایی واکسن هپاتیت ب به آن اضافه می‌شود، آلوم (از ترکیبات آلومینیوم) است. آلوم، تنها ادجوانت تأیید شده برای کاربردهای کلینیکی انسانی است.

رضائی 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 زمانی که 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 نگه داری نرخ ایمنی زایی بالا در برنامه ایمنی زایی چندگانه، بسیار مشکل است؛ بنابراین توسعه ادجوانت های ایمن و سیستم‌های رهایش واکسن برای دستیابی طولانی مدت به پاسخ‌های ایمنی، نیاز است.

این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: پروتئین ابریشم، یک پلیمر دارای تأییدیه سازمان غذا و داروی ایالات متحده آمریکا (FDA) است که به طور موفقیت آمیز به عنوان نخ بخیه و سیستم‌های رهایش دارو و پروتئین ، کاربرد دارد. این پروتئین، خصوصیات مکانیکی بسیار عالی، فرآیند فعال سازی قابل انعطاف و زیست سازگاری 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 آنتی ژن‌های پپتیدی، پروتئینی و اسید نوکلئیکی صورت گرفته است، عنوان کرد: حامل‌های ذره‌ای می‌توانند به عنوان سیستم تحویل آنتی ژن موثر عمل کنند؛ بنابراین برداشت آنتی ژن توسط سلول‌های ارائه دهنده آنتی ژن مانند ماکروفاژها و یا سلول‌های دندریتیک را، افزایش دهند.

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

رضائی گفت: حامل‌های ذره‌ای توانایی حفاظت از آنتی ژن علیه تخریب تا زمانی که به سلول‌های ایمنی تحویل داده شوند را، دارند. در این میان، نانوذرات زیست تخریب پذیر بر پایه پلیمرهای زیست سازگار از اهمیت بسزایی برخوردار بوده‌اند.

وی گفت: از مزایای نانوذرات زیست تخریب پذیر می‌توان به سهولت استفاده از آنها در جهت تحریک سیستم ایمنی، امکان بارگذاری همزمان آنتی ژن‌های متنوع بر روی آنها و عدم تغییر ساختار آنها در محیط درون تنی اشاره کرد.

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

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: یکی از اصلی ترین 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 زیست سازگار 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 بر 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 ادجوانت ها باید از نظر شیمیایی تا حد امکان خنثی بوده و ترجیحاً زیست تخریب پذیر باشند تا از بدن به سهولت دفع شوند، گفت: در صورت استفاده از ادجوانت، باید غلظت و میزان آنتی ژن 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 آنتی ژن سطحی هپاتیت ب طراحی شد؛ این نانو ادجوانت توانست به صورت عاملی در جهت ذخیره آنتی ژن سطحی هپاتیت ب، عمل کند.

وی خاطر نشان کرد: از دلایل مهم استفاده از فیبروئین ابریشم می‌توان به زیست سازگاری و نرخ زیست تخریب پذیری 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 ادجوانت های یکسانی استفاده می‌کنند و اصولاً تکنولوژی مهم و اصلی در تولید واکسن‌ها، ادجوانت است.

وی 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 آنتی ژن سطحی هپاتیت ب، معرفی شدند. نتایج نشان دادند که یکپارچگی ساختاری، ساختار دوم و سوم آنتی ژن 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 سلول-های ماکروفاژ جذب شدند. سطح آنتی بادی Total IgG، IgG۱ و IgG۲a اختصاصی علیه آنتی ژن 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 آنتی ژن 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 آنتی ژن‌های جذب شده یا به دام افتاده به عنوان ادجوانت واکسن، ضروری است و استفاده از آنها به جای استفاده از آلوم، برای توسعه بهتر ادجوانت های جایگزین و کم کردن ایمنی زایی مکرر، پیشنهاد می‌شود.

رضائی گفت: این مطالعه نشان داد که نانوذرات فیبروئین ابریشم با ویژگی‌هایی همچون زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و توانایی کنترل رهایش آنتی ژن، می‌تواند به عنوان یک نانو ادجوانت برای توسعه موثرتر فرمول‌های واکسن پیشنهاد شود.

رضائی 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 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.

این طرح بین دانشگاه صنعتی امیرکبیر و انستیتوپاستور ایران به صورت مشترک تعریف و اجرایی شده است؛ همچنین اساتید راهنمای این پروژه، آقای دکتر حمید کشوری عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و آقای دکتر محمد علی شکرگزار عضو هیأت علمی انستیتوپاستور ایران بوده‌اند. علاوه بر آن، آقای دکتر مهدی فرخی و خانم 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.