مکانیسم‌های اصلی واکسیناسیون: مقایسه فناوری‌های mRNA، وکتور ویروسی و واکسن‌های غیرفعال‌شده

هدف اساسی هر واکسن این است که سیستم ایمنی را به طور ایمن با یک عامل بیماری‌زا آشنا کند تا بتواند بدون ایجاد بیماری، دفاع لازم را بسازد. با این حال، نحوه دستیابی واکسن به این هدف، کاملاً به پلتفرم مکانیکی زیربنایی آن بستگی دارد. امروزه، سه فناوری غالب، ایمن‌سازی جهانی را پیش می‌برند: واکسن‌های سنتی غیرفعال‌شده، پلتفرم‌های وکتور ویروسی و سیستم‌های RNA پیام‌رسان (mRNA).[1][4]

در حالی که نتیجه نهایی—حافظه ایمنی—مشابه است، مسیر رسیدن به آن کاملاً متفاوت است. واکسن‌های غیرفعال‌شده، نسخه کشته‌شده شیمیایی ویروس واقعی را تحویل می‌دهند. در مقابل، واکسن‌های mRNA و وکتور ویروسی اصلاً حاوی عامل بیماری‌زا نیستند؛ بلکه دستورالعمل‌های ژنتیکی را منتقل می‌کنند و به طور موقت سلول‌های بدن دریافت‌کننده را به کارخانه‌هایی تبدیل می‌کنند که یک پروتئین ویروسی خاص را تولید می‌کنند.[2][5]

قدیمی‌ترین و جاافتاده‌ترین این سه، پلتفرم واکسن غیرفعال‌شده است. این روش که برای دهه‌ها برای پیشگیری از فلج اطفال، هپاتیت A و هاری استفاده شده است، متکی بر پرورش مقادیر زیادی از ویروس هدف در محیط‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده است که اغلب از کشت سلول‌های پستانداران یا پرندگان استفاده می‌شود.[1][6]

پس از کشت، ویروس تحت حرارت، تابش یا مواد شیمیایی مانند فرمالدئید قرار می‌گیرد. این فرآیند توانایی تکثیر عامل بیماری‌زا را از بین می‌برد در حالی که ساختار فیزیکی پروتئین‌های سطحی آن را حفظ می‌کند. هنگامی که تزریق می‌شود، سیستم ایمنی با کل ویروس دست‌نخورده—اما مرده—مواجه می‌شود.[4][7]

از آنجا که ویروس نمی‌تواند تکثیر شود، واکسن‌های غیرفعال‌شده فوق‌العاده ایمن هستند و نمی‌توانند بیماری‌ای را که از آن پیشگیری می‌کنند، ایجاد کنند. با این حال، همین ویژگی ایمنی به این معنی است که پاسخ ایمنی اغلب ضعیف‌تر از پاسخی است که توسط یک عفونت زنده ایجاد می‌شود. بدن ویروس مرده را نسبتاً سریع پاک می‌کند، به همین دلیل این واکسن‌ها اغلب نیاز به دوزهای متعدد و مواد کمکی شیمیایی (ادجوانت‌ها) دارند تا یک پاسخ ایمنی قوی و ماندگار را تحریک کنند.[1][4]

فناوری RNA پیام‌رسان (mRNA) یک تغییر اساسی در این پارادایم ایجاد می‌کند. به جای تولید پروتئین در خارج از بدن، واکسن‌های mRNA یک نوار شکننده از کد ژنتیکی را که در یک نانوذره لیپیدی پیچیده شده است، تحویل می‌دهند. این کد حاوی طرح دقیق برای یک جزء ویروسی واحد است—که مشهورترین آن، پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 است.[2][5]

نانوذره لیپیدی حیاتی است؛ بدون آن، آنزیم‌های موجود در جریان خون، mRNA لخت را در عرض چند ثانیه از بین می‌برند. پوسته لیپیدی به mRNA اجازه می‌دهد تا با غشای یک سلول انسانی، معمولاً یک سلول عضلانی در نزدیکی محل تزریق، ترکیب شود و دستورالعمل‌های ژنتیکی را در سیتوپلاسم آزاد کند.[5][6]

نکته مهم این است که این mRNA هرگز وارد هسته سلول نمی‌شود، جایی که DNA انسانی در آن قرار دارد. ریبوزوم‌های سلول، نوار mRNA را می‌خوانند و شروع به سنتز پروتئین ویروسی می‌کنند. هنگامی که پروتئین ساخته شد و روی سطح سلول نمایش داده شد، سلول به طور طبیعی دستورالعمل‌های mRNA را تجزیه می‌کند و هیچ اثر ژنتیکی دائمی باقی نمی‌گذارد.[2][7]

سیستم ایمنی این پروتئین‌های خارجی را شناسایی کرده و یک دفاع قوی ایجاد می‌کند که هم آنتی‌بادی‌ها و هم سلول‌های T حافظه را تولید می‌کند. از آنجا که پروتئین به صورت داخلی تولید می‌شود، پاسخ ایمنی شباهت زیادی به یک عفونت طبیعی دارد و اغلب منجر به نرخ‌های کارایی بالا بدون نیاز به مواد کمکی سنتی می‌شود.[3][5]

واکسن‌های وکتور ویروسی یک حد وسط مکانیکی را اشغال می‌کنند. مانند mRNA، آن‌ها دستورالعمل‌های ژنتیکی را به سلول‌های بدن می‌رسانند. با این حال، به جای استفاده از یک نانوذره لیپیدی مصنوعی، آن‌ها از یک ویروس بی‌ضرر متفاوت—اغلب یک آدنوویروس—به عنوان یک وسیله تحویل بیولوژیکی استفاده می‌کنند.[1][7]

دانشمندان این ویروس حامل را با حذف ژن‌های تکثیر آن مهندسی می‌کنند و اطمینان می‌دهند که نمی‌تواند تکثیر شود یا بیماری ایجاد کند. سپس کد ژنتیکی آنتی‌ژن عامل بیماری‌زای هدف را در DNA وکتور وارد می‌کنند. هنگامی که تزریق می‌شود، ویروس وکتور به طور فعال سلول‌های انسانی را آلوده می‌کند و از مکانیسم‌های بیولوژیکی طبیعی خود برای تزریق DNA تغییریافته به هسته استفاده می‌کند.[6][7]

در داخل هسته، DNA به mRNA رونویسی می‌شود، که سپس به سیتوپلاسم می‌رود تا به پروتئین ویروسی ترجمه شود. این مرحله اضافی—DNA به mRNA به پروتئین—یک پروفایل جنبشی (کینتیک) کمی متفاوت برای بیان آنتی‌ژن در مقایسه با تحویل مستقیم mRNA ایجاد می‌کند.[2][6]

وکتورهای ویروسی در تحریک ایمنی سلولی بسیار مؤثر هستند، اما با یک محدودیت منحصر به فرد روبرو هستند: ایمنی از پیش موجود. اگر بیمار قبلاً در معرض آدنوویروس خاصی که به عنوان وکتور استفاده شده است قرار گرفته باشد، سیستم ایمنی او ممکن است واکسن را قبل از اینکه بتواند محموله خود را تحویل دهد، از بین ببرد و کارایی آن را کاهش دهد.[4][8]

داده‌های بالینی بر پروفایل‌های متمایز این پلتفرم‌ها تأکید می‌کنند. مطالعات مقایسه‌ای بین پلتفرم‌های mRNA، وکتور ویروسی و غیرفعال‌شده، زمان‌بندی‌های متفاوتی برای اوج ایمنی و واکنش‌های ایمنی منطقه‌ای نشان می‌دهند. به عنوان مثال، پلتفرم‌های mRNA اغلب بیان آنتی‌ژن اولیه سریع‌تری را نشان می‌دهند، در حالی که واکسن‌های غیرفعال‌شده آرایه‌ای گسترده‌تر، هرچند گاهی اوقات کمتر شدید، از اهداف ویروسی را برای شناسایی توسط سیستم ایمنی فراهم می‌کنند.[3][8]

وجود پلتفرم‌های متعدد یک مزیت عمیق برای سلامت عمومی است. در حالی که mRNA سرعت بی‌سابقه‌ای در طراحی و تطبیق ارائه می‌دهد، واکسن‌های غیرفعال‌شده یک جایگزین اثبات‌شده و پایدار را فراهم می‌کنند که نیازی به زنجیره تأمین فوق‌سرد ندارد. درک این مکانیسم‌ها به محققان اجازه می‌دهد تا ابزار بهینه را برای عوامل بیماری‌زای خاص، جمعیت‌ها و واقعیت‌های لجستیکی انتخاب کنند.[4][6][9]