Жизненный цикл вакцин против гриппа

Как все знают, наверно, вакцину от гриппа каждый год создают заново: по одинаковым технологиям, но с разными штаммами гриппа. Вот так выглядит ежегодный календарь производства вакцины:


Еще в январе компании начинают производство первого штамма для вакцины. Выбор штамма они делают на собственный страх и риск, никто им не гарантирует, что именно этот штамм окажется в вакцине. В феврале происходит заседание ВОЗ, которые выдают рекомендации о том, какие штаммы следует включать в вакцину. В конце февраля-начале марта каждая страна решает сама следовать ли им рекомендациям ВОЗ или выбрать другие штаммы. После этого решения штаммы известны и процесс включается на полную мощность. Примерно 4 месяца уходят на производство трех (или четырех, если вакцина квадривалентная) штаммов, контроль качества, и смешивание их в нужных (не всегда равных) пропорциях. Еще примерно месяц уходит на расфасовку. Конечный продукт нужно протестировать в волонтерах на безопасность, лицензию выдают только после такого испытания. И еще месяц на распространение по всей стране. Если все идет гладко, то первые дозы вакцины оказываются на местах в середине августа, но основные объемы таки распространяются в сентябре-октябре, как раз к началу сезона вакцинации.

Надо отметить, что производство вакцины от гриппа это потрясающе сложный процесс. Он требует детального планирования и в нем много ступеней, и ошибка на каждой из ступеней ведет к тому, что компания не сможет произвести вовремя требуемое количество вакцины. А это не только денежные потери, но и негативное освещение в новостях, потенциальные разборки в конгрессе, и прочие неприятности. При этом многие шаги в этом процессе зависят не от производителей, а от международных и государственных структур, занимающихся наблюдением за вирусом, а также от регуляторных агентств разных стран.

Такой плотный календарь, практически не допускающий ошибок или задержек, связан с тем, что вакцину от гриппа производят очень старой технологии: выращивая вирус гриппа в огромных количествах в куриных эмбрионах. Весь процесс автоматизирован до предела — человеческие руки яиц практически не касаются, инокуляция, сбор вируса, его инактивация и очищения почти полностью автоматизированы. Но сама биология процесса требует определенного времени, которое сократить невозможно.

Большинство человеческих штаммов очень плохо растут в куриных эмбрионах, их нужно специально адаптировать для производства. Для адаптации, куриные эмбрионы заражают одновременно двумя штаммами – выбранным для вакцины и способным хорошо размножаться в эмбрионах. Генетический материал этих двух вирусов перемешивается и получаются самые разные химерные вирусы. Их клонируют, отбирают тех, что несут нужный ген HA, и тестируют каждый клон на репликацию в эмбрионах. Самый лучший клон отбирают для производства. Для многих штаммов гриппа подобные клоны уже существуют, но если принимается решение включить в вакцину какой-то новый штамм, то время необходимое для создания стартового клона следует добавить к времени производства.

Планирование производства затрудняется тем, что разные штаммы растут с разной продуктивностью и поэтому для производства разных штаммов требуется разное количество яиц. Заказывать яйца надо за 6 месяцев до начала производства (то есть в августе-сентябре предыдущего года), потому что используются не абы какие яйца, а яйца от куриц выращенных в специальных стерильных условиях и производителям надо заранее планировать, сколько таких куриц им будет нужно для выполнения заказа. В последнюю минуту изменить заказ невозможно. Заказал слишком мало – не сможешь произвести вакцину в нужном количестве, слишком много – несешь потери на закупке ненужных яиц.

Уже довольно давно компании и академические ученые работают над новыми подходами к производству вакцины от гриппа. Разрабатывают разные системы клеточных линий и векторов, которые бы позволили более гибкое или более быстрое производство, не связанное с яйцами. Эти системы тестируются и показывают хорошие результаты но, насколько я понимаю, пока что все они существенно дороже производства в яйцах и поэтому компании не спешат переходить на эти методы.

Раз уж зашла речь о деньгах. Часто говорят о том, какой это гигантский бизнес и как фарма-компании наживаются на вакцине от гриппа. На самом деле для больших фарма-компаний вакцина от гриппа это огромная головная боль и не очень большие прибыли. Сложности с производством и планированием, и отсутствие гарантированных доходов выше я уже выше описал. К этому надо добавить, что сама ситуация с сезонным производством это отдельная проблема – компании надо постоянно придумывать чем занимать производственные мощности и специалистов в не-сезон. Дополнительной проблемой является также то, что вакцина от гриппа делается на один сезон. Если не успели или не смогли продать к ноябрю, то весь оставшийся продукт надо уничтожать. Прибыли от вакцины от гриппа традиционно ниже, чем от каких-либо других вакцин или лекарств. И вся эта морока ради очень небольших объемов продаж – суммарный мировой рынок вакцины от гриппа – 3 миллиарда долларов. Для большинства крупных производителей вакцин, вакцина от гриппа составляет меньше одного процента от их продаж. И мне приходилось слышать от некоторых людей в фарм-компаниях, что единственно почему они продолжают производить вакцину от гриппа — это давление со стороны политиков и министерств здравоохранения. Не знаю, насколько это правда, но с учетом описанного выше, допускаю что доля правды в этом возможно имеется. Но все же правильнее смотреть на производство вакцин от гриппа, как на вынужденное сотрудничество между частным и общественным секторами, в котором обе стороны держат друг друга ответственными.

Часто говорят, что специалисты предсказывают или пытаются угадать штаммы гриппа на следующий сезон. Это не так. Реальность одновременно проще и сложнее. Разберемся.

Под эгидой ВОЗ существует так называемая Global Influenza Surveillance and Response System (GISRS). В эту систему входят 143 National Influenza Centers (NICs) в 113 странах. Они каждый год анализируют двести-триста тысяч образцов от людей с респираторными инфекциями. Из них несколько тысяч образцов идут на более детальный анализ в один из шести WHO Collaborative Centers (CCs), расположенных в США, Китае, Австралии, Англии, Японии.



1. Первичная диагностика
Первым делом NICs делают ПЦР-анализ на присутствие в образце вируса гриппа. Понятно, что далеко не каждая респираторная инфекция является гриппом.
По Штатам картинка получается примерно вот такая:

Голубые столбцы — не-грипп, красные — H3N2, зеленые — инфлуенза типа B. В целом вирус гриппа находят в 25% образцов за сезон.

2. Выделение вируса и первичный анализ
Если ПЦР анализ дает положительный результат на вирус гриппа, то центр пытается выделить вирус, либо выращивая его в яйцах, либо в клеточной культуре. Для дальнейшего анализа вируса нужно вырастить его в некотором количестве. Это непростой процесс и из многих образцов выделить вирус не удается.

Для «птичьего гриппа» гриппа делается исключение. Он считается особо-опасным патогеном и поэтому его выделять и выращивать можно только в специальных центрах, NICs его не выращивают.

ВОЗ бесплатно предоставляет каждому центру набор антител, который можно использовать для того, чтобы определить к какому типу относится выделенный вирус (А или B), и если это А, то определяются варианты гемагглютинина (HA) и нейраминидазы (NA).

Лирическое отступление: Иногда приходится видеть (особенно разные безграмотные антивакцинаторы к этому склонны), что люди совершенно неправильно понимают систематизацию вирусов. Они считают, что сочетание H1N1 или H5N1 совершенно однозначно определяют вирус. Поэтому для них звучит странно «новый H5N1 вирус» — какой же он новый, если H5N1 был описан еще 40 лет назад? Между тем H1 или H5 означают лишь принадлежность одного гена в вирусе к определенному семейству. Внутри семейства H1 выделяется десяток геногрупп (и время от времени появляются новые). Внутри каждой геногруппы (например 6) выделяются под-геногруппы (6А, 6B, 6C...). Внутри каждой под-геногруппы существует постоянно-меняющееся разнообразие вирусов. Практически каждый штамм уникален и отличается от других штаммов. Различия между штаммами небольшие, между под-группами побольше, между группами еще больше, а между семействами самые большие. Поэтому вирус вполне может быть H1, но при этом совершенно новым. В дополнение к этому, помимо генов H и N, у гриппа есть еще пять генов, которые в данной классификации даже не упоминаются.

Протипировав выращенные вирусы, NICs отбирают образцы для того, чтобы послать их в WHO CCs. Отбирают их по двум критериям — центры стараются, во-первых, выбрать вирусы наиболее «типичные» для их местности, а во-вторых, наиболее «необычные» — которые плохо реагируют с присланными от ВОЗ антителами, что говорит о том, что в ВОЗ этих вирусов скорее всего еще нет.

Следующие стадии проходят в WHO CCs.

3. Получение сыворотки в хорьках
Хорьки легко заражаются гриппом и хорошо вырабатывают к нему антитела. Настолько хорошо, что для этого анализа хорьков приходится выращивать в супер-стерильных условиях BSL3 (иначе они подхватывают дикий грипп). Хорьков заражают присланными штаммами гриппа и потом берут из них сыворотку крови. По этой сыворотке мы можем судить насколько «похожи» друг на друга два варианта вируса гриппа. Если антитела из хорька, зараженного вирусом А, хорошо реагируют с вирусом Б, то эти два вируса иммунологически очень похожи друг на друга. Если плохо — то они сильно друг от друга отличаются. Если вирусы антигенно похожи друг на друга, то вакцина против одного из них с большой вероятностью защитит и от другого.

Таким образом можно не только сравнить друг с другом штаммы из свежих образцов, но и посмотреть насколько свежие штаммы похожи на штаммы из прошлых лет и на штаммы из прошлых вакцин.

Получающийся набор попарных сравнений существует в N-мерном пространстве, но для наглядности и с некоторым упрощением его можно показать на двумерном графике, например вот так:

Карта антигенности вирусных штаммов вируса гриппа типа H1N1. Каждая точка соответствует отдельному штамму вируса гриппа. Желтым показаны вирусы 2014 года, синим - 2013 года, серым - из предыдущих лет, большая красная точка - "классический" H1N1 штамм для сравнения.
Карта антигенности вирусных штаммов вируса гриппа типа H1N1. Каждая точка соответствует отдельному штамму вируса гриппа. Желтым показаны вирусы 2014 года, синим — 2013 года, серым — из предыдущих лет, большая красная точка — «классический» H1N1 штамм для сравнения.

Эту карты антигенности можно использовать для подбора штамма для вакцины. Общий принцип таков, что мы хотим выбрать штаммы, которые находятся как можно ближе к центру распределения, потому что иммунный ответ на них даст защиту против наибольшего количества других штаммов. Но при этом нужно учитывать и другие факторы, о которых сейчас и пойдет речь.

4. Генетический анализ
Схожесть двух штаммов по вызываемому иммунному ответу не обязательно означает близкую родственность штаммов, а большие различия не обязательно означают что штаммы давно имели общего предка. Для того, чтобы лучше понимать, что именно происходит в популяции вирусов гриппа, часть штаммов секвенируют и строят филогенетические деревья. В идеале антигенная карта должна хорошо согласовываться с филогенетическим деревом. Если есть серьезные расхождения, например, если окажется, что какой-то штамм антигенно близок к другим штаммам, но генетически сильно от них отличается, то ему следует уделить особое внимание. Он может повести себя не так, как штаммы окружающие его на антигенной карте и антигенно быстро измениться в сторону от остальных.

Филогенетическое дерево генов гемагглютинина типа H1. Разными цветами помечены штаммы выделенные в разные месяцы. В названии каждого штамма указано место, где он был выделен. Черным цветом показаны стандартные штаммы. Обратите внимание на то, о чем я писал в лирическом отступлении выше — большинство штаммов друг от друга отличаются, но при этом все выделенные в этом сезоне штаммы имели ген H1 под-геногруппы 6B.

5. Анализ человеческой сыворотки
Принцип антигенного анализа, описанный выше для сывороток хорьков, можно применить и к человеческим образцам сыворотки. WHO CC собирают образцы сыворотки крови от взрослых и от детей, привитых прошлыми вакцинами, а также от переболевших гриппом в прошлые года. Сделав анализ на реакцию этой сыворотки с новыми штаммами гриппа, можно определить насколько эти люди будут защищены от новых штаммов. Влияние этой информации на выбор штамма для новой вакцины двоякое. С одной стороны, если мы видим, что вакцина использованная в предыдущем году хорошо защищает от штаммов этого года, то можно опять выбрать этот же штамм. С другой стороны, можно считать, что большая доля популяции уже и так защищена от части циркулирующих штаммов и отдать предпочтение отличающемуся штамму, который даст защиту от штаммов, от которых предыдущая вакцина не защищает. Я не уверен, какой из этих факторов важнее, и думаю, что однозначного ответа тут нет. Все зависит от конкретных обстоятельств и от мнений конкретных экспертов.

Все вышеперечисленные данные собираются круглый год. В феврале эксперты ВОЗ рассматривают все собранные данные и на их основании выбирают штаммы для вакцины. Выбор штамма это не попытка предсказать будущее — на сегодняшний день у нас нет моделей, которые бы даже грубо могли бы предсказать какие штаммы будут ходить в популяции через 8-10 месяцев. В лучшем случае это линейная аппроксимация по последним данным, и в этом смысле этот процесс гораздо проще «предсказания». Но при этом, как должно быть ясно из описанного выше, выбор штаммов для вакцины основан не просто на распространенности штаммов, но и на анализе антигенной схожести или отличия между штаммами и вакцинами, и этот аспект делает всю процедуру намного сложнее, чем «предсказание» того, какие штаммы будут циркулировать.

В этом году эксперты ВОЗ уже собирались и результаты можно найти на сайте ВОЗ. FDA будет обсуждать выбор штаммов для американской вакцины 4 марта. Они всегда проводят свою консультацию при открытых дверях и если вам влом ехать в Washington DC, то вы можете вживую понаблюдать этот процесс (все презентации и обсуждения) на сайте FDA.

И вот, наконец, добрались до измерения эффективности вакцин от гриппа.

Как я писал, создание вакцины от гриппа каждый год делается по очень плотному расписанию. Поэтому в отличие от всех прочих вакцин, вакцину от гриппа FDA разрешает к применению не имея данных о ее эффективности — на тестирование эффективности каждый сезон просто нет времени. Вместо этого FDA указывает какие штаммы гриппа должны быть в вакцине, контролирует качество производства, требует демонстрации иммуногенности в животных и в людях, а также небольшого испытания безопасности в людях. Эффективность измеряется уже после того, как вакцину начинают применять. Безопасность отслеживают в течение всего сезона.

Обычно эффективность вакцин измеряется в слепых рандомизированных клинических испытаниях, в которые вовлекают волонтеров и потом случайно распределяют на испытательную и плацебо группы и подсчитывают количество инфекций в каждой. Для гриппа подобные испытания (в грипповый сезон) были бы не этичны. Поэтому эффективность вакцины измеряется в наблюдательных исследованиях.

Работают они так: В стране (речь идет о США) есть пять госпиталей, которые участвуют в этой программе. Каждый раз, когда к ним приходят люди с острой респираторной инфекцией, они берут у них образцы. Эти образцы тестируются примерно так же, как я описывал для ежегодных наблюдений за гриппом. Сначала определяется, болеет ли человек гриппом или чем-то еще, а потом вирус гриппа выделяют, типируют, и тестируют на антигенную схожесть с другими вирусами и с вакцинными штаммами. В дополнение к этому, собирают информацию о том, вакцинировался ли человек в этот сезон от гриппа.

Элегантность подхода заключается в следующем (следите внимательно): Те люди, которые были продиагностированы как не имеющие грипп, являются контрольной группой. Поскольку далеко не все люди вакцинируются от гриппа, то эта группа позволяет приблизительно измерить, какой процент людей в данном конкретном месте в данный конкретный сезон вакцинировались от гриппа. Допустим, это 50%. Теперь мы смотрим на людей с диагностированным гриппом и спрашиваем — а сколько вакцинированных среди них? Если тоже 50%, как в контрольной группе, это означает, что вакцина совершенно не эффективна. Если же среди них вообще нет вакцинированных, то это означает, что вакцина эффективна на 100% (вакцинированные не заболели и не пришли в госпиталь). Обычно, конечно, результат лежит где-то между этими двумя крайностями и с помощью специальных стат-методов можно получить оценку эффективности вакцинации и доверительный интервал вокруг этой оценки.

Подобный анализ можно сделать не просто для всех приходящих в больницы, но и для отдельных под-групп, вроде детей до 3 лет, или людей старше 65 лет, или еще чего вздумается. Поскольку в каждой подгруппе людей меньше, чем во всей выборке целиком, то оценка эффективности будет менее аккуратна, но тем не менее сделать ее можно.

Можно также разбить людей на группы по тому, каким типом или подтипом гриппа они заболели и таким образом получить эффективность вакцины против каждого из этих подтипов.

Это все была теория, сейчас посмотрим как это работает на практике, на примере сезона 2014-2015 годов. Это был довольно неудачный для вакцины сезон, но для иллюстрации это наверно даже и лучше.

Вот так выглядели сезоны 2012/2013, 2013/2014, и 2014/2015 годов. Напоминаю, что выбор штаммов происходит почти за год. Красной стрелкой показано когда примерно был сделан выбор штаммов для вакцины 2014/2015 сезона.


Сезон 2013/2014 года был довольно необычным, потому что предыдущие года циркулировали в основном вирусы типа H3N2, а в этот сезон впервые после 2009 года вернулись H1N1 вирусы. И на момент выбора штаммов для вакцины наблюдались оба типа. Соответственно, ВОЗ (а за ней и FDA) решили для трехвалентной вакцины выбрать: штамм H3N2, штамм H1N1, и штамм инфлуензы B.

Как вы сами можете видеть, штамм H1N1 оказался совершенно не нужен, потому что в 2014/2015 cезоне эти вирусы не циркулировали вообще. Но и с H3N2 тоже вышла промашка — циркулирующие вирусы хотя и принадлежали к типу H3N2, но все же довольно сильно отличались от вакцинного штамма. Давайте посмотрим на цифры.

Сначала посмотрим на общую эффективность вакцинации против любого типа гриппа:

Как читать эту таблицу: Первый столбец это группа и возраст, второй столбец количество вакцинированных среди заболевших гриппом, третий — то же самое в процентах, четвертый — количество вакцинированных среди контрольной группы, пятый — то же самое в процентах, шестой — эффективность вакцины в процентах, седьмой — 95% доверительный интервал (реальная эффективность вакцины с вероятностью 95% находится между этими двумя цифрами).

Видим, что общая эффективность вакцинации была 23%. Разбивка по возрастным группам показывает, что наименее эффективна она была среди людей 18-49 лет. Возможно это потому, что люди в этом возрасте менее склонны обращаться к доктору при простуде. Кстати, заметьте, что эффективность вакцины в данном случае измеряется не по предотвращению инфекции, а по предотвращению обращения в госпиталь. Об эффективности предотвращения инфекции мы по этим данным судить не можем (но, например, армия собирает данные по которым можно судить о предотвращении инфекции, и они в целом хорошо согласуются с данными CDC). Обратите также внимание, что доверительные интервалы для возрастных групп довольно широки, около 30 процентных пунктов, а для эффективности в целом — всего 15 процентных пунктов. Как я выше писал, это связано с размером выборки.

Теперь посмотрим на разбивку по типам гриппа.


Как и ожидалось исходя из того, что большинство циркулирующих штаммов H3N2 отличались от вакцинового штамма, эффективность против A-H3N2 была очень низкая, всего 13%. Эффективность против двух подтипов B была более-менее стандартной для грипповой вакцины — 55% и 63%. Против H1N1 померить вообще было невозможно, потому что таких вирусов практически не было.

Полученную эффективность против A-H3N2 можно было разбить дальше, в зависимости от того, насколько циркулирующие штаммы отличались от вакциного. Примерно 10% штаммов были похожи на вакциновый и против них эффективность была 43%, а остальные были не похожи и против них — всего 9%.


Сезон 2014/2015 года был особо неудачным для грипповой вакцины. Вот тут CDC выкладывает исторические данные по вакцинам за все годы и там видно, что 5-6 лет до этого общая эффективность всегда колебалась в районе 40-60%.

Нет комментариев