Нанотехнологии – путь к созданию новых вакцин для птицеводства

Придыбайло Н.Д. – научный консультант НПП «АВИВАК», д.в. н., профессор

В промышленном птицеводстве иммунопрофилактика является одним из основных методов борьбы с инфекционными болезнями птиц. Применение с этой целью живых и инактивированных вакцин приводит, как правило, к стимуляции не только специфических, но и неспецифических факторов и механизмов иммунитета, обеспечивая противоэпизоотическое благополучие птицехозяйств.

Основные достижения в разработке вакцин для птиц пришлись на 50-90-е годы прошлого столетия, когда были получены специфические биопрепараты против большинства известных возбудителей болезней. Необходимо отметить, что на сегодняшний день эффективность ряда уже известных вакцин становится недостаточной из-за появления новых эпизоотических штаммов возбудителей болезней , быстрого «старения» при неудовлетворительном подборе защитных сред для лиофилизации или инактивации антигена,что приводит к сокращению сроков их хранения , возможна повышенная реактогенность у птицы, ввиду недостаточной очистки от балластных веществ.

Ведущие биопредприятия и фирмы по производству вакцин постоянно их совершенствуют, повышая, прежде всего качество по основным показателям: иммуногенности и безопасности для птицы. Иммунитет, создаваемый отдельными вакцинами, может быть недостаточно напряженный и длительный, как и нет абсолютно безопасных вакцин. Поэтому дальнейший прогресс в вакцинологии основывается на научных достижениях, одними из которых является нанотехнологии.

Нанотехнологии – это наука об очень маленьких объектах, которая включает в себя создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров (1).Благодаря достижениям современной физики, химии и биологии, на основе которых созданы нанотехнологии, возможно манипулирование молекулами, группами атомов и отдельными атомами. Эта наука из фантастики постепенно превращается в реальность.

Получившие применение в практике инженерно – спроектированные микроскопические наночастицы подразделяются на следующие группы: полимерные, керамические, металлические, углеродные (фуллерены и нанотрубки), липосомы, суспензии и др.

Экспериментально установлено, что манипуляции с частицами в масштабах от 1до 100 нанометров (нм), получивших название наноматериалов ( наночастицы, нанокапсулы, нанотрубки, дендримеры и др), позволяет присоединить к ним лиганды направленного действия( антигены или антитела), проводить «точечную» доставку антигена в иммунокомпетентные органы и антигенпредставляющие клети, уменьшить его дозу и обеспечить пролонгированное действие.

В настоящее время сформулированы основные требования, которым должны удовлетворять наноматериалы в биотехнологии, а именно:

отсутствие токсичности, биосовместимость и способность к биодеградации;
диаметр частиц не более 100 нм; физическая стабильность в крови ( отсутствие агрегации);
возможность переноса малых молекул, пептидов, белков и нуклеиновых кислот;
невысокая стоимость производства.

Наноматериалы обладают комплексом уникальных физических и химических свойств, которые часто радикально отличаются от свойств веществ в обычном (макродисперсном) состоянии: высокой адсорбционной емкостью, химической реакционной и каталитической активностью, способностью к аккумуляции. Уникальные свойства наночастиц позволяют надеяться, что они займут ведущее место в современной биотехнологии приготовления вакцин для птицеводства.

Прежде чем определить место нанотехнологий в производстве вакцин для птицеводства, рассмотрим кратко технологию их изготовления, которая заключается в следующем:

подбор кандидатов в вакцинные штаммы, адаптация и аттенуация их на культурах клеток, куриных и других видах эмбрионов и птице;
получение протективных антигенов в виде цельных вирусов, бактерий

простейших,их субъединичных фракций или синтетически сконструированных фрагментов, выделение ДНК, РНК или генов, в том числе полученных в рекомбинантном виде , и их переносчиков(плазмиды, липосомы и др.);

выбор состава защитных сред, обеспечивающих лиофилизацию и послед дующее хранение живых клеток, адъюванта и инактивата.
получение готового биопрепарата и проведение небходимых контролей.

Применение нанотехнологий может найти место на любом из представленных нами этапов изготовления вакцин для птицеводства. На первом этапе это добавление в культуральную среду наноматериалов для лучшей солюбилизаци, с целью повышения ростовых свойств клеточных культур, пролонгированного действия вакцинных штаммов и увеличения их инфекционной активности, деконтаминации инфекционных агентов с помощью включенных в липосомы антибиотиков. На последующих двух этапах нанотехнологии позволят применить препараты, способные избирательно связываться с молекулами ДНК РНК, определенными генами, субъединичными и искусственными антигенами. Так, углеводородные фуллерены (1 нм сфера из атомов углерода) могут быть использованы в качестве несущего элемента, что обусловлено одной из уникальных особенностей его молекулы проявлять мощные адгезивные свойства и способствовать образованию кластеров. Большая поверхность позволяет присоединять к фуллерену различные антигены. (2), а также дезактивировать свободные радикалы (3), которые являются одной из главных причин, вызывающих преждевременное снижение инфекционной активности лиофилизированных вакцин (4).

К другими известным нанопереносчикам относятся полимерные соединения – поливинилпирролидон, полибутилцианоакрилат, хитозан; фосфолипидные липосомы, цитокины и др. Большинство из названных здесь наноматериалов обладает выраженными адъювантными свойствами и их введение в состав вакцин обеспечивает повышенный защитный эффект, в том числе и с помощью увеличения титра антител.

Автором этого обзора накоплен опыт использования фосфолипидных липосом, которые применяются для введения вакцин и лекарственных средств. Липосомы – искусственные липидные оболочки, состоящие из одного или более концентрических липидных слоев, благодаря чему они имеют сходство с составом и строением клеточных мембран организма. Чаще всего для их построения используют фосфатидилхолин (ФХ), который получают из желтка яиц или фосфатидного концентрата сои. В Российском НИИ гематологии и трансфузиологи РАМН из фосфатидного концентрата сои и L – токоферола получена липосомальная суспензия «Липоферол»(патент РФ № 2071765).. Размер таких липосом составляет 10-50нм. Нами получен патент РФ №2138290 на вирусвакцину сухую липосомальную из штамма «ВНИИБП» против инфекционного ларинготрахеита птиц (ИЛТ), которая зарегистрирована в РФ и применяется в производстве. Перспективу также представляет защитнная среда на основе суспензии «Липоферол» с целью изготовления вирусвакцин в птицеводстве( патент РФ № 2306949). На ее основе в эксперименте с положительным результатом испытана ассоциированная липосомальная вакцина вакцины против ньюкаслской болезни из штамма « Ла Сота» и ИЛТ из штамма «ВНИИБП»(5).

Очень важным моментом может стать применение нанотехнологий для дезинфекции используемого оборудования при производстве вакцин, особенно в воздуховодах, трубопроводах и канализационных системах .Кандидатом для этих целей называются ионы серебра.

С учетом того, что вещества в ультрадисперсном состояни потенциально могут оказывать отрицательное действие на живые организмы (6), их применение регламентировано нормативным документом. О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ № 54 от 23.07.07(7).

Л И Т Е РА Т У Р А
Третьяков Ю.Д. Проблема развития нанотехнологий в России и за рубежом. Вест. РАН ,2007, 1:3–11 Андреев С М , Башкатов Ю.Н., Гарманова А.В. и др. Фуллерен как структурный элемент вакцин. Росс. иммун. журн., 2008, 2, 2–3 : 336
Пиотровский А.Б.,Киселев О.И.Фуллерены в биологии , Росток, С-Пб, 2006 Опарин Ю.Г. Поиск оптимальных методов лиофилизации.Биотехнол,1996,7, : 3–13 Придыбайло Н.Д. Перспективы использования нанотехнологий в птицеволстве.Птицеводство, 2008, 7:32–33
Дурнев А.Д. Токсикология наночастиц. БЭБМ, 2008, 145, 1:78–80
Онищенко Г.Г. Кутырев В.В., Уткин Д.В. Правовые и теоретические предпосылки применения нанотехнологии и наноматериалов в диагностике, профилактике и лечении особо опасных инфекционных болезней. ЖМЭИ, 2008, 6:93–97.

Подготовлено по материалам «Vого Международного Ветеринарного Конгресса по Птицеводству» для webmvc.com