ایمونوتکنولوژی، بازوی ایمنی بیوتکنولوژی

 

🧬مبحث: بیوتکنولوژی 📝مقاله قبلی: ژن درمانی در قدم اول حذف بیماری‌های ژنتیکی 📝مقاله بعدی: ابداع تاریخ ساز در میان اقیانوس؛ همه چیز درباره ی واکسن ویروس پاپیلومای انسانی (HPV) 💻مدرسه تکمیلی: مدرسه مقدماتی و پیشرفته بیوتکنولوژی 🖊شماره مقاله: 17

فناوری ایمنی یا ایمونوتکنولوژی از تلاقی دو رشته بیوتکنولوژی و ایمونولوژی به وجود آمده است. آینده واکسن‌ها و ایمن سازی بدن در برابر بیماری‌های عفونی و حتی غیرعفونی تا حد زیادی به این حوزه گره خورده است.

با پیشرفت هرچه بیشتر علم، از واکسن‌های سنتی دور می‌شویم و به سمت واکسن‌های بیوتکنولوژی قدم برمی‌داریم. از اهمیت مونوکلونال آنتی‌بادی‌ها و ارزیابی ایمنی هم نمی‌توان غافل شد.

طبق اطلاعات سایت مشاغل بیوتکنولوژی 229 شرکت در زمینه ایمونولوژی فعالیت می‌کنند که در ساخت پادتن‌ها، ایمونوتراپی، درمان سرطان، کووید19 و واکسن‌ها فعال هستند.

ایمونوتکنولوژی در رمزگشایی مکانیسم‌های تحت سرکوب بیماری، شناسایی و ایجاد اهداف درمانی جدید هم نقش دارد.

در این مقاله می‌خواهیم کاربردهای بیوتکنولوژی در ایمونولوژی را بررسی کنیم.

واکسن‌‌ها خط مقدم پیشگیری:

بیایید مزایا و چالش‌هایی که واکسن‌های بیوتکنولوژی با خود دارند را بررسی کنیم.

هدف از تولید واکسن ایجاد ایمنی فعال بدون بیماری شدید فرد است. واکسن‌های بیوتک امنیت و القای ایمنی بهتری را به نسبت واکسن‌های معمول ارائه می‌کنند اما در مقابل چون تنها قسمت‌هایی از میکروب هستند، باید طی چند دوز تزریق شوند که خود برنامه واکسیناسیون را پیچیده می‌کند.

می‌دانیم تحقیق و توسعه محصولات بیوتک پرهزینه و وقت‌گیر است. بسیاری از شرکت‌های دارویی، درآمد محدود دارند و این انگیزه تولید واکسن‌های بیوتک را در آن‌ها کاهش می‌دهد.

در ادامه با انواع واکسیناسیون با استفاده از بیوتکنولوژی آشنا می‌شویم.

واکسینولوژی معکوس، نامزدهای جدید واکسن‌سازی

اولین تلاش برای واکسیناسیون معکوس با واکسن MenB شروع شد. این راه برای واکسن باکتری‌های دیگری مثل Streptococcus pneumoniae و Staphylococcus aureus مقاوم به آنتی بیوتیک، استفاده شده است.

ایده اصلی واکسیناسیون معکوس این است که با استفاده از روش‌های بیوانفورماتیک، تمام ژنوم یک عامل بیماری‌زا را برای کشف ژن‌ها، توالی‌یابی کنیم.

با استفاده از روش‌هایی مثل آنالیز مقایسه‌ای ژنوم، پروتئومیکس و... می‌توان به فاکتورهای بیماری‌زایی و نامزدهای جدید واکسن پی برد.

🖊 اگر این موضوع نظرتان را جلب کرده است، مقاله شتاب سنت و مدرنیته در کنار هم؛ نگاهی به فارماکوگنوزی معکوس را از دست ندهید.

روش‌های محاسباتی امکانی برای پیش بینی همه آنتی‌ژن‌ها، مستقل از فراوانی و ایمنی‌زایی آن‌ها، فراهم می‌کند که جنبه های جدیدی از مکانیسم‌های بیماری‌زایی نشان می‌دهد. طراحی و تولید واکسن‌های نسل بعد معلول رویکردهای ژنومی برای مطالعه میزبان خواهد بود.

واکسیناسیون زیرواحد نوترکیب

این واکسن‌ها قطعاتی از پروتئین (آنتی‌ژن) هستند که با بیان کردن دنای ویروسی در آزمایشگاه به وجود آمده اند. ابزار اصلی در تولید مواد پروتئینی نوترکیب، کلون‌سازی ژن است.

🖊 آشنایی بیشتر با کلونینگ و مهندسی ژنتیک با تدریس دکتر خلیلی

برای مثال وقتی ژن کدکننده آنتی‌ژن هپاتیت ب را به ژنوم مخمر وارد کردند، توانستند آنتی‌ژن را برداشت و خالص کنند. این آنتی‌ژن‌ها واکسنی هستند که بدون نیاز به وارد کردن میکروب کامل، ایمنی فعال ایجاد می‌کنند.

امروزه راهبردهای نوترکیب برای واکسیناسیون منفعل و استفاده از پادتن ها یا قطعاتی از آن‌ها برای جلوگیری از بیماری‌های عفونی، بسیار اهمیت پیدا کرده اند.

واکسیناسیون پروتئین نوترکیب، مرگ‌های فراموش شده

وقتی که یک پاتوژن به بدن وارد می‌شود، برای فعال‌سازی سیستم ایمنی پروتئین‌هایی تولید می‌کند. ژن مربوط به این پروتئین‌ها جدا شده و در میزبان‌هایی مثل باکتری، مخمر یا حشره تکثیر می‌شود.

با وارد کردن این پروتئین‌ها به عنوان واکسن، بدن فرد برای دفاع از خود در برابر بیماری شروع به تولید پادتن می‌کند. واکسن بیماری‌های مختلفی از این راه تولید شده است، واکسن وبا، دیفتری و کزاز تنها چند مثال از این نوع هستند که همه با آن‌ها آشنا هستند.

تا پیش از دسترسی به واکسن، دیفتری کابوسی عفونی بود که بر جهان سایه انداخته بود. کودکان بسیاری  به خاطر این بیماری میمردند و اپیدمی دیفتری تا 40% جمعیت آمریکا و اروپا را کشت. در اوایل قرن 20 بالاخره واکسنی با اثربخشی مناسب برای مقابله با این بیماری تولید شد.

برآورده ها اخیر نشان می دهند که بیش از 85% کودکان در سراسر جهان برنامه واکسن سه دوز نوزادان را دریافت می‌کنند. فراموش شدن عمده دیفتری، مدیون این‌گونه واکسن‌ها است.

واکسیناسیون با DNA

در این روش مستقیما دنای مهندسی شده که با استفاده از وکتورها کلون شده است، به بدن فرد وارد شده، باعث بروز پاسخ ایمنی می‌شود. واکسن های DNA توانایی القا طیف گسترده‌ای از پاسخ‌های ایمنی را به نسبت واکسن‌های عادی دارند.

علی رغم وجود چندین واکسن دنا که در دامپزشکی استفاده می‌شوند، هیچ کدام برای مصارف انسانی تجاری نشده‌اند. البته تحقیقاتی برای کنترل بیماری‌های عفونی و چندین سرطان در انسان در جریان است.

🖊برای مطالعه بیشتر در این زمینه می‌توانید مقاله واکسن DNA  فاصله تا استفاده بالینی چقدر است؟ را بخوانید.

واکسیناسیون با RNA، روش فایزر و مدرنا در مقابله با کرونا

واکسن‌های mRNA از رنای تولیدی ژن آنتی‌ژن یک عامل عفونی به دست می‌آیند. وقتی که mRNA به سلول میزبان وارد شود، پروتئین آنتی‌ژن ساخته شده و ایمنی را فعال می‌کند. واکسن‌های mRNA می‌توانند به سرعت به سویه‌های میکروب‌های همه گیر، پاسخ بدهند.

این نوع واکسن‌ها به نسبت واکسن‌های DNA، ایمنی بیشتری دارند زیرا فقط با عناصری که مستقیما در تولید پروتئین نیاز اند در ارتباط هستند و به سختی با ژنوم ارتباط برقرار می‌کنند. همچنین این واکسن‌ها حداکثر انعطاف‌پذیری را در تولید واکسن برای پیشگیری و درمان عفونت‌ها و سرطان‌ها فراهم می‌کنند.

شرکت های فایزر و مدرنا از جمله استفاده کنندگان تکنولوژی mRNA برای ساخت واکسن کووید 19 هستند.‌‌ اساس کار هر دو واکسن مشابه است: mRNA کدکننده پروتئین اسپایک توسط یک لایه ذرات نانو چربی محافظت می‌شود. وقتی که جذب صورت بگیرد، سلول پروتئین اسپایک را بیان کرده و پاسخ ایمنی به وجود می‌آید.

"بلافاصله پس از شروع پاندمی، فایزر توانمندی‌های شرکت را چک می‌کند تا ببیند چطور شروع کند. سالیان سال است که فایزر واکسن می‌سازد و پروسه‌ی ساخت آن رو می‌شناسند. برای همین تصمیم گرفتند از دانش بیوتک استفاده کنند."

این متن بخشی از لایو دکتر صادقی در مورد واکسن کرونای فایزر بود؛ تماشای آن به شما در این مورد اطلاعات بیشتری می‌دهد.

بیوتکنولوژی پادتن:

بسیاری از کارهای اولیه بر روی تشخیص ساختار پادتن‌ها با استفاده از اجزای بدست آمده از هضم آنزیمی آن‌ها بود. توسعه فناوری آنتی‌بادی‌های مونوکلونال قدم اساسی بود که به محققان اجازه تولید مقادیر زیاد آنتی‌بادی‌های مشخص را داد.

پادتن های پلی و مونوکلونال

اگر 10 داروی پرفروش دنیا در چند سال گذشته را سرچ کنید، اسم هفت داروی مونوکلونال آنتی بادی را در این بین می‌بینید. احتمالا راجع به تاثیر این داروها در درمان COVID-19 نیز چیزهای زیادی شنیدید.

وقتی یک حیوان بیمار می‌شود، سیستم ایمنی فعال شده و از کلون‌های مختلف سلول‌های B، پادتن می‌سازد. از آنجا که کلون‌های مختلفی از سلول‌های B در بدن وجود دارند، پادتن‌ها نیز با هم فرق دارند؛ مثلا در تمایل و خاصیت اپی‌توپ آنتی‌ژن (قسمتی از یک آنتی‌ژن که توسط سیستم دفاعی تشخیص داده می‌شود) متفاوت اند. این گونه پادتن‌ها را پلی‌کلونال می‌نامند.

در مقابل، اگر همه پادتن‌ها از یک کلون سلول‌های B ایجاد شوند، ویژگی و میل یکسان داشته و مونوکلونال نامیده می‌شوند.

سلول‌های B پادتن‌ ساز، عمر محدودی دارند اما جورج کوهلر و سزار میلشتاین توانستند راهی پیدا کنند که آن‌ها را جاودانه کنند!

سلول‌های میلوما آنتی‌بادی ترشح نمی‌کنند و در شرایط آزمایشگاهی به طور نامحدود ایجاد می‌شوند. کوهلر و میلشتاین فهمیدند که اگر سلول B پادتن‌ساز را به میلوما متصل کنند، سلول‌های هیبریدی نامیرا ایجاد می‌شوند. این فناوری هیبریدوما نام دارد.

پادتن‌های مونوکلونال در پیشگیری، تشخیص و درمان بیماری‌ها استفاده می‌شوند. برای مثال از آن‌ها برای تشخیص زیرمجموعه‌های سلول‌های B و T استفاده می‌شود که در شناسایی انواع سرطان خون مفید است.

حقه پادتن‌های کیمریک به سیستم ایمنی

ابتدا پادتن‌های مونوکلونال تماما از سلول‌های موش ساخته می‌شدند. این پادتن‌ها برای اهداف درمانی دارای یک نقص مهم هستند.

سیستم ایمنی بدن انسان این پادتن‌ها را عامل خارجی تشخیص داده و در برابر آن ها پاسخ ایجاد می‌کند. اگرچه در کوتاه مدت می‌تواند اثر درمانی داشته باشد اما در طولانی مدت ممکن است بی فایده شود.

دانشمندان برای حل مشکل به نوعی بدن را با استفاده از ترکیب قطعات پادتن‌های موش و انسان گول زدند. به این محصولات نیمه حیوانی و نیمه انسانی پادتن‌های کیمریک (Chimeric Antibodies) می‌گویند.

به مرور قطعات انسانی در پادتن‌ها بیشتر شد و عنوان آن‌ها هم به دنبال این تغییر به پادتن‌های انسانی تبدیل شد. در حال حاضر برخی پادتن‌های مونوکلونال تماما انسانی شده‌اند و این بدین معنا است که امن‌تر و موثرتر عمل می‌کنند.

در روش های جدیدتر به جای پادتن‌های کامل از قطعات آن‌ها استفاده می‌کنند زیرا این قطعات در رسیدن به تومور عملکرد بهتری دارند. آزمایشات بالینی درمان با پادتن‌های مونوکلونال، تقریبا برای تمامی انواع سرطان صورت می‌گیرد.

ارزیابی ایمنی:

ایمونولوژی راه‌هایی برای تشخیص بیماری‌های مختلف در انسان و حیوان، پیش پای ما قرار می‌دهد.

سلول‌های هیبریدوما را به یاد دارید؟ پادتن‌های تولید شده از آن‌ها کلید موفقیت این گونه ارزیابی‌های ایمنی است.

اساس این تست‌ها قابلیت اتصال پادتن‌ها به آنتی‌ژن‌ها است؛ این ویژگی به شما نشان می‌دهد که آنتی‌ژنی در سلول، بافت یا محلولتان وجود دارد یا نه.

اگر صرفا یک پاسخ بله یا خیر لازم دارید از سنجش‌های کیفی و اگر می‌خواهید از مقدار دقیق آنتی‌ژن خبردار شوید از سنجش‌های کمی استفاده کنید.

🖊 مطالعه بیشتر درباره ارزیابی ایمنی

در آخر

با بررسی کاربردهای متنوع ایمونوتکنولوژی به گستردگی و اهمیت این حوزه پی بردیم. بسیاری از بیماری ها هنوز با واکسیناسیون کنترل نشده اند و بیماری های جدیدی از طریق تکامل و جهش ظاهر خواهند شد اما خوشبختانه فناوری های زیستی امکان بهبود کیفیت واکسن ها و گسترش کاربرد آن ها را به ما می دهند.

علی رغم پیشرفت های بسیار هنوز واکسن بی نقصی تولید نشده است. آنچه در پیشرفت این حوزه مورد اهمیت است غلبه بر چالش های تولید، توزیع و تنظیم است. به ساخت پادتن و اهمیت آن در درمان و تشخیص بیماری نیز پرداختیم که از دیگر زمینه های مورد اهمیت در ایمونوتکنولوژی است.