ワクチン

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背景

ウイルス性疾患から保護するためのワクチンの開発は、現代医学の特徴の1つです。最初のワクチンは、天然痘に対する保護を提供するために、1796年にエドワードジェンナーによって製造されました。ジェンナーは、比較的無害な感染症である牛痘にかかった乳搾り女が、非常に高い死亡率で定期的に流行レベルに達した天然痘に耐性があるように見えることに気づきました。

ジェンナーは、動物の病気である牛痘は天然痘に似ていると（正しく）理論づけました。彼は、牛痘ウイルスの注射に対する人間の反応は、大きな病気や死を引き起こすことなく、どういうわけか人体に両方のウイルスに反応するように教えるだろうと結論付けました。今日、天然痘は完全に根絶されています。この毒性ウイルスの凍結サンプルは2つしか存在せず（1つは米国、もう1つはロシア）、1995年半ばの時点で、サンプルを破壊するか、さらなる実験室研究のために保管するかについて深刻な科学的議論があります。

ウイルスは、RNA（リボ核酸）および/またはDNA（デオキシリボ核酸）のごく一部であり、細胞の成長と繁殖の方法を指示するすべての生細胞の物質です。ウイルスはそれ自体では繁殖できませんが、宿主細胞の核を乗っ取り、細胞に追加のウイルスを作るように指示することによってのみ繁殖します。ウイルスが生物にうまく侵入すると、宿主の細胞増殖プロセスを引き継ぎます。

通常の状況下では、人体はいくつかの異なる方法でウイルスの侵入に反応します。ウイルスに対する一般的な免疫は、ウイルスの侵入の標的となる体内の細胞によって発生する可能性があります。この状況では、ウイルスが宿主細胞にアクセスするのを防ぎます。より一般的な保護は、侵入するウイルスの効力を破壊または制限する血液およびリンパ細胞を発達させる身体の能力です。多くの場合、感染した人体は将来特定のウイルスにどのように反応するかを「学習」するため、特に比較的良性のウイルスによる単一の感染は、通常、同じウイルスからの追加の侵入にどのように反応するかを体に教えます。たとえば、一般的な風邪は、数百のウイルスの1つによって引き起こされます。風邪から回復した後、ほとんどの人は特定の風邪を引き起こした特定のウイルスに耐性がありますが、同様の風邪ウイルスは依然として同様または同一の症状を引き起こします。一部の無害なウイルスの場合、人は目に見える病気になることなく免疫を発達させることさえあります。

ウイルスファミリー

通常、特定のウイルスにはいくつかのバリエーションまたは株があります。品種の数に応じて、生物学者はウイルスを種類または株としてグループ化する場合があります。ワクチンは、関連するウイルスの複数のグループから作られることがよくあります。多価ワクチン接種に対する予防反応は、おそらくグループのほとんどすべての変異体、または少なくとも人が遭遇する可能性のある変異体に対する免疫を引き起こすでしょう。ワクチンに使用するグループの特定のメンバーの選択は、入念な注意と慎重さをもって行われます。

製造
プロセス

今日のアンチウイルスワクチンの製造は、骨の折れる作業の後でも複雑なプロセスです。 実験室で潜在的なワクチンを作成するタスク。潜在的なワクチンを少量製造することから、製造状況で数ガロンの安全なワクチンを製造することへの変化は劇的であり、単純な実験手順は「スケールアップ」状況に適さない場合があります。

シード

• 1製造は、少量の特定のウイルス（またはシード）から始まります。ウイルスには、他の同様のウイルスや同じ種類のウイルスのバリエーションを含む不純物が含まれていてはなりません。さらに、シードは「理想的な」条件下で維持する必要があります。通常は凍結して、ウイルスが必要以上に強くなったり弱くなったりするのを防ぎます。小さなガラスまたはプラスチックの容器に保管すると、わずか5または10立方センチメートルの量ですが、数百万とまではいかなくても数千のウイルスが含まれているため、最終的には数百リットルのワクチンになります。冷凍庫は指定された温度に維持されます。冷凍庫の外にあるチャートやダイヤルは、温度の継続的な記録を保持します。冷凍庫の温度が範囲外になると、センサーが可聴アラーム信号やコンピューターアラームを鳴らします。

ウイルスの増殖

• 2慎重に指定された条件下（つまり、室温または水浴）でシードウイルスを解凍して温めた後、少量のウイルス細胞を「セルファクトリー」に入れます。適切な培地を加えると、ウイルス細胞が増殖します。各タイプのウイルスは、製造前の実験手順で確立された特定の培地で最もよく増殖しますが、すべてのウイルスには、牛の血液から精製されたタンパク質など、何らかの形で哺乳類のタンパク質が含まれています。この培地には、ウイルス細胞の繁殖を促進する他のタンパク質や有機化合物も含まれています。ウイルスに関する限り、細胞工場の培地は生殖のための宿主です。適切な培地と適切な温度で、所定の時間で混合すると、ウイルスは増殖します。
• 3温度に加えて、混合物のpHなどの他の要因を監視する必要があります。 pHは、酸性度または塩基性度の尺度であり、0〜14のスケールで測定されます。ウイルスは、セルファクトリ内で定義されたpHに維持する必要があります。普通の水、 酸性でも塩基性（中性）でもpHは7ではありません。それほど大きくはありませんが（おそらく4〜8クォートのポットのサイズ）、それに接続されているバルブ、チューブ、センサーの数は非常に多いです。センサーはpHと温度を監視し、pHを維持するために酸素などの媒体や化学物質を追加するためのさまざまな接続、顕微鏡分析のためにサンプルを取り出す場所、およびセルファクトリのコンポーネントを追加して中間製品を引き出すための滅菌装置があります準備ができています。
• 4次に、細胞工場からのウイルスを培地から分離し、さらに増殖させるために2番目の培地に入れます。 40年または50年前の初期の方法では、混合物を保持するためにボトルが使用され、結果として成長したのは、培地に浮遊するウイルスの単層でした。ウイルスが増殖しているときにボトルを回転させると、ボトルのすべての内面にウイルスの層が増殖するため、さらに多くのウイルスが生成される可能性があることがすぐに発見されました。 1940年代の重要な発見は、培地への酵素の添加によって細胞増殖が大幅に刺激されることでした。培地の中で最も一般的に使用されているのはトリプシンです。酵素は、細胞の摂食と成長の触媒としても機能するタンパク質です。

  現在の慣行では、ボトルはまったく使用されていません。成長するウイルスは、細胞工場よりも大きいが類似した容器に保管され、ウイルスが付着する可能性のある微細な粒子の近くにある「ビーズ」と混合されます。ビーズを使用すると、ウイルスに付着する領域がはるかに大きくなり、その結果、ウイルスの増殖がはるかに大きくなります。セル工場と同様に、温度とpHは厳密に管理されています。ウイルスの増殖に費やされる時間は、生成されるウイルスの種類によって異なり、いずれの場合も、製造元の厳重に守られた秘密です。

分離

• 5十分な数のウイルスが存在する場合、それらは1つまたは複数の方法でビーズから分離されます。ブロスは、ウイルスが通過するのに十分な大きさであるが、ビーズが通過するのを防ぐのに十分小さい開口部を備えたフィルターを通過するように強制される場合があります。混合物を数回遠心分離して、容器内のビーズからウイルスを分離し、そこからウイルスを引き抜くことができます。さらに別の代替案は、ビーズ混合物を、ウイルスをビーズから洗い流す別の媒体で満たすことである可能性がある。

菌株の選択

最終的なワクチンは、弱毒化（弱毒化）ウイルスまたは死滅ウイルスのいずれかで作られます。どちらを選択するかは、得られるワクチンの有効性やその二次的効果など、いくつかの要因によって異なります。原因ウイルスの新しい亜種に対応してほぼ毎年開発されているRuワクチンは、常に弱毒化ワクチンです。ウイルスの病原性が選択を決定する可能性があります。たとえば、狂犬病ワクチンは常に不活化ワクチンです。

• 6ワクチンが弱毒化されている場合、ウイルスは通常、製造プロセスを経る前に弱毒化されます。厳選された菌株は、さまざまな培地で繰り返し培養（増殖）されます。成長するにつれて実際に強くなるウイルスの株があります。これらの菌株は、弱毒化ワクチンには明らかに使用できません。他の菌株は繰り返し培養されると弱くなりすぎ、これらもワクチンの使用には受け入れられません。 Goldilocksが好んだお粥、椅子、ベッドのように、一部のウイルスだけが「ちょうどいい」ものであり、ワクチンの使用に受け入れられるレベルに達し、強度は変化しません。最近の分子技術により、分子操作による生ウイルスの弱毒化が可能になりましたが、この方法はまだまれです。
• 7次に、ウイルスは増殖した培地から分離されます。いくつかの種類のワクチン（ほとんどがそうであるように）は、包装する前に組み合わされます。患者に与えられるワクチンの実際の量は、それが与えられる培地と比較して比較的少量になります。たとえば、注射可能なワクチンに水、アルコール、またはその他の溶液を使用するかどうかの決定は、安全性、不妊症、および安定性について繰り返しテストした後に行われます。

品質管理

ワクチンの純度とワクチンを製造および包装する作業員の安全の両方を保護するために、手順全体を通して実験室の清浄度の状態が観察されます。ウイルスと培地のすべての移送は滅菌条件下で行われ、使用されるすべての器具はオートクレーブ（熱によって生物を殺す機械であり、宝石箱のように小さいか、またはエレベーターのように大きい場合があります）で滅菌されます。 使用前と使用後。手順を実行する作業者は、使い捨てのタイベックガウン、手袋、ブーツ、ヘアネット、フェイスマスクなどの保護服を着用します。製造室自体は、空気中の粒子の数が最小限になるように特別に空調されています。

承認プロセス

処方薬が米国で販売されるためには、製薬会社は法律によって確立され、食品医薬品局（FDA）によって施行された厳格なライセンス要件を満たさなければなりません。

すべての処方薬は3段階の試験を受ける必要がありますが、第2段階のデータを使用して第3段階の要件を満たすことができる場合もあります。フェーズ1のテストでは、薬が安全であること、または少なくともその投与によって有害または予期しない影響が発生しないことを証明する必要があります。薬がフェーズIのテストに合格した場合、次に有効性をテストする必要があります。つまり、本来の目的を果たす必要があります。役に立たない、または効果がないと主張する薬を販売することはできません。最後に、フェーズIIIテストは、薬または薬の有効性を定量化するように設計されています。ワクチンの有効性は100％に近いと予想されますが、処方医がオッズを知っている限り、有効性が限られている場合でも、特定の薬は許容できる可能性があります。

製造プロセス全体は、製造現場自体を訪問するだけでなく、手順の記録を調べるFDAによって注意深く見直されます。製造プロセスの各ステップを文書化する必要があり、製造業者は製造プロセスの「管理状態」を実証する必要があります。これは、プロセスのすべてのステップについて綿密な記録を保持する必要があり、プロセスの各ステップについて書面による指示がなければならないことを意味します。重大なエラーの場合を除いて、FDAはプロセスの各ステップが正しいかどうかを判断しませんが、それが安全であり、製造業者が規定するように実行するのに十分に文書化されていることだけを判断します。

未来

使用可能で安全な抗ウイルスワクチンの製造には多くのステップが含まれますが、残念ながら、すべてのウイルスに対して常に実行できるとは限りません。やるべきことや学ぶべきことはまだたくさんあります。分子操作の新しい方法により、複数の科学者は、ワクチン技術が「黄金時代」に入ったばかりであると信じるようになりました。将来的には、既存のワクチンの改良が可能です。たとえば、狂犬病ワクチンは、ワクチンを大量免疫に不十分にする副作用を引き起こします。米国では、狂犬病ワクチンは現在、感染した動物からウイルスに感染し、免疫化なしで致命的な病気を発症する可能性が高い患者にのみ使用されています。

生物学者がエイズを引き起こすと信じているHIVウイルスは、現在、従来のワクチン製造方法に適していません。エイズウイルスはある株から別の株へと急速に変異し、どの株も他の株に対する免疫を与えるようには見えません。さらに、弱毒化または死滅したウイルスの限定された免疫効果は、実験室または試験動物のいずれにおいても実証することができません。 HIVワクチンはまだ開発されていません。