Jak działają szczepionki: nauka, główne typy i historia wyjaśnione

Szczepionki działają poprzez pokazanie układowi odpornościowemu nieszkodliwej wersji antygenu patogenu — części bakterii lub wirusa, którą organizm rozpoznaje jako obcą — zgodnie z europejskim biurem regionalnym Światowej Organizacji Zdrowia. Ta ekspozycja uczy układ odpornościowy bez powodowania samej choroby.

Mechanizm odporności

Kiedy układ odpornościowy spotyka antygen, białe krwinki zwane limfocytami B wytwarzają przeciwciała ukształtowane tak, aby wiązać się z tym konkretnym antygelem, wyjaśnia WHO Europa. Te przeciwciała mogą bezpośrednio zablokować patogen lub oznaczyć go do zniszczenia przez inne komórki układu odpornościowego, takie jak fagozyty.

Układ odpornościowy również przechowuje 'komórki pamięci' po tym kontakcie. WHO Europa zwraca uwagę, że u niezaszczepionej osoby pierwsza naturalna infekcja może potrwać siedem do dwunastu dni, zanim organizm wytworzył efektywną obronę — opóźnienie, podczas którego może dojść do poważnej choroby lub śmierci. Szczepienie pozwala odpowiedzi z pamięci ukształtować się z wyprzedzeniem, więc późniejszy kontakt z rzeczywistym patogenem wyzwala szybszą, silniejszą reakcję. WHO Europa dodaje, że odporność z tej pamięci może trwać lata, dekady lub całe życie, chociaż podkreśla, że rutynowe szczepionki są 'bardzo efektywne', ale 'żadna nie jest w 100% efektywna', dlatego niektóre szczepionki wymagają wielu dawek.

Odporność bierna a czynna

Różowy poradnik CDC, podręcznik referencyjny agencji dotyczący chorób zapobieganych szczepieniami, wyróżnia dwie drogi do odporności. Odporność bierna pochodzi od przeciwciał wytwarzanych przez inne źródło, takie jak płód otrzymujący przeciwciała matczyne podczas ciąży; daje to natychmiastową, ale tymczasową ochronę, która zanika w ciągu tygodni do miesięcy. Odporność czynna rozwija się, gdy układ odpornościowy danej osoby reaguje — albo na naturalną infekcję, albo na szczepionkę — i ze względu na pamięć immunologiczną, zwykle trwa lata lub całe życie.

Główne typy szczepionek

Poradnik CDC Pink Book grupuje większość tradycyjnych szczepionek w dwie szerokie kategorie. Żywe osłabione szczepionki zawierają osłabioną formę wirusa lub bakterii, która nadal się replikuje w organizmie, wytwarzając odpowiedź immunologiczną, którą poradnik opisuje jako 'praktycznie identyczną' naturalnej infekcji; zazwyczaj wymagają tylko jednej zastrzyku. Nieaktywne szczepionki nie mogą się replikować i występują w kilku podtypach: szczepionki całokomórkowe wykorzystują zabite patogeny (przykłady obejmują szczepionki przeciwko polio, zapaleniu wątroby typu A i wściekliźnie); szczepionki podjednostkowe wykorzystują tylko ochronne części organizmu (grypa, pneumokoki); szczepionki toksoidu wykorzystują inaktywowaną toksynę bakteryjną (błonica, tężec); szczepionki koniugowane chemicznie łączą polisacharyd z białkiem nośnym, aby poprawić odpowiedź u małych dzieci; a szczepionki rekombinantne wykorzystują technologię DNA do produkcji specyficznych antygenów (zapalenie wątroby typu B, HPV).

Dwie nowsze platformy były szeroko używane podczas pandemii COVID-19. Wytyczne CDC dotyczące szczepionek COVID-19 wyjaśniają, że szczepionki mRNA, użyte w szczepieniach Pfizer-BioNTech i Moderna, dostarczają instrukcje genetyczne utworzone w laboratorium, które kierują komórkami mięśni, aby krótko wytwarzały nieszkodliwą część białka kolca wirusa; układ odpornościowy następnie reaguje na to wyświetlone białko zanim sama mRNA zostaje rozłożona i usunięta z organizmu. Szczepionki na bazie podjednostkowego białka, takie jak Novavax, zamiast tego bezpośrednio wstrzykują kawałek białka kolca wraz z adiuwantem, który wzmacnia odpowiedź immunologiczną.

Pochodzenie: od wariacji do szczepionki Jennera

Praktyka celowego narażania ludzi na łagodną formę choroby w celu zapobiegania poważnemu przypadkowi poprzedza szczepienia nowoczesne o wiele wieków. Zasób WHO dotyczący historii szczepień wskazuje, że wariacja — użycie materiału z ospy w celu wywołania łagodniejszej infekcji — może sięgać nawet 200 roku p.n.e., z udokumentowanymi technikami w Chinach w połowie lat 1500-ych i w Indiach w XVIII wieku. Lady Mary Wortley Montagu wprowadziła tę praktykę do Europy w 1721 roku po obserwacji jej w Imperium Osmańskim, a w koloniach amerykańskich technika ta, znana przez zniewolonych Zachodnioafrykańców, była promowana przez Cottona Mathera podczas wybuchu w Massachusetts w 1721 roku.

Nowoczesna szczepionka pojawiła się w maju 1796 roku, kiedy angielski lekarz Edward Jenner zaszczepił ośmiolatka Jamesa Phippsa materiałem z ospicy na ręce dojątki Sarah Nelmes, zgodnie ze stroną historii WHO. Dwa miesiące później, w lipcu 1796 roku, Jenner celowo narażył Phippsa na działanie materiału ospicy; Phipps nie rozwinął choroby, czyniąc go, w relacji WHO, 'pierwszą osobą zaszczepionym przeciwko ospicy'. Do 1801 roku dalsze badania potwierdziły skuteczność tej metody.

Od obowiązkowego szczepienia do globalnej eradykacji

Według WHO, obowiązkowe szczepienie przeciwko ospicy rozpoczęło się w Brytanii i częściach Stanów Zjednoczonych w latach 40. i 50. XIX wieku. W latach pięćdziesiątych XX wieku wersja szczepionki stabilna termicznie, wysuszona na zamrażakę, wyeliminowała potrzebę stałego chłodzenia, wspierając szerszą dystrybucję. WHO wezwała do globalnej eradykacji ospy w 1958 roku, a Intensywny Program Eradykacji Ospy rozpoczął się w 1967 roku, używając szczepionki wysuszonej na zamrażakę opracowanej w Związku Radzieckim.

Choroba została wyeliminowana region po regionie: z Ameryki Południowej w 1971 roku, z Azji w 1975 roku i z Afryki w 1977 roku, podaje oś czasu WHO. Światowa Organizacja Zdrowia oficjalnie ogłosiła ospę wyeliminowaną w 1980 roku — jedyną ludzką chorobę wyeliminowaną poprzez szczepienie do dzisiaj, według WHO.