วัคซีนดีเอ็นเอ

ข้อมูลเพิ่มเติม: วัคซีนอาร์เอ็นเอ

วัคซีนดีเอ็นเอ (อังกฤษ: DNA vaccine) เป็นวัคซีนประเภทที่นำ (transfect) ลำดับดีเอ็นเอซึ่งเข้ารหัสแอนติเจนอย่างหนึ่งโดยเฉพาะเข้าไปในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเพื่อกระตุ้นให้ภูมิคุ้มกันตอบสนอง

วิธีการผลิตวัคซีนดีเอ็นเอสำหรับไข้เวสต์ไนล์ ดูคำแปลโดยคลิ๊กดูรูปขยาย

วัคซีนออกฤทธิ์โดยนำพลาสมิดเข้าไปในเซลล์ พลาสมิดได้สร้างขึ้นผ่านพันธุวิศวกรรมให้มีดีเอ็นเอซึ่งเข้ารหัสแอนติเจนที่ต้องการให้ภูมิคุ้มกันตอบสนอง โดยเซลล์จะเป็นผู้ผลิตแอนติเจนเอง วัคซีนนี้อาจมีข้อดีกว่าวัคซีนปกติ รวมทั้ง "ก่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกันหลายรูปแบบอย่างครอบคลุมกว่า" มีวัคซีนดีเอ็นเอหลายอย่างที่ได้ทดสอบเพื่อใช้ในสัตว์แล้ว ซึ่งในบางกรณีก็ก่อภูมิคุ้มกันโรคได้จริง ๆ แต่ในบางกรณีก็ไม่ได้ มีงานวิจัยที่พยายามใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อป้องกันโรคในมนุษย์ รวมทั้งโรคจากไวรัส แบคทีเรีย ปรสิต และมะเร็ง ในเดือนสิงหาคม 2021 รัฐบาลอินเดียได้อนุมัติให้ใช้วัคซีนโควิด-19 ชนิดดีเอ็นเอคือ ZyCoV-D ในภาวะฉุกเฉิน บริษัทยาอินเดียคือ Cadila Healthcare เป็นผู้พัฒนา เป็นวัคซีนดีเอ็นเอแรกในโลกที่อนุมัติให้ใช้กับมนุษย์

ข้อมูลพื้นฐาน

วัคซีนธรรมดาอาจมีส่วนประกอบเป็นแอนติเจนโดยเฉพาะ ๆ จากจุลชีพก่อโรค หรืออาจเป็นไวรัสก่อโรคที่ลดฤทธิ์ซึ่งกระตุ้นให้ภูมิคุ้มกันตอบสนอง วัคซีนดีเอ็นเอเป็นวัคซีนสารพันธุกรรม (genetic vaccine) เพราะมีข้อมูลทางพันธุกรรม (เป็นดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ) ที่เข้ารหัสโปรตีนของจุลชีพที่มีภาวะเป็นแอนติเจน วัคซีนดีเอ็นเอมีดีเอ็นเอที่เข้ารหัสแอนติเจนโดยเฉพาะ ๆ จากจุลชีพก่อโรค เมื่อฉีดเข้าไปในร่างกายแล้วเข้าไปในเซลล์ กระบวนการธรรมชาติของเซลล์ก็จะสังเคราะห์โปรตีนอาศัยรหัสพันธุกรรมในพลาสมิดที่นำเข้าไปในเซลล์ เพราะโปรตีนเช่นนี้มีลำดับกรดอะมิโนที่เป็นลักษณะพิเศษของแบคทีเรียหรือไวรัส จึงทำให้ร่างกายรู้ได้ว่าเป็นสิ่งแปลกปลอม เมื่อเซลล์ผลิตโปรตีนเช่นนี้แล้วส่งไปที่ผิวเซลล์ ระบบภูมิคุ้มกันก็จะรู้ตัวแล้วเริ่มตอบสนอง

ประวัติ

ในปี 1983 นักไวรัสวิทยาที่กระทรวงสาธารณสุขรัฐนิวยอร์กได้ประดิษฐ์วิธีทางพันธุวิศวกรรมเพื่อสร้างวัคซีนดีเอ็นเอรวมใหม่ (recombinant DNA) คือได้แปลงวัคซีนฝีดาษธรรมดาให้เป็นวัคซีนที่สามารถใช้ป้องกันโรคอื่น ๆ ทำโดยแทรกยีนหนึ่งจากไวรัสอื่น ๆ (ได้แก่ไวรัสเริม ไวรัสตับอักเสบบี และไวรัสไข้หวัดใหญ่) ต่อมาในปี 1993 นักเคมีชีวภาพที่แหล็บวิจัยของบริษัทเมอร์คได้แสดงว่า การฉีดพลาสมิดที่เข้ารหัสยีนแอนติเจนของไข้หวัดใหญ่สามารถป้องกันหนูไม่ให้ติดโรค (ที่จงใจทำให้ติด) ต่อมาในปี 2016 สถาบันสุขภาพแห่งชาติสหรัฐได้เริ่มทดลองวัคซีนดีเอ็นเอเพื่อป้องกันไวรัสซิกาในมนุษย์ ซึ่งมีแผนรับอาสาสมัคร 120 คนอายุระหว่าง 18-35 ปี วัคซีนจะฉีดเข้าที่ต้นแขนด้วยความดันสูง แต่จนถึงเดือนสิงหาคม 2016 การผลิตวัคซีนให้ได้มาก ๆ ก็ยังไม่ลงตัว อนึ่ง บริษัท Inovio Pharmaceuticals และ GeneOne Life Science ได้เริ่มทดลองวัคซีนดีเอ็นเออีกชนิดสำหรับไวรัสซิกาในเมืองไมแอมี การทดลองวัคซีนดีเอ็นเอป้องกันโรคเอชไอวีก็กำลังดำเนินการอยู่อีกด้วย

ในเดือนสิงหาคม 2021 รัฐบาลอินเดียได้ลงทะเบียนให้ใช้วัคซีนดีเอ็นเอ ZyCoV-D ในภาวะฉุกเฉินเพื่อป้องกันโรคโควิด-19 โดยบริษัทยาอินเดีย Cadila Healthcare ได้พัฒนาวัคซีนนี้ขึ้น

การประยุกต์ใช้

จนถึงปี 2021 ยังไม่มีวัคซีนดีเอ็นเอที่อนุมัติให้ใช้กับมนุษย์ในสหรัฐ มีการทดลองน้อยมากที่กระตุ้นให้ภูมิคุ้มกันตอบสนองได้พอป้องกันโรค ดังนั้น เทคโนโลยีนี้จึงยังต้องพิสูจน์ว่ามีประสิทธิผลในมนุษย์หรือไม่ต่อไป แต่ก็มีวัคซีนดีเอ็นเอป้องกันโรคของม้าที่ได้อนุมัติแล้ว อนึ่ง กำลังมีการตรวจสอบด้วยว่าสามารถใช้เทคนิคนี้เพื่อแก้พิษงูได้หรือไม่ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้กระตุ้นให้ร่างกายสร้างแอนติบอดีเพื่อรักษาโรคในทำนองเดียวกับสารภูมิต้านทานโมโนโคลนอีกด้วย

ข้อดี

• ไม่เสี่ยงทำให้ติดโรค
• โมเลกุลทั้งแบบ MHC class I และ MHC class II จะเป็นตัวนำแอนติเจนไปแสดงที่ผิวเซลล์
• สามารถเลือกชักนำให้เซลล์ทีแบบ TH1 หรือ TH2 ตอบสนอง
• ภูมิคุ้มกันจะตอบสนองต่อแอนติเจนอย่างจำเพาะ
• พัฒนาและผลิตได้ง่ายกว่า
• เก็บและขนส่งได้โดยไม่เสื่อม
• มีราคาไม่แพง
• ไม่ต้องสังเคราะห์เพปไทด์ ไม่ต้องเพาะหรือทำโปรตีนรวมใหม่ (recombinant protein) ให้บริสุทธิ์ หรือเติมสารเสริมภูมิคุ้มกันที่เป็นพิษ
• สารอิมมูโนเจน/แอนติเจนที่ชักนำให้เกิดจะมีอยู่เป็นระยะเวลานาน
• ร่างกาย (in vivo) เป็นผู้ผลิตโปรตีนเอง จึงได้โปรตีนที่เหมือนธรรมชาติมากกว่า

ข้อเสีย

• จำกัดใช้กับสารอิมมูโนเจน (immunogen) หรือแอนติเจนที่เป็นโปรตีน ไม่สามารถใช้กับแอนติเจนที่ไม่ใช่โปรตีน เช่น พอลิแซ็กคาไรด์ของแบคทีเรีย
• ร่างกายอาจตอบสนองต่อโปรตีนของแบคทีเรียหรือของปรสิตอย่างไม่คาดหมาย
• ยาฉีดจมูกแบบอนุภาคนาโนซึ่งเป็นพลาสมิดประกอบด้วยดีเอ็นเออาจมีผลต่อเซลล์ชนิดอื่นซึ่งไม่ได้ตั้งใจ เช่นเซลล์สมอง
• วัคซีนต่าง ๆ ที่เพาะด้วยสิ่งมีชีวิตอาจปนเปื้อนกันเมื่อผลิตในโรงงานเดียวกัน

มีพาหะ (เวกเตอร์) เป็นพลาสมิด

การออกแบบ

วัคซีนดีเอ็นเอก่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกันได้ดีสุดเมื่อใช้พาหะพันธุกรรมชนิดที่เซลล์แสดงออกเป็นโปรตีนได้จำนวนมากที่สุด ปกติจะเป็นพลาสมิดอันประกอบด้วยส่วน viral promoter ที่ดีซึ่งขับการถอดรหัสและการแปลรหัสยีน (หรือ complementary DNA) ที่ต้องการ โดยอาจรวมส่วน Intron A (Interferon alfa-2b) เข้าด้วยเพื่อเพิ่มเสถียรภาพของเอ็มอาร์เอ็นเอแล้วเพิ่มการแสดงออกของโปรตีน อนึ่ง ยังอาจรวมเอาส่วน termination signal หรือ polyadenylation ที่ขับการแสดงออกโปรตีนได้ดี เช่น ฮอร์โมนควบคุมการเจริญเติบโตของวัว (bovine growth hormone) หรือ beta globulin ของกระต่าย พาหะซึ่งมียีนหลายยีนที่ต้องการซึ่งเรียกว่า polycistronic vector บางครั้งจะทำขึ้นเพื่อให้แสดงออกอิมมูโนเจนมากกว่าหนึ่งอย่าง หรือให้แสดงออกอิมมูโนเจนบวกกับโปรตีนร่วมกระตุ้นภูมิคุ้มกัน (immunostimulatory protein)

เพราะพลาสมิดสามารถบรรจุรหัสพันธุกรรมได้เพียง ~200 Kbp การออกแบบให้สามารถแสดงออกโปรตีนได้ดีสุดจึงจำเป็น วิธีหนึ่งก็คือปรับใช้โคดอนภายในเอ็มอาร์เอ็นเอของจุลชีพก่อโรคให้ได้ดีสุดสำหรับเซลล์ยูแคริโอต คือ จุลชีพก่อโรคมักมี GC-content (guanine-cytosine content) ในอัตราที่ต่างกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นเป้า ดังนั้น การเปลี่ยนลำดับยีนของอิมมูโนเจนให้มีโคดอนเหมือนกับที่มักเกิดในสิ่งมีชีวิตอาจทำให้แสดงออกโปรตีนได้ดีกว่า

ประเด็นที่ต้องพิจารณาอีกอย่างก็คือการเลือกลำดับ promoter นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ลำดับยีนที่เรียกว่า SV40 promoter ที่อาจก่อเนื้องอกในลิงและมนุษย์ จนกระทั่งพบว่าส่วน promoter จากไวรัสก่อมะเร็งไก่ คือ Rous Sarcoma Virus มีอัตราการแสดงออกที่สูงกว่า ต่อมาไม่นานนี้จึงพบว่า สามารถเพิ่มอัตราการแสดงออกและการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในสัตว์ตัวแบบโดยใช้ส่วน immediate-early (MIE) promoter ของซัยโตเมกาโลไวรัส (CMV) และใช้ cis-acting transcriptional element (หรือ cis-regulatory element) จากรีโทรไวรัส (retrovirus) วิธีเพิ่มอัตราการแสดงออกของโปรตีนอื่น ๆ รวมทั้งการการแทรกลำดับ enhancer sequence, อินทรอนสังเคราะห์ (synthetic introns), ลำดับ tripartite leader (TPL) จากอะดีโนไวรัส และการเปลี่ยนปรับปรุงส่วน polyadenylation และ termination signal ตัวอย่างพลาสมิดสำหรับวัคซีนดีเอ็นเออย่างหนึ่งก็คือ pVAC (ของบริษัท InvivoGen) ซึ่งใช้ส่วน SV40 promoter

ความไม่เสถียรภาพของโครงสร้างดีเอ็นเอเป็นปัญหาสำคัญสำหรับผู้ผลิตพลาสมิด ของการฉีดวัคซีนดีเอ็นเอ และของการบำบัดด้วยยีน ส่วนต่าง ๆ ที่เป็นแกนหลัก (backbone) ของพลาสมิดอาจมีส่วนในการสร้างความไม่เสถียรภาพ รูปแบบลำดับยีนอันก่อความไม่เสถียรภาพที่รู้แล้วรวมทั้ง direct repeat, inverted repeat, tandem repeat ซึ่งพบใน cloning vector และ expression vector ที่มีขายทั่วไป ดังนั้น การลดหรือการกำจัดลำดับยีนภายในแกนหลักของพลาสมิดที่ไม่เข้ารหัสโปรตีนและไม่จำเป็น ก็จะลดโอกาสเกิดความไม่เสถียรภาพโดยตรง และดังนั้น ลดโอกาสการเกิดยีนรวมกันใหม่เนื่องกับพลาสมิด

กลไกของพลาสมิด

เมื่อพลาสมิดเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์แล้ว มันก็จะถอดรหัสเป็นเพปไทด์ซึ่งเป็นแอนติเจนแปลกปลอม โมเลกุลคอมเพล็กซ์ major histocompatibility complex (MHC) ทั้ง class I และ II ของเซลล์ก็จะนำแอนติเจนไปแสดงที่ผิวเซลล์ เซลล์ที่แสดงแอนติเจน (antigen-presenting cell) ก็จะเคลื่อนย้ายไปยังต่อมน้ำเหลือง แล้วแสดงแอนติเจนและโมเลกุลที่ช่วยกระตุ้น เป็นการส่งสัญญาณให้กับเซลล์ที แล้วเริ่มการตอบสนองของภูมิต้านทาน

รูปแบบโปรตีน/ดีเอ็นเอ

สารอิมมูโนเจนสามารถส่งเข้าไปยังส่วนโดยเฉพาะ ๆ ของเซลล์เพื่อเพิ่มการตอบสนองของแอนติบอดีหรือของเซลล์ทีที่ฆ่าเซลล์ (cytotoxic T-cell) แอนติเจนที่หลั่งออกหรือยึดอยู่กับเยื่อหุ้มเซลล์จะกระตุ้นการตอบสนองของแอนติบอดีได้ดีกว่าแอนติเจนที่อยู่ในไซโทซอล การตอบสนองของเซลล์ทีที่ฆ่าเซลล์อาจเพิ่มได้โดยปรับให้แอนติเจนสลายตัวในไซโทพลาซึมแล้วเข้าสู่กระบวนการส่งแอนติเจนไปที่ผิวเซลล์ของ major histocompatibility complex (MHC) class I ซึ่งปกติทำโดยเพิ่มยูบิควิติน (ubiquitin) ไปที่ยีนโปรตีนด้านเอ็น-เทอร์มินัส

คอนฟอร์เมชันของโปรตีนยังมีผลต่อการตอบสนองของแอนติบอดีอีกด้วย โครงสร้างที่เป็นระเบียบ (เช่น อนุภาคไวรัส) ได้ผลดีกว่าโครงสร้างอันไม่มีระเบียบมินิยีน (หรือ MHC class I epitopes) จากจุลชีพก่อโรคชนิดต่าง ๆ สามารถเพิ่มการตอบสนองของเซลล์ทีที่ฆ่าเซลล์เพื่อต่อต้านจุลชีพก่อโรคบางชนิด โดยเฉพาะเมื่อรวม epitope ชนิด TH เข้าไปด้วย

การส่งเข้าไปในเซลล์

 

วัคซีนดีเอ็นเอและการบำบัดด้วยยีนจะมีเทคนิคคล้าย ๆ กัน

มีวิธีส่งวัคซีนดีเอ็นเอเข้าไปในเนื้อเยื่อของสัตว์หลายอย่าง ในปี 1999 วิธียอดนิยมเมื่อฉีดวัคซีนดีเอ็นเอในน้ำเกลือก็คือ ใช้เข็มฉีดยาธรรมดา หรือใช้ปืนยิงยีน แต่หลังจากนั้นก็มีเทคนิคใหม่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

การฉีดดีเอ็นเอในน้ำเกลือ

วัคซีนดีเอ็นเอในน้ำเกลือปกติจะฉีดเข้ากล้ามเนื้อโครงร่าง หรือเข้าใต้ผิวหนัง เพื่อส่งดีเอ็นเอเข้าไปในร่างกายภายนอกเซลล์ ซึ่งสามารถช่วยด้วย

1. กระบวนการ electroporation
2. ทำใยกล้ามเนื้อให้เสียหายชั่วคราวด้วยพิษต่อกล้ามเนื้อ (myotoxin) เช่นยาชา bupivacaine
3. ใช้สารละลายที่ความดันออสโมซิสสูงกว่าเลือด เช่น น้ำเกลือ หรือซูโครส

ภูมิคุ้มกันจะตอบสนองต่อวิธีนี้โดยขึ้นกับปัจจัยรวมทั้งชนิดเข็มฉีดยาที่ใช้ การวางเข็ม ฉีดเร็วแค่ไหน ปริมาณการฉีด ชนิดกล้ามเนื้อ อายุ เพศ และสภาพร่างกายของผู้รับวัคซีน

ปืนยิงยีน

ปืนยิงยีน (gene gun) สามารถยิงดีเอ็นเอในพลาสมิด (pDNA) โดยมีอนุภาคทองหรือทังสเตนอันดูดดีเอ็นเอเข้าไปเป็นลูกกระสุน ให้เข้าไปในเข้าไปในเซลล์ที่ต้องการ โดยใช้ฮีเลียมอัดเป็นตัวดันกระสุน

การส่งยาทางเยื่อบุ

วิธีการส่งยาทางอื่นรวมทั้งการฉีดยาพ่นเป็นดีเอ็นเอเปล่า (naked DNA) ที่ผิวเยื่อบุ/เยื่อเมือกต่าง ๆ เช่น ที่จมูก หรือที่ปอด ยาหยอดตา และยาทาช่องคลอด ยาที่ส่งผ่านเยื่อบุได้สำเร็จแล้วรวมทั้งชนิดที่ใช้ลิโปโซมหุ้มดีเอ็นเอโดยมีประจุบวก, ไมโครสเฟียร์ที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้, เชื้อ Salmonella ลดฤทธิ์เป็นเวกเตอร์สำหรับส่งดีเอ็นเอทางปาก, เชื้อ Shigella หรือ Listeria เพื่อใช้เป็นเวกเตอร์ทางปากสำหรับเยื่อบุลำไส้ และเวกเตอร์อะดีโนไวรัสลูกผสม

ELI immunization

expression library immunization เป็นการสร้างเวกเตอร์ที่ได้โคลนยีนต่าง ๆ อันแสดงออกโปรตีนแต่ละชนิดของจุลชีพก่อโรคแล้วฉีดเป็นวัคซีน เมื่อใช้เทคนิคนี้ ก็อาจสามารถส่งยีนของจุลชีพทั้งหมดไปที่เซลล์ได้พร้อม ๆ กัน ซึ่งอาจมีประโยชน์สำหรับจุลชีพก่อโรคที่ลดฤทธิ์หรือเพาะได้ยาก วิธีนี้ยังสามารถใช้ระบุว่า ยีนตัวไหนของจุลชีพทำให้คุ้มกันตอบสนองแล้วป้องกันโรคได้ ซึ่งใช้ตรวจสอบอย่างสำเร็จแล้วกับแบคทีเรีย Mycoplasma pulmonis ซึ่งเป็นจุลชีพก่อโรคปอดที่มีจีโนมค่อนข้างเล็กในหนู แม้แต่ expression library ที่ไม่สมบูรณ์ก็ยังสามารถสร้างภูมิคุ้มกันได้

ตารางเปรียบเทียบ

สรุปวิธีการส่งดีเอ็นเอในพลาสมิด

วิธีการส่ง		สูตรผสม	เนื้อเยื่อเป้าหมาย	ปริมาณดีเอ็นเอ
การฉีดยา	ด้วยเข็มฉีดยา	สารละลายในน้ำเกลือ	เข้ากล้ามเนื้อโครงร่าง, เข้าชั้นผิวหนัง, (ส่วนการให้ผ่านเส้นลือดดำ, ฉีดเข้าชั้นใต้ผิวหนัง และฉีดเข้าช่องท้องจะได้ผลสำเร็จต่าง ๆ กัน)	ปริมาณมาก (ประมาณ 100-200 ไมโครกรัม)
	ปืนยิงยีน	อนุภาคทองที่เคลือบด้วยดีเอ็นเอ	ที่หนังกำพร้าของท้อง, เยื่อบุช่องคลอด, ที่กล้ามเนื้อหรืออวัยวะอื่น ๆ ซึ่งเจาะให้เข้าถึงได้	ปริมาณน้อย (อาจน้อยถึง 16 นาโนกรัม)
	การฉีดอัดแก๊ส (pneumatic)	สารละลาย	ที่หนังกำพร้า	ปริมาณมาก (อาจถึง 300 ไมโครกรัม)
ยาทาภายนอก		สารละลาย	ตา ช่องคลอด	ปริมาณน้อย (ไม่เกิน 100 ไมโครกรัม)
Cytofectin-mediated		ไลโปโซมมีประจุบวก, ไมโครสเฟียร์, เวกเตอร์อะดีโนไวรัสลูกผสม, เวกเตอร์ Shigella ที่ลดฤทธิ์แล้ว, วัคซีนแบบพ่นที่ประกอบด้วยลิพิดมีประจุบวก	ในกล้ามเนื้อ, ผ่านเส้นเลือดดำ (เพื่อให้เกิดผลที่เนื้อเยื่อทั่วร่างกาย), เข้าช่องท้อง, ยากินเพื่อให้เกิดผลที่เยื่อเมือกของลำไส้, ยาพ่นที่ให้เกิดผลที่เยื่อเมือกของจมูกหรือปอด	ต่าง ๆ กัน

ข้อดีและข้อเสียของวิธีการส่งวัคซีนดีเอ็นเอที่ใช้ทั่วไป

วิธี	ข้อดี	ข้อเสีย
การฉีดเข้ากล้ามเนื้อหรือเข้าหนัง	ไม่ต้องใช้วิธีพิเศษ การแสดงออกของโปรตีนค่อนข้างคงยืนหรือยาวนาน ดีเอ็นเอในพลาสมิดที่ใช้จะกระจายไปทั่วร่างกายอย่างรวดเร็ว	สภาพเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อทำให้รับยาอย่างไม่มีประสิทธิภาพ ต้องใช้ดีเอ็นเอนค่อนข้างมาก อาจไม่ต้องการการตอบสนองของเซลล์ทีเฮลเปอร์แบบ Th1
ปืนยิงยีน	ยิงดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์โดยตรง ใช้ดีเอ็นเอปริมาณน้อย	อาจไม่ต้องการการตอบสนองของเซลล์ทีเฮลเปอร์แบบ Th2 ต้องใช้อนุภาคที่ไม่มีฤทธิ์ยาเป็นตัวส่งยา
การฉีดอัดแก๊ส	ไม่ต้องใช้อนุภาคอะไรเป็นตัวส่งยา ดีเอ็นเอสามารถส่งไปยังเซลล์ที่ลึกเป็นมิลลิเมตรจนถึงเซนติเมตรใต้หนัง	เกิดแรงเฉือน/แรงเชียร์อย่างสำคัญต่อดีเอ็นเอเมื่อฉีดด้วยความดันสูง การแสดงออกของโปรตีนน้อยกว่าเป็น 10 เท่า และการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันก็น้อยด้วย ต้องใช้ดีเอ็นเอปริมาณมาก (อาจถึง 300 ไมโครกรัม)
การส่งดีเอ็นเอที่อำนวยด้วยไลโปโซม	สามารถก่อการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันระดับสูง สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการส่งดีเอ็นเอที่ส่งผ่านเส้นเลือดดำ วัคซีนที่ส่งผ่านเส้นเลือดดำอาจส่งดีเอ็นเอไปที่เนื้อเยื่อทั้งหมด การส่งยาดีเอ็นเอที่ประกอบด้วยไลโพโซมอาจทำให้เยื่อเมือกไกล ๆ แสดงออกโปรตีนร่วมกับเนื้อเยื่อจมูกเอง และก่อการตองสนองของสารภูมิต้านทานแบบ IgA	ความเป็นพิษ ไม่ได้ผลในเลือด

ขนาดยา

วิธีการส่งยาเป็นตัวกำหนดขนาดยาที่ต้องใช้เพื่อให้เกิดภูมิต้านทานโรค การฉีดยาในน้ำเกลือจะต้องใช้ดีเอ็นเอปริมาณต่าง ๆ กัน เริ่มตั้งแต่ 10 ไมโครกรัมจนถึง 1 มิลลิกรัม เทียบกับการใช้ปืนยิงยีนที่ใช้น้อยกว่า 100-1,000 เท่า แม้ปกติแล้วต้องใช้ 0.2-20 ไมโครกรัม แต่ก็มีรายงานว่าใช้น้อยถึง 16 นาโนกรัมอยู่เหมือนกัน โดยจะต่าง ๆ กันขึ้นอยู่กับฉีดให้สัตว์ชนิดไหน ตัวอย่างเช่น หนูใช้ดีเอ็นเอประมาณ 10 เท่าน้อยกว่าไพรเมต การฉีดผสมน้ำเกลือต้องใช้ดีเอ็นเอมากกว่าเพราะส่งดีเอ็นเอเข้าไปยังบริเวณช่องว่างนอกเซลล์ของเนื้อเยื่อที่เป็นเป้า (ปกติจะเป็นกล้ามเนื้อ) แล้วต้องผ่านอุปสรรคต่าง ๆ (เช่น ชั้น basal lamina ของสารเคลือบเซลล์ และเนื้อเยื่อเกี่ยวพันจำนวนมาก) ก่อนที่จะเข้าไปในเซลล์ได้ เทียบกับปืนยิงยีนที่ยิงดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์โดยตรง จึงเสียดีเอ็นเอน้อยกว่า

การตอบสนองของภูมิคุ้มกัน

เซลล์ทีเฮลเปอร์

 

การแสดงแอนติเจนแก่เซลล์ทีมีผลให้เซลล์กลายเป็นเซลล์ CD8+ ชนิดเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxic) หรือกลายเป็นเซลล์ทีเฮลเปอร์ CD4+ เซลล์ซึ่งเป็นพิษต่อเซลล์จะเข้าทำลายเซลล์อื่น ๆ ซึ่งมีโมเลกุลแปลกปลอมหรือผิดปกติที่ผิวเซลล์ ส่วนเซลล์ทีเฮลเปอร์ หรือเซลล์ Th จะประสานการตอบสนองของภูมิคุ้มกันโดยสื่อสารกับเซลล์อื่น ๆ ในกรณีโดยมาก เซลล์ทีจะรู้จักแอนติเจนก็ต่อเมื่อแอนติเจนได้ส่งมาที่ผิวเซลล์โดยโมเลกุล MHC (major histocompatibility complex) ของร่างกายเองเท่านั้น

วัคซีนดีเอ็นเอก่อการตอบสนองของเซลล์ทีเฮลเปอร์ (T_H) หลายรูปแบบรวมทั้งการเพิ่มเม็ดเลือดขาวอย่างรวดเร็ว (lymphoproliferation) และการตอบสนองทางไซโตไคน์ในรูปแบบต่าง ๆ ข้อดีเยี่ยมของวัคซีนดีเอ็นเอก็คือสามารถจัดให้ก่อการตอบสนองของเซลล์ทีชนิด TH1 หรือ TH2 ก็ได้ โดยวัคซีนแต่ละชนิดจะทำให้มีการตอบสนองโดยเฉพาะ ๆ ในเรื่องของการแสดงออก lymphokine กับ chemokine, สารภูมิต้านทาน, การขนส่งเม็ดเลือดขาว และการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด

การตอบสนองของเซลล์ทีอื่น ๆ

ชนิดของเซลล์ทีที่ตอบสนองจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ รวมทั้งการส่งวัคซีน ชนิดของอินมูโนเจนที่แสดงออก รวมถึงการส่งวัคซีนเข้าไปยังช่องต่าง ๆ ในต่อมน้ำเหลือง (lymphoid compartment) โดยเฉพาะ ๆ ทั่วไปแล้ว การฉีดผสมน้ำเกลือ (ไม่ว่าจะเข้าในกล้ามเนื้อหรือเข้าผิวหนัง) มักก่อการตอบสนองของเซลล์ทีชนิด TH1 และการใช้ปืนยิงยีนจะทำให้เซลล์ TH2 ตอบสนอง นี่เป็นจริงสำหรับแอนติเจนที่จับกับเยื่อหุ้มเซลล์และแอนติเจนในน้ำเลือด แต่ไม่จริงสำหรับแอนติเจนที่หลั่งออกมา ซึ่งมักจะก่อการตอบสนองของ TH2 ไม่ว่าจะส่งวัคซีนด้วยวิธีใด ๆ

ปกติแล้ว ชนิดเซลล์ทีที่ตอบสนองจะคงยืนเป็นระยะยาวโดยไม่เปลี่ยนไปเมื่อติดโรค หรือแม้เมื่อก่อภูมิคุ้มกันโดยวิธีที่ปกติจะทำให้เซลล์ทีอีกอย่างตอบสนองในบุคคลที่ไม่เคยติดโรคหรือไม่เคยได้วัคซีนมาก่อน แต่งานศึกษาปี 1995 ก็พบด้วยเหมือนกันว่าวัคซีนดีเอ็นเอที่เข้ารหัสโปรตีน circumsporozoite ของปรสิตมาลาเรียหนู คือ Plasmodium yoelii (ยีน PyCSP) เบื้องต้นทำให้เซลล์ TH2 ตอบสนอง แต่ต่อมาเปลี่ยนเป็น TH1 หลังได้วัคซีนโดสที่สอง

เหตุที่เซลล์ทีชนิดต่าง ๆ ตอบสนอง

มีเรื่องที่ยังไม่ชัดเจนหลายอย่างรวมทั้งกลไกของวิธีต่าง ๆ ตามที่ว่า, รูปแบบแอนติเจนที่แสดงออก และรูปแบบการตอบสนองของเซลล์ทีชนิดต่าง ๆ เบื้องแรกคาดว่า การฉีดเข้ากล้ามเนื้อที่ต้องใช้ดีเอ็นเอปริมาณมากเป็นเหตุให้เซลล์ทีแบบ TH1 ตอบสนอง แต่หลักฐานการทดลองกลับไม่แสดงว่าขนาดยามีผลต่อชนิดเซลล์ทีที่ตอบสนอง แต่ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนสภาพ (differentiation) ของเซลล์ที่แสดงแอนติเจนคือ antigen-presenting cell (APC) เซลล์เดนไดรต์ (dendritic cell ตัวย่อ DC) ซึ่งเป็น APC ชนิดหนึ่งอาจเปลี่ยนสภาพแล้วหลั่งอินเตอร์ลิวคินชนิด IL-12 ซึ่งสนับสนุนพัฒนาการของเซลล์ทีแบบ TH1 หรือหลั่งชนิด IL-4 ซึ่งสนับสนุนเซลล์แบบ TH2 คือ เมื่อใช้วิธีการฉีด pDNA เข้าไปในร่างกาย DC ก็จะกลืนมันเข้าไปผ่านกระบวนการเอนโดไซโทซิส ซึ่งจะกระตุ้นให้ให้เซลล์เปลี่ยนสภาพเพื่อผลิตไซโตไคน์ชนิด TH1 (คือ IL-12) เทียบกับปืนยิงยีนที่ส่งดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์โดยตรง จึงไม่กระตุ้น TH1 เยี่ยงนี้

ประโยชน์การทำให้เซลล์ทีโดยเฉพาะ ๆ ตอบสนองมากกว่า

การเกิดเซลล์ทีประเภทใดประเภทหนึ่งยิ่งกว่ามีประโยชน์ในเรื่องภูมิแพ้และโรคภูมิต้านตนเอง เมื่อมีโรคภูมิต้านตนเอง เป้าหมายการรักษาก็เพื่อเปลี่ยนการตอบสนองแบบ TH1 (คือเซลล์ทีซึ่งฆ่าเซลล์) ไปเป็นแบบ TH2 ซึ่งไม่ทำลายเซลล์ ซึ่งได้ประสบความสำเร็จแล้วในการชักนำ (priming) ให้เกิดการตอบสนองในรูปแบบที่ต้องการสำหรับสัตว์ทดลองพรีคลินิกในช่วงภาวะก่อนเกิดโรค (predisease) และได้ประสบความสำเร็จบ้างในการเปลี่ยนการตอบสนองสำหรับโรคที่เกิดแล้ว

การตอบสนองของเซลล์ทีชนิดทำลายเซลล์

ข้อดีอย่างหนึ่งของวัคซีนดีเอ็นเอก็คือสามารถทำให้เม็ดเลือดขาวชนิดทำลายเซลล์ (cytotoxic T lymphocyte, CTL) ตอบสนองโดยไม่มีความเสี่ยงเหมือนกับวัคซีนเชื้อเป็น การตอบสนองของ CTL สามารถเกิดกับเอพิโทปที่ CTL เข้าจับทั้งแบบ immunorecessive และ immunodominant ซึ่งคล้ายกับที่เกิดในการติดเชื้อตามธรรมชาติ ดังนั้น วัคซีนจึงอาจมีประโยชน์ในการตรวจสอบเอพิโทปที่ CTL เข้าจับและบทบาทของ CTL ในการสร้างภูมิคุ้มกัน

เซลล์ทีที่ฆ่าเซลล์สามารถรู้จำเพปไทด์ขนาดเล็ก (เป็นกรดอะมิโน 8-10 หน่วย) ที่เข้าคอมเพล็กซ์กับโมเลกุล MHC class I เป็นเพปไทด์อนุพัทธ์จากโปรตีนในไซโทซอลที่ได้สลายแล้วส่งไปให้โมเลกุล MHC class I ที่ยังใหม่ (nascent) ภายในร่างแหเอนโดพลาซึม (ER) การส่งผลิตภัณฑ์ยีนเข้าไปที่ ER โดยตรง (โดยสอดใส่ลำดับ ER insertion signal sequence ทางด้านเอ็น-เทอร์มินัส) สามารถเพิ่มการตอบสนองของ CTL ซึ่งประสบความสำเร็จแล้วกับไวรัสลูกผสม vaccinia ที่แสดงออกโปรตีนไข้หวัดใหญ่ โดยหลักการนี้ก็ควรจะใช้ได้กับวัคซีนดีเอ็นเอด้วย การจัดให้แอนติเจนเสื่อมภายในเซลล์ (และดังนั้น จึงสามารถเข้าไปในวิถีเมแทบอลิซึม MHC class I pathway) โดยเพิ่มยูบิควิตินซึ่งเป็นลำดับเพปไทด์ส่งสัญญาณ หรือโดยกลายพันธุ์ลำดับเพปไทด์ส่งสัญญาณอื่น ๆ พบว่ามีประสิทธิภาพเพิ่มการตอบสนองของ CTL การตอบสนองของ CTL ยังอาจเพิ่มได้ด้วยการฉีดโมเลกุลที่ร่วมกระตุ้น (co-stimulatory) วัคซีนดีเอ็นเอ โมเลกุลเช่น B7-1 หรือ B7-2 เพื่อต่อต้านนิวคลีโอโปรตีนของไข้หวัดใหญ่ หรือ GM-CSF เพื่อต่อต้านปรสิตมาลาเรีย Plasmodium yoelii ของหนู การฉีดวัคซีนดีเอ็นเอร่วมกับพลาดมิดที่เข้ารหัสโมเลกุลร่วมกระตุ้นเช่น IL-12 และ TCA3 พบว่าเพิ่มฤทธิ์ของ CTL ต่อแอนติเจนชนิดนิวคลีโอโปรตีนของ HIV-1 และไข้หวัดใหญ่

การตอบสนองทางน้ำเหลือง (สารภูมิต้านทาน)

 

แผนภาพเค้าร่างของแอนติบอดีและแอนติเจน

การตอบสนองของแอนติบอดี/สารภูมิต้านทานที่วัคซีนดีเอ็นเอชักนำอาศัยปัจจัยหลายอย่างรวมทั้งชนิดของแอนติเจน แหล่งที่พบแอนติเจน (เช่น ในเซลล์หรือหลั่งออก) จำนวนโดส ความถี่ ขนาดวัคซีน ตำแหน่งที่ฉีด และวิธีการส่งแอนติเจน

จลนศาสตร์

การตอบสนองทางน้ำเหลืองเพราะฉีดวัคซีนดีเอ็นเอครั้งเดียวอาจมีผลที่คงยืนกว่าการฉีดวัคซีนโปรตีนลูกผสมครั้งเดียวเหมือนกัน ยกตัวอย่างเช่น การตอบสนองทางสารภูมิต้านทานต่อโปรตีนเปลือกหุ้ม (HBsAg) ของไวรัสตับอักเสบบี อาจคงยืนถึง 74 สัปดาห์โดยไม่ต้องฉีดบูสต์ อีกอย่างหนึ่ง ภูมิคุ้มกันตลอดชีวิตต่อต้านไกลโคโปรตีน haemagglutinin ของไข้หวัดใหญ่ก็ทำได้แล้วในหนูเมื่อใช้ปืนยิงยีน เซลล์ที่หลั่งสารภูมิต้านทาน (antibody-secreting cell, ASC) จะเคลื่อนไปยังไขกระดูกและม้ามแล้วสามารถสร้างสารภูมิต้านทานในระยะยาว โดยจะอยู่เป็นประจำที่นั่นหลังจากปีหนึ่ง

ตารางต่อไปจะแสดงการตอบสนองทางสารภูมิต้านทานเมื่อติดเชื้อไวรัสโดยธรรมชาติ, เมื่อสร้างภูมิคุ้มกันด้วยโปรตีนลูกผสม (recombinant protein) และด้วยวัคซีนดีเอ็นเอ วัคซีนดีเอ็นเอจะเพิ่มการตอบสนองทางสารภูมิต้านทานได้ช้ากว่าการติดเชื้อหรือโปรตีนลูกผสม โดยอาจต้องใช้เวลานานถึง 12 สัปดาห์ แต่การฉีดบูสต์ก็ลดช่วงเวลานี้ได้เหมือนกัน นี้น่าจะเป็นเพราะระดับแอนติเจนที่แสดงออกได้น้อยเป็นเวลาหลายอาทิตย์ ซึ่งต้องสนับสนุนการตอบสนองของสารภูมิต้านทานทั้งในระยะปฐมภูมิและทุติยภูมิ

มีการฉีดวัคซีนดีเอ็นเอที่แสดงออกโปรตีนเปลือก (envelope protein) ทั้งขนาดเล็กขนาดกลางของไวรัสตับอักเสบบีให้แก่ผู้ใหญ่ที่เป็นโรคตับอักเสบเรื้อรัง ซึ่งทำให้เซลล์ผลิตไซโตไคน์โดยเฉพาะ คือ interferon gamma อนึ่ง เซลล์ทีซึ่งรู้จักโปรตีนเปลือกหุ้มขนาดกลางก็เกิดขึ้นด้วย แต่การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของคนไข้ก็ยังไม่พอควบคุมการติดเชื้อไวรัสบี

การเปรียบเทียบการตอบสนองทางสารภูมิต้านทานเนื่องกับวัคซีนดีเอ็นเอ การฉีดโปรตีน หรือการติดเชื้อไวรัสโดยธรรมชาติ

	การเกิดภูมิคุ้มกัน
	วัคซีนดีเอ็นเอ	วัคซีนโปรตีนลูกผสม	การติดเชื้อโดยธรรมชาติ
ปริมาณแอนติเจนที่ใช้	เป็นนาโนกรัม	เป็นไมโครกรัม	? (นาโนกรัม-ไมโครกรัม)
ระยะที่แสดงแอนติเจน	เป็นอาทิตย์ ๆ	< 1 สัปดาห์	หลายสัปดาห์
จลนศาสตร์การเกิดแอนติบอดี	เพิ่มช้า	เพิ่มเร็ว	เพิ่มเร็ว
จำนวนครั้งที่ฉีด^*	1	2	1
Ab isotype (สัตว์ตัวแบบเป็นหนู)	C’-dependent หรือ C’-independent	C’-dependent	C’-independent
^*เพื่อให้ได้อิมมูโนโกลบูลินจีที่มี avidity สูงและให้เซลล์ที่หลั่งสารภูมิต้านทาน (ASC) ย้ายไปอยู่ที่ไขกระดูก

อนึ่ง ความเข้มข้นของสารภูมิต้านที่วัคซีนดีเอ็นเอชักนำก็จะน้อยกว่าที่ได้จากโปรตีนลูกผสม แต่สารภูมิต้านทานเนื่องกับวัคซีนดีเอ็นเอมีสัมพรรคภาพ (affinity) กับเอพิโทปที่พับอยู่ในสภาพปกติ (native epitope) ที่แน่นกว่าสารภูมิต้านทานเนื่องกับโปรตีน กล่าวอีกนัยก็คือ วัคซีนดีเอ็นเอก่อการตอบสนองเชิงคุณภาพที่ดีกว่า โดยสารภูมิต้านทานจะเกิดด้วยการฉีดเพียงครั้งเดียว เทียบกับโปรตีนลูกผสมที่ต้องฉีดบูสต์ วัคซีนดีเอ็นเอยังสามารถก่อการตอบสนองของเซลล์ TH ในรูปแบบที่ต้องการ และดังนั้น จึงชักนำสารภูมิต้านทานใน isotype ที่ต้องการได้อีกด้วย ซึ่งไม่เกิดกับการติดเชื้อตามธรรมชาติหรือการฉีดโปรตีนเป็นวัคซีน

กลไกของภูมิคุ้มกันเนื่องกับดีเอ็นเอ

DNA uptake

เมื่อพบเป็นครั้งแรกว่า เซลล์กล้ามเนื้อในร่างกายดูดซึมดีเอ็นเอแล้วแสดงออกโปรตีน ตอนนั้นก็ยังคาดว่าเป็นเซลล์พิเศษเพราะมี T-tubule เป็นเครือข่ายขนาดใหญ่ ต่อมาเมื่อตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงเสนอว่า การดูดซึมดีเอ็นเอเข้าในเซลล์จะเกิดผ่านโครงสร้าง caveolae (หรือ non-clathrin coated pit) ที่เยื่อหุ้มเซลล์ แต่หลังจากนั้นกลับพบว่า เซลล์อื่น ๆ (เช่น keratinocyte, เซลล์สร้างเส้นใย และเซลล์เนื้อเยื่อบุผิวชนิดเซลล์ลังเกอร์ฮันส์) ก็สามารถนำดีเอ็นเอเข้าในเซลล์เหมือนกัน กลไกการนำดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์จึงยังไม่ชัดเจน

มีทฤษฎีหลักสองอย่าง คือ หนึ่ง เป็นการรับดีเอ็นเอเข้าไปอย่างไม่เฉพาะเจาะจง เช่น ดังที่พบในกระบวนการฟาโกไซโทซิสหรือพิโนไซโทซิส หรือ สอง เป็นการรับดีเอ็นเอเข้าไปผ่านหน่วยรับโดยเฉพาะ ๆ ซึ่งอาจรวม หน่วยรับที่ผิวเซลล์ขนาด 30 กิโลดัลตัน หรือหน่วยรับของแมคโครฟาจ หน่วยรับ 30 กิโลดัลตัน จะเข้ายึดอย่างเฉพาะเจาะจงกับส่วนดีเอ็นเอขนาด 4,500 bp (แล้วรับเข้าไปในเซลล์) โดยหน่วยรับพบอยู่ที่ antigen-presenting cell และเซลล์ที ส่วนหน่วยรับของแมคโครฟาจสามารถจับกับมาโครโมเลกุลหลายชนิด รวมทั้งโพลีไรโบนิวคลีโอไทด์ (polyribonucleotide) ซึ่งเป็นหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ และดังนั้น จึงอาจเป็นตัวนำดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์ การดูดซึมดีเอ็นเอผ่านหน่วยรับอาจอำนวยโดยการมีลำดับยีนที่เป็นกัวนีนต่อ ๆ กัน (polyguanylate sequence) ในดีเอ็นเอ มีวิธีส่งวัคซีนอื่น ๆ ที่ไม่ส่งเข้าไปในเซลล์ผ่านกระบวนการเช่นนี้ เช่น ปืนยิงยีน และการส่งยีนโดยยึดไว้กับลิโปโซมเป็นต้น

การแสดงแอนติเจนของเซลล์

 

เซลล์เดนไดรต์

งานศึกษาต่าง ๆ กับหนูไคมีรา พบว่าเซลล์อนุพัทธ์จากเซลล์ไขกระดูกรวมทั้งเซลล์เดนไดรต์ แมคโครฟาจ และเซลล์บีที่ปรับตัวพิเศษ (specialized B cell) เป็นเซลล์แสดงแอนติเจนที่รวม ๆ เรียกว่า professional antigen presenting cellsเซลล์ลังเกอร์ฮันส์เป็นแมโครฟาจประจำเนื้อเยื่อผิวหนัง พบว่า หลังจากใช้ปืนยิงยีนเข้าที่ผิวหนัง เซลล์ลังเกอร์ฮันส์ที่ได้ดีเอ็นเอก็จะย้ายไปที่ต่อมน้ำเหลืองที่อยู่ใกล้ ๆ เพื่อแสดงแอนติเจน เทียบกับเมื่อฉีดวัคซีนในกล้ามเนื้อหรือในผิวหนัง จะเป็นเซลล์เดนไดรต์ที่ได้ดีเอ็นเอแล้วย้ายไปที่ต่อมน้ำเหลืองที่อยู่ใกล้ ๆ เพื่อแสดงแอนติเจน lj;oแมคโครฟาจที่ได้ดีเอ็นเออาจพบในเลือดที่เวียนไปในร่างกาย

นอกจากการส่งดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์เดนไดรต์และแมคโครฟาจโดยตรง (direct transfection) แล้ว ยังเกิดกระบวนการ cross priming เมื่อให้วัคซีนไม่ว่าจะโดยฉีดเข้ากล้ามเนื้อ เข้าผิวหนัง หรือผ่านปืนยิงยีน เมื่อเซลล์อนุพัทธ์ของเซลล์ไขกระดูกหนึ่งแสดงเพปไทด์ที่อีกเซลล์หนึ่งสังเคราะห์ขึ้นด้วย MHC class 1 กระบวนการนี้เรียกว่า cross priming ซึ่งเตรียมให้เซลล์ทีชนิดฆ่าเซลล์พร้อมในการตอบสนอง และดูจะสำคัญต่อความสมบูรณ์ในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันระยะปฐมภูมิ

เป้าหมาย

การฉีดวัคซีนเข้ากล้ามเนื้อและเข้าผิวหนังทำให้ภูมิคุ้มกันตอบสนองต่างกัน ที่ผิวหนัง เซลล์ประเภท keratinocyte, เซลล์สร้างเส้นใย และเซลล์ลังเกอร์ฮันส์ สามารถดูดซึมดีเอ็นเอแล้วแสดงแอนติเจนที่ชักนำให้เกิดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในระยะปฐมภูมิ เซลล์ลังเกอร์ฮันส์ที่ได้ดีเอ็นเอจะย้ายออกจากผิวหนัง (ภายใน 12 ชม.) เข้าไปยังต่อมน้ำเหลืองใกล้ ๆ ที่ ๆ เซลล์อำนวยให้เซลล์บีและเซลล์ทีตอบสนอง ในกล้ามเนื้อโครงร่าง แม้เซลล์กล้ามเนื้อลายจะเป็นเซลล์ที่รับดีเอ็นเอเข้าไปมากที่สุด ก็กลับไม่สำคัญต่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน แต่การฉีดดีเอ็นเอเข้ากล้ามเนื้อจะทะลักเข้าไปในต่อมน้ำเหลืองที่อยู่ใกล้ ๆ ภายในไม่กี่นาที แล้วเข้าไปในเซลล์เดนไดรต์ในที่นั้น ๆ แล้วก่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน ส่วนเซลล์กล้ามเนื้อ (myocyte) ที่ได้รับดีเอ็นเอแล้วจะเป็นหน่วยเก็บแอนติเจนสำรองเพื่อให้เซลล์แสดงแอนติเจน (APC) นำไปแสดง

การตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่คงยืน

วัคซีนดีเอ็นเอมีประสิทธิภาพสร้างความจำให้แก่ภูมิคุ้มกัน เพราะมีการแสดงคอมเพล็กซ์แอนติเจน-แอนติบอดีที่ follicular dendritic cells (FDC) ซึ่งช่วยกระตุ้นเซลล์บีอย่างมีกำลัง แอนติเจนที่เซลล์เดนไดรต์แสดงใน germinal center ของต่อมน้ำเหลือง ก็ยังช่วยกระตุ้นเซลล์ทีอีกด้วย FDC ช่วยให้ภูมิคุ้มกันเกิดความจำเพราะช่วงการผลิตแอนติบอดีจะคาบเกี่ยวกับการแสดงออกของแอนติเจนที่เป็นไปในระยะยาว จึงสามารถเกิดคอมเพล็กซ์แอนติเจน-แอนติบอดีที่ FDC แสดงได้

อินเตอร์เฟียรอน

ทั้งเซลล์ทีเฮลเปอร์และเซลล์ทีชนิดเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxic T-cell) สามารถควบคุมการติดเชื้อไวรัสโดยหลั่งอินเตอร์เฟียรอน แม้เซลล์ทีชนิดเป็นพิษปกติจะฆ่าเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัส แต่ก็สามารถระตุ้นให้หลั่งไซโตไคน์ต่อต้านไวรัสเช่น IFN-γ (interferon gamma) และ TNF-α (tumor necrosis factor alpha) ซึ่งไม่ฆ่าเซลล์แต่จำกัดการติดเชื้อไวรัสโดยลด (down-regulating) การแสดงออกองค์ประกอบของไวรัสได้ ดังนั้น วัคซีนดีเอ็นเอจึงสามารถใช้บรรเทาการติดเชื้อไวรัสอาศัยอินเตอร์เฟียรอนที่ไม่ทำลายเซลล์ ซึ่งได้พิสูจน์แล้วกับเชื้อไวรัสตับอักเสบบี อนึ่ง IFN-γ เป็นโปรตีนส่งสัญญาณซึ่งสำคัญยิ่งในการควบคุมการติดเชื้อมาลาเรีย จึงมีลู่ทางว่าอาจใช้ทำวัคซีนดีเอ็นเอต้านมาลาเรียได้

การปรับการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน

ดูเพิ่ม

• ยีนบำบัด
• วัคซีนอาร์เอ็นเอ

เชิงอรรถและอ้างอิง

1. Ramos, Henrique Roman; Ho, Paulo Lee. "Developing Snake Antivenom Sera by Genetic Immunization: A Review". Clinical Toxinology in Asia Pacific and Africa. 2: 401–414.CS1 maint: uses authors parameter (link)
2. Liu, Shuying; Wang, Shixia; Lu, Shan (2016-04-27). "DNA immunization as a technology platform for monoclonal antibody induction". Emerging Microbes & Infections. 5 (4): e33. doi:10.1038/emi.2016.27. PMC 4855071. PMID 27048742.
3. "DNA vaccines". World Health Organization.
4. Khan, Kishwar Hayat (2013-03-01). "DNA vaccines: roles against diseases". Germs. 3 (1): 26–35. doi:10.11599/germs.2013.1034. PMC 3882840. PMID 24432284. ability to induce a wider range of types of immune response
5. "India gives emergency approval for world's first COVID-19 DNA vaccine". Reuters (ภาษาอังกฤษ). 2021-08-20. สืบค้นเมื่อ 2021-08-22.
6. Alarcon, JB; Waine, GW; McManus, DP (1999). "DNA Vaccines: Technology and Application as Anti-parasite and Anti-microbial Agents". Advances in Parasitology Volume 42. Advances in Parasitology. 42. pp. 343–410. doi:10.1016/S0065-308X(08)60152-9. ISBN 9780120317424. PMID 10050276.
7. Robinson, HL; Pertmer, TM (2000). DNA vaccines for viral infections: basic studies and applications. Advances in Virus Research. 55. pp. 1–74. doi:10.1016/S0065-3527(00)55001-5. ISBN 9780120398553. PMID 11050940.
8. White, LO; Gibb, E; Newham, HC; Richardson, MD; Warren, RC (July 1979). "Comparison of the growth of virulent and attenuated strains of Candida albicans in the kidneys of normal and cortison-treated mice by chitin assay". Mycopathologia. 67 (3): 173–7. doi:10.1007/bf00470753. PMID 384256. S2CID 31914107.
9. Paoletti, E; Lipinskas, BR; Samsonoff, C; Mercer, S; Panicali, D (January 1984). "Construction of live vaccines using genetically engineered poxviruses: biological activity of vaccinia virus recombinants expressing the hepatitis B virus surface antigen and the herpes simplex virus glycoprotein D". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 81 (1): 193–7. Bibcode:1984PNAS...81..193P. doi:10.1073/pnas.81.1.193. PMC 344637. PMID 6320164.
10. US Patent 4722848 - Method for immunizing animals with synthetically modified vaccinia virus
11. Ulmer, J. B.; Donnelly, J. J.; Parker, S. E.; Rhodes, G. H.; Felgner, P. L.; Dwarki, V. J.; Gromkowski, S. H.; Deck, R. R.; DeWitt, C. M.; Friedman, A.; Et, Al (1993-03-19). "Heterologous protection against influenza by injection of DNA encoding a viral protein". Science (ภาษาอังกฤษ). 259 (5102): 1745–1749. Bibcode:1993Sci...259.1745U. doi:10.1126/science.8456302. ISSN 0036-8075. PMID 8456302.
12. Regalado, Antonio (2016-08-02). "The U.S. government has begun testing its first Zika vaccine in humans". MIT Technology Review Magazine. สืบค้นเมื่อ 2016-08-06.
13. Chen, Y; Wang, S; Lu, S (February 2014). "DNA Immunization for HIV Vaccine Development". Vaccines. 2 (1): 138–59. doi:10.3390/vaccines2010138. PMC 4494200. PMID 26344472.
14. Ledgerwood, JE; Pierson, TC; Hubka, SA; Desai, N; Rucker, S; Gordon, IJ; Enama, ME; Nelson, S; Nason, M; Gu, W; Bundrant, N; Koup, RA; Bailer, RT; Mascola, JR; Nabel, GJ; Graham, BS (May 2011). "A West Nile virus DNA vaccine utilizing a modified promoter induces neutralizing antibody in younger and older healthy adults in a phase I clinical trial". J Infect Dis. 203 (10): 1396–404. doi:10.1093/infdis/jir054. PMC 3080891. PMID 21398392.
15. Sedegah, M; Hedstrom, R; Hobart, P; Hoffman, SL (October 1994). "Protection against malaria by immunization with plasmid DNA encoding circumsporozoite protein". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (21): 9866–70. Bibcode:1994PNAS...91.9866S. doi:10.1073/pnas.91.21.9866. JSTOR 2365723. PMC 44918. PMID 7937907.
16. Harmon, B. T.; Aly, A. E.; Padegimas, L.; Sesenoglu-Laird, O.; Cooper, M. J.; Waszczak, B. L. (2014). "Intranasal administration of plasmid DNA nanoparticles yields successful transfection and expression of a reporter protein in rat brain". Gene Therapy. 21 (5): 514–521. doi:10.1038/gt.2014.28. PMID 24670994. S2CID 5560134.
17. Mor, G; Klinman, DM; Shapiro, S; Hagiwara, E; Sedegah, M; Norman, JA; Hoffman, SL; Steinberg, AD (August 1995). "Complexity of the cytokine and antibody response elicited by immunizing mice with Plasmodium yoelii circumsporozoite protein plasmid DNA". Journal of Immunology. 155 (4): 2039–46. PMID 7636255.
18. Leitner, WW; Seguin, MC; Ballou, WR; Seitz, JP; Schultz, AM; Sheehy, MJ; Lyon, JA (December 1997). "Immune responses induced by intramuscular or gene gun injection of protective deoxyribonucleic acid vaccines that express the circumsporozoite protein from Plasmodium berghei malaria parasites". Journal of Immunology. 159 (12): 6112–9. PMID 9550412.
19. Böhm, W; Kuhröber, A; Paier, T; Mertens, T; Reimann, J; Schirmbeck, R (June 1996). "DNA vector constructs that prime hepatitis B surface antigen-specific cytotoxic T lymphocyte and antibody responses in mice after intramuscular injection". Journal of Immunological Methods. 193 (1): 29–40. doi:10.1016/0022-1759(96)00035-X. PMID 8690928.
20. Lewis, PJ; Babiuk, LA (1999). DNA vaccines: a review. Advances in Virus Research. 54. Academic Press. pp. 129–88. doi:10.1016/S0065-3527(08)60367-X. ISBN 978-0-12-039854-6. PMID 10547676.
21. André, S; Seed, B; Eberle, J; Schraut, W; Bültmann, A; Haas, J (February 1998). "Increased immune response elicited by DNA vaccination with a synthetic gp120 sequence with optimized codon usage". Journal of Virology. 72 (2): 1497–503. doi:10.1128/JVI.72.2.1497-1503.1998. PMC 124631. PMID 9445053.
22. Muthumani, K; Zhang, D; Dayes, NS; Hwang, DS; Calarota, SA; Choo, AY; Boyer, JD; Weiner, DB (September 2003). "Novel engineered HIV-1 East African Clade-A gp160 plasmid construct induces strong humoral and cell-mediated immune responses in vivo". Virology. 314 (1): 134–46. doi:10.1016/S0042-6822(03)00459-8. PMID 14517067.
23. Oliveira, PH; Prather, KJ; Prazeres, DM; Monteiro, GA (September 2009). "Structural instability of plasmid biopharmaceuticals: challenges and implications". Trends in Biotechnology. 27 (9): 503–11. doi:10.1016/j.tibtech.2009.06.004. PMID 19656584.
24. Oliveira, PH; Mairhofer, J (September 2013). "Marker-free plasmids for biotechnological applications - implications and perspectives". Trends in Biotechnology. 31 (9): 539–47. doi:10.1016/j.tibtech.2013.06.001. PMID 23830144.
25. Kutzler, MA; Weiner, DB (October 2008). "DNA vaccines: ready for prime time?". Nature Reviews. Genetics. 9 (10): 776–88. doi:10.1038/nrg2432. PMC 4317294. PMID 18781156.
26. Rodriguez, F; Zhang, J; Whitton, JL (November 1997). "DNA immunization: ubiquitination of a viral protein enhances cytotoxic T-lymphocyte induction and antiviral protection but abrogates antibody induction". Journal of Virology. 71 (11): 8497–503. doi:10.1128/JVI.71.11.8497-8503.1997. PMC 192313. PMID 9343207.
27. Tobery, TW; Siliciano, RF (March 1997). "Targeting of HIV-1 antigens for rapid intracellular degradation enhances cytotoxic T lymphocyte (CTL) recognition and the induction of de novo CTL responses in vivo after immunization". The Journal of Experimental Medicine. 185 (5): 909–20. doi:10.1084/jem.185.5.909. PMC 2196169. PMID 9120397.
28. Huebener, N; Fest, S; Strandsby, A; Michalsky, E; Preissner, R; Zeng, Y; Gaedicke, G; Lode, HN (July 2008). "A rationally designed tyrosine hydroxylase DNA vaccine induces specific antineuroblastoma immunity". Molecular Cancer Therapeutics. 7 (7): 2241–51. doi:10.1158/1535-7163.MCT-08-0109. PMID 18645033.
29. Wunderlich, G; Moura, IC; del Portillo, HA (October 2000). "Genetic immunization of BALB/c mice with a plasmid bearing the gene coding for a hybrid merozoite surface protein 1-hepatitis B virus surface protein fusion protects mice against lethal Plasmodium chabaudi chabaudi PC1 infection". Infection and Immunity. 68 (10): 5839–45. doi:10.1128/IAI.68.10.5839-5845.2000. PMC 101545. PMID 10992493.
30. Weiner, DB; Kennedy, RC (1999). . Scientific American. 281 (1): 34–41. Bibcode:1999SciAm.281a..50W. doi:10.1038/scientificamerican0799-50. PMID 10396782. คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม เมื่อ 2009-03-25. สืบค้นเมื่อ 2007-11-21.
31. Widera, G; Austin, M; Rabussay, D; Goldbeck, C; Barnett, SW; Chen, M; Leung, L; Otten, GR; Thudium, K; Selby, MJ; Ulmer, JB (May 2000). "Increased DNA vaccine delivery and immunogenicity by electroporation in vivo". Journal of Immunology. 164 (9): 4635–40. doi:10.4049/jimmunol.164.9.4635. PMID 10779767.
32. Daheshia, M; Kuklin, N; Kanangat, S; Manickan, E; Rouse, BT (August 1997). "Suppression of ongoing ocular inflammatory disease by topical administration of plasmid DNA encoding IL-10". Journal of Immunology. 159 (4): 1945–52. PMID 9257860.
33. Chen, Y; Webster, RG; Woodland, DL (March 1998). "Induction of CD8+ T cell responses to dominant and subdominant epitopes and protective immunity to Sendai virus infection by DNA vaccination". Journal of Immunology. 160 (5): 2425–32. PMID 9498786.
34. Lode, HN; Huebener, N; Zeng, Y; Fest, S; Weixler, S; Gaedicke, G (December 2004). "DNA minigene vaccination for adjuvant neuroblastoma therapy". Annals of the New York Academy of Sciences. 1028 (1): 113–21. Bibcode:2004NYASA1028..113L. doi:10.1196/annals.1322.012. PMID 15650237. S2CID 27240738.
35. Sizemore, DR; Branstrom, AA; Sadoff, JC (October 1995). "Attenuated Shigella as a DNA delivery vehicle for DNA-mediated immunization". Science. 270 (5234): 299–302. Bibcode:1995Sci...270..299S. doi:10.1126/science.270.5234.299. PMID 7569980. S2CID 12532901.
36. Barry, MA; Lai, WC; Johnston, SA (October 1995). "Protection against mycoplasma infection using expression-library immunization". Nature. 377 (6550): 632–5. Bibcode:1995Natur.377..632B. doi:10.1038/377632a0. PMID 7566175. S2CID 4306972.
37. Fynan, EF; Webster, RG; Fuller, DH; Haynes, JR; Santoro, JC; Robinson, HL (December 1993). "DNA vaccines: protective immunizations by parenteral, mucosal, and gene-gun inoculations". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (24): 11478–82. Bibcode:1993PNAS...9011478F. doi:10.1073/pnas.90.24.11478. PMC 48007. PMID 8265577.
38. Feltquate, DM; Heaney, S; Webster, RG; Robinson, HL (March 1997). "Different T helper cell types and antibody isotypes generated by saline and gene gun DNA immunization". Journal of Immunology. 158 (5): 2278–84. PMID 9036975.
39. Boyle, CM; Morin, M; Webster, RG; Robinson, HL (December 1996). "Role of different lymphoid tissues in the initiation and maintenance of DNA-raised antibody responses to the influenza virus H1 glycoprotein". Journal of Virology. 70 (12): 9074–8. doi:10.1128/JVI.70.12.9074-9078.1996. PMC 191015. PMID 8971047.
40. Sällberg, M; Townsend, K; Chen, M; O'Dea, J; Banks, T; Jolly, DJ; Chang, SM; Lee, WT; Milich, DR (July 1997). "Characterization of humoral and CD4+ cellular responses after genetic immunization with retroviral vectors expressing different forms of the hepatitis B virus core and e antigens". Journal of Virology. 71 (7): 5295–303. doi:10.1128/JVI.71.7.5295-5303.1997. PMC 191766. PMID 9188598.
41. Banchereau, J; Steinman, RM (March 1998). "Dendritic cells and the control of immunity". Nature. 392 (6673): 245–52. Bibcode:1998Natur.392..245B. doi:10.1038/32588. PMID 9521319. S2CID 4388748.
42. Jakob, T; Walker, PS; Krieg, AM; Udey, MC; Vogel, JC (September 1998). "Activation of cutaneous dendritic cells by CpG-containing oligodeoxynucleotides: a role for dendritic cells in the augmentation of Th1 responses by immunostimulatory DNA". Journal of Immunology. 161 (6): 3042–9. PMID 9743369.
43. Raz, E; Tighe, H; Sato, Y; Corr, M; Dudler, JA; Roman, M; Swain, SL; Spiegelberg, HL; Carson, DA (May 1996). "Preferential induction of a Th1 immune response and inhibition of specific IgE antibody formation by plasmid DNA immunization". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (10): 5141–5. Bibcode:1996PNAS...93.5141R. doi:10.1073/pnas.93.10.5141. PMC 39421. PMID 8643542.
44. Fu, TM; Friedman, A; Ulmer, JB; Liu, MA; Donnelly, JJ (April 1997). "Protective cellular immunity: cytotoxic T-lymphocyte responses against dominant and recessive epitopes of influenza virus nucleoprotein induced by DNA immunization". Journal of Virology. 71 (4): 2715–21. doi:10.1128/JVI.71.4.2715-2721.1997. PMC 191393. PMID 9060624.
45. Restifo, NP; Bacík, I; Irvine, KR; Yewdell, JW; McCabe, BJ; Anderson, RW; Eisenlohr, LC; Rosenberg, SA; Bennink, JR (May 1995). "Antigen processing in vivo and the elicitation of primary CTL responses". Journal of Immunology. 154 (9): 4414–22. PMC 1952186. PMID 7722298.
46. Iwasaki, A; Stiernholm, BJ; Chan, AK; Berinstein, NL; Barber, BH (May 1997). "Enhanced CTL responses mediated by plasmid DNA immunogens encoding costimulatory molecules and cytokines". Journal of Immunology. 158 (10): 4591–601. PMID 9144471.
47. Weiss, WR; Ishii, KJ; Hedstrom, RC; Sedegah, M; Ichino, M; Barnhart, K; Klinman, DM; Hoffman, SL (September 1998). "A plasmid encoding murine granulocyte-macrophage colony-stimulating factor increases protection conferred by a malaria DNA vaccine". Journal of Immunology. 161 (5): 2325–32. PMID 9725227.
48. Tsuji, T; Hamajima, K; Fukushima, J; Xin, KQ; Ishii, N; Aoki, I; Ishigatsubo, Y; Tani, K; และคณะ (April 1997). "Enhancement of cell-mediated immunity against HIV-1 induced by coinnoculation of plasmid-encoded HIV-1 antigen with plasmid expressing IL-12". Journal of Immunology. 158 (8): 4008–13. PMID 9103472.
49. Justewicz, DM; Webster, RG (October 1996). "Long-term maintenance of B cell immunity to influenza virus hemagglutinin in mice following DNA-based immunization". Virology. 224 (1): 10–7. doi:10.1006/viro.1996.0501. PMID 8862394.
50. Mancini-Bourgine, M; Fontaine, H; Bréchot, C; Pol, S; Michel, ML (May 2006). "Immunogenicity of a hepatitis B DNA vaccine administered to chronic HBV carriers". Vaccine. 24 (21): 4482–9. doi:10.1016/j.vaccine.2005.08.013. PMID 16310901.
51. Wolff, JA; Dowty, ME; Jiao, S; Repetto, G; Berg, RK; Ludtke, JJ; Williams, P; Slautterback, DB (December 1992). "Expression of naked plasmids by cultured myotubes and entry of plasmids into T tubules and caveolae of mammalian skeletal muscle". Journal of Cell Science. 103. 103 ( Pt 4) (4): 1249–59. doi:10.1242/jcs.103.4.1249. PMID 1487500.
52. Anderson, RG; Kamen, BA; Rothberg, KG; Lacey, SW (January 1992). "Potocytosis: sequestration and transport of small molecules by caveolae". Science. 255 (5043): 410–1. Bibcode:1992Sci...255..410A. doi:10.1126/science.1310359. PMID 1310359.
53. Casares, S; Inaba, K; Brumeanu, TD; Steinman, RM; Bona, CA (November 1997). "Antigen presentation by dendritic cells after immunization with DNA encoding a major histocompatibility complex class II-restricted viral epitope". The Journal of Experimental Medicine. 186 (9): 1481–6. doi:10.1084/jem.186.9.1481. PMC 2199124. PMID 9348305.
54. Bennett, RM; Gabor, GT; Merritt, MM (December 1985). "DNA binding to human leukocytes. Evidence for a receptor-mediated association, internalization, and degradation of DNA". The Journal of Clinical Investigation. 76 (6): 2182–90. doi:10.1172/JCI112226. PMC 424340. PMID 3001145.
55. Bennet, RM; Hefeneider, SH; Bakke, A; Merritt, M; Smith, CA; Mourich, D; Heinrich, MC (May 1988). "The production and characterization of murine monoclonal antibodies to a DNA receptor on human leukocytes". Journal of Immunology. 140 (9): 2937–42. PMID 2452195.
56. Corr, M; Lee, DJ; Carson, DA; Tighe, H (October 1996). "Gene vaccination with naked plasmid DNA: mechanism of CTL priming". The Journal of Experimental Medicine. 184 (4): 1555–60. doi:10.1084/jem.184.4.1555. PMC 2192808. PMID 8879229.
57. Chattergoon, MA; Robinson, TM; Boyer, JD; Weiner, DB (June 1998). "Specific immune induction following DNA-based immunization through in vivo transfection and activation of macrophages/antigen-presenting cells". Journal of Immunology. 160 (12): 5707–18. PMID 9637479.
58. Torres, CA; Iwasaki, A; Barber, BH; Robinson, HL (May 1997). "Differential dependence on target site tissue for gene gun and intramuscular DNA immunizations". Journal of Immunology. 158 (10): 4529–32. PMID 9144463.
59. Franco, A; Guidotti, LG; Hobbs, MV; Pasquetto, V; Chisari, FV (August 1997). "Pathogenetic effector function of CD4-positive T helper 1 cells in hepatitis B virus transgenic mice". Journal of Immunology. 159 (4): 2001–8. PMID 9257867.
60. Mancini, M; Hadchouel, M; Davis, HL; Whalen, RG; Tiollais, P; Michel, ML (October 1996). "DNA-mediated immunization in a transgenic mouse model of the hepatitis B surface antigen chronic carrier state". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (22): 12496–501. Bibcode:1996PNAS...9312496M. doi:10.1073/pnas.93.22.12496. PMC 38020. PMID 8901610.
61. Doolan, DL; Hoffman, SL (July 1999). "IL-12 and NK cells are required for antigen-specific adaptive immunity against malaria initiated by CD8+ T cells in the Plasmodium yoelii model". Journal of Immunology. 163 (2): 884–92. PMID 10395683.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Hooper, JW; Thompson, E; Wilhelmsen, C; Zimmerman, M; Ichou, MA; Steffen, SE; Schmaljohn, CS; Schmaljohn, AL; Jahrling, PB (May 2004). "Smallpox DNA vaccine protects nonhuman primates against lethal monkeypox". Journal of Virology. 78 (9): 4433–43. doi:10.1128/JVI.78.9.4433-4443.2004. PMC 387704. PMID 15078924.