Vaktsiini koostis infolehel võib silme eest kirjuks võtta, valdav osa neist ainetest on siiski vanad tuttavad ravimitööstusest või lausa köögikapist. Teaduse jaoks on uus tõepoolest COVID vaktsiinide toimeaine ehk see aine, mis vaktsiinis haiguse vastu kaitse annab. ERR avab ravimiameti töötajate Pille Sääliku, Triin Suvi, Kristiina Karro ja Reet Rumvolti abil nelja Eestis kasutusel oleva vaktsiini koostise.
Toimeained – mRNA ja DNA
Kõige olulisem osa ravimist on toimeaine ja vaktsiini puhul on selleks antigeen. See käivitab organismi immuunsüsteemi vastuse. Traditsiooniliselt on selleks olnud nõrgestatud, surmatud või paljunemisvõimetuks muudetud haigustekitaja või selle osa.
Neli praegu Eestis kasutusel olevat koroonavaktsiini on täiendanud toimeainete valikut aga nukleiinhapetega – DNA või mRNA-ga. Inimese keha valmistab nendes sisalduva geneetilise info põhjal ise antigeeni. See on võrreldav olukorraga, kus toidu asemel antakse kätte retsept ja roog tuleb juhiste järgi valmis küpsetada. Vaktsiinide maailmas on see täiesti uus lähenemine.
Nukleiinhape tuleb toimetada süstekohas olevatesse rakkudesse, selleks kasutatakse kas adenoviiruse või rasvapallikest meenutava lipiidse kesta abi.
Pfizer/BioNTechi ja Moderna mRNA vaktsiinid
Pfizer/BioNTechi ja Moderna vaktsiinides on mõlemas kasutatud koroonaviiruse kattevalgu pärilikkusaine jupikesi mRNA kujul, mis on pakitud lipiidsesse kesta. Selle geneetilise info ehk retsepti järgi loob organism ise mitte koroonaviiruse, vaid üksnes selle pinnal oleva iseloomuliku ogavalgu. Inimorganism õpib sellist võõrast sissetungijat ära tundma ja kujundab viiruse vastu välja immuunvastuse.
Vajaliku mRNA ehk sõnumikandja (messenger) RNA toodavad ettevõtted DNA-st mitmeastmelise protsessi abil. Esimestes tootmisetappides vajaliku DNA paljundamiseks kasutatakse üldiselt kõige tavalisemat soolestikus elutsevat kolibakterit E.coli. Vaktsiinides olev mRNA on originaaliga võrreldes veidi muudetud ja töödeldud, et teha see inimkehale sobivamaks ning stabiilsemaks. mRNA näol on tegemist ebastabiilse ainega ja see on ka üks põhjus, miks tuleb Pfizeri/BioNTechi vaktsiini säilitada 70 külmakraadi juures.
Kuigi mRNA vaktsiinid on uued, on neid siiski uuritud juba pikka aega. Neid on katsetatud gripi, zika viiruse ja marutaudi vastu, samuti on uuritud mRNA kasutusvõimalusi vähiravis.
Mõni aeg pärast vaktsineerimist hävitatakse mRNA inimese kehas. Meie enda DNA-d ei mõjuta viiruse ogavalgu mRNA kuidagi.
AstraZeneca ja Jansseni adenoviiruspõhised vaktsiinid
Astra Zeneca ja Oxfordi ülikooli vaktsiin kasutab samuti koroonaviiruse ogavalgu kodeerimiseks organismile info andmist, aga DNA kujul. See DNA on omakorda pakitud paljunemisvõimetusse šimpansi adenoviirusesse. Sellise adenoviiruse kokkupanekuks kasutatakse imetajatelt pärinevaid rakuliine, kuhu viiakse DNA kujul viirusosakese kokkupanekuks vajalik info. Teatavasti vajab viirus enda taastootmiseks peremeesorganismi ning seda omadust kasutatakse vaktsiinitööstuses ära.
Analoogilisi rakuliine kasutatakse teaduses ja ravimitööstuses juba aastakümneid. Konkreetselt AstraZeneca vaktsiinis kasutatud rakuliin eraldati algselt 1973. aastal loote neerurakkudest, mida on sellest ajast alates kunstlikes tingimustes tuhandeid kordi paljundatud ja kasutatud paljude ravimite tootmisel.
Jansseni vaktsiinitootmise põhimõte on sarnane Astra Zenecale. Koroonaviiruse ogavalku kodeeriv DNA on nende vaktsiini puhul aga pakitud paljunemisvõimetusse inimese adenoviirusesse. Viiruse saamiseks on Janssen kasutanud 1985. aastal loote silma võrkkesta rakkudest loodud rakuliini.
Kui viirus on rakkudes kokku pandud, rakud purustatakse ja viirusosakesed puhastatakse rakujääkidest. Seega vaktsiini sees neid rakke ega nende osi enam ei ole ning võimalikele rakujääkidele (DNA ja valgud) on kehtestatud kindlad piirväärtused, mille suurusjärk vaktsiiniannuse kohta jääb mõnede nanogrammide piiresse ning mida kontrollitakse iga vaktsiinipartii puhul hoolikalt.
Ka koroonaviiruse ogavalku kodeeriva DNA kasutamine ei muuda kuidagi meie enda DNA järjestust. Immuunsüsteem hävitab lõpuks võõrast DNA-d sisaldavad rakud.
AstraZeneca ja Jansseni vaktsiini puhul on tõsise kõrvaltoimena ilmnenud üliharuldased immuunsüsteemi reaktsiooniga seotud trombijuhud. Nende põhjus on veel ebaselge, kuid kahtlustatakse, et üksikutel inimestel käivitab vaktsiin ebatavalise immuunvastuse, mis viib seisundini, mis tekib mõnikord hepariiniga ravitud patsientidel (nn hepariinist indutseeritud trombotsütopeenia).
Lipiidid
Lihtsalt niisama mRNA inimese rakumembraanist läbi ei pääse, rakkude sisse aitab tal pääseda lipidiidest koosnev ümbris. Nii nagu võivad omavahel ühineda kaks seebimulli, sulandub lipiidses ümbrikus saadetis inimese raku membraaniga ja mRNA lipsab rakku. See ümbris on umbes saja nanomeetri suurune ehk samas suurusjärgus koroonaviiruse endaga. Selle suuruse ette kujutamiseks tuleks millimeeter jagada veel 10 000 osaks. Inimese rakud on suuremad ja nende läbimõõt jääb üldiselt 10-100 mikromeetri piiresse.
Lihtsuse mõttes räägitakse lipiididest kui rasvapallist, aga tegelikult ei ole tegemist päris rasvadega, mis on lipiidide üks alaliik, vaid hoopis fosfolipiididega. Nende ehitus võimaldab neil moodustada vees lahustuvaid struktuure – liposoome ja mitselle. Fosfolipiidide molekulis on nimelt lisaks hüdrofoobsele vett mittesiduvale “sabaosale” ka veega seonduv osa ehk hüdrofiilne “pea”. Sarnaste moodustiste näiteks võib tuua piimarasvade kogumid piimas või mitmesugused ilutooted, kus on ühte purki pandud nii vees lahustuvad kui ka lahustumatud ühendid.
Lipiidid võivad olla täissünteetilised, poolsünteetilised või looduslikud. Täissünteetilised lipiidid on tehtud algusest lõpuni tehases, poolsünteetiliste lipiidide lähtematerjaliks on mõni looduses leiduv aine nagu näiteks oliiviõli, palmiõli või kookosõli. Looduslikke lipiide kasutatakse muutmata kujul, näiteks letsitiini, mida võib leida munakollasest, sojaoast, rapsist või päevalilleõlist.
Ka osa vaktsiinides kasutusele võetud lipiididest on teadusmaailma mõistes värsked viljad ja erinevalt teistest vaktsiinide koostisosadest ning nende mõjudest, ei ole nende kohta veel väga palju teada. Samas on mõned kasutatud lipiididest juba vanad tuttavad, nagu näiteks kolesterool, mis on meie kehas ka loomulikult olemas.
Puhverdajad ehk pH reguleerijad
Puhvri mõistet kasutatakse tavaelus löögileevenduse kontekstis. Keemias ja ka vaktsiinide kontekstis on puhverdajate tööks hoida vaktsiinilahuse pH-d ehk lihtsustatult lahuse happesust stabiilsena ka siis, kui miski peaks seda mõjutama. See tagab ka vaktsiini osade stabiilsuse ja koospüsimise. Vaktsiinilahuse happesus hoitakse võimalikult sarnane inimese keha loomulikule happesusele, sest vaktsiin peab säilitama oma toime nii pakendis kui ka inimese kehas.
Sageli on puhverdajate näol tegemist sooladega, mis suudavad kas siduda või vabastada vesinikioone (ehk pH väärtuse määrajaid) vastavalt nende hulgale keskkonnas.
Stabilisaatorid
Nagu nimigi ütleb, on stabilisaatorite roll hoida vaktsiini koostist ühtlasena ja vältida toimeaine sadestumist või kokkukleepumist. Paljud neist ühenditest on levinud ka toiduainetööstuses, näiteks kasutatakse selliseid aineid poes müügil olevate tortide kreemides ja vahukoores, et need oma vormi säilitaks.
Viiruse ja lipiidsete nanoosakeste puhul on stabiilsuse saavutamiseks oluline roll pluss- ja miinuslaengute kindlas vahekorras.
Kaitse külmutamise vastu
Jääkristallid on üllatavalt tõhusad teiste molekulide moodustiste lõhkujad. Et vaktsiin oleks pärast külmutamist üles sulatades samade omadustega kui enne külmutamist (nii-öelda purki pannes), vastutab enamasti tavaline suhkur ehk sahharoos. Suhkur muudab lahuse viskoossemaks ja seega külmakindlamaks.
Mõned lihtsad koostisained ei tähenda siiski, et vaktsiinitootja saaks vajalikku suhkrut näiteks piltlikult öeldes toidupoodi ostma minna. Kõik ravimitööstuses kasutatavad ained läbivad rangelt kontrollitud tootmisprotsessi ja kontrollisõela – oluline on, et vaktsiini koostises jõuaks inimese kehasse täpselt see ühend, mis vaja, ning et see ühend oleks võimalikult puhas kõigest, millega see tootmise käigus võis kokku puutuda.
Ravimite koostisainete tootjad peavad oma tootmisprotsessi puhtust tõendama, enne seda nende tootele kvaliteeditõendit (sertifikaati) ja ka tootele müügiluba ei väljastata.
Nukleiinhappepõhiste vaktsiinide puhul valmistab rakk ise antigeeni, mis vallandab immuunsüsteemi vastuse. Nii lipiidne nanoosake (1) kui ka adenoviirus (2) aitavad enda sisemusse pakitud SARS-CoV-2 nukleiinhappel rakumembraanist läbi pääseda (3). Adenoviiruse sees olnud koroonaviiruse DNA viiakse rakutuuma (4), kus DNA-l oleva info põhjal sünteesib ensüüm nimega RNA polümeraas (sinine ovaalne) koroonaviiruse mRNA (5).
See liigub rakutuumast välja, kus ribosoomid panevad mRNA-l oleva info põhjal kokku koroonaviiruse valgu (6). See omakorda saab immuunvastust tekitavaks antigeeniks. Lipiidses nanoosakeses olnud mRNA puhul alustab ribosoom mRNA rakku jõudmisel kohe selle põhjal valgusünteesi. Joonis on tehtud Biorenderi abiga.
Allikas: ERR