Введение к работе
Актуальность проблемы. Живые вакцины представляют собой иммунопрофилактические препараты, состоящие из наследственно измененных форм возбудителей инфекционных болезней. Применение вакцинации как средства специфической профилактики особо опасных инфекций в течение длительного времени свидетельствует о сохранении ее весомой роли в системе противоэпидемических мероприятий (Исупов И.В., Бугоркова С.А., Кутырев В.В., 2004). В нашей стране для профилактики чумной инфекции используют живую вакцину из штамма Yersinia pestis ЕV.
Стабилизация качества препарата, а именно необходимость сохранения всех свойств микробных клеток в течение длительного времени, является наиболее значимым вопросом в производстве живых вакцин. Последнее время в орбите научных интересов, касающихся совершенствования биотехнологии производства вакцины чумной живой, оказались методические приемы, направленные на дальнейшую стандартизацию коммерческого препарата по показателю жизнеспособности клеток Y. pestis ЕV (Ракитина Е.Л., 1988; Будыка Д.А., 2002; Ефременко А.А., 2005). Современная тактика совершенствования вакцины чумной направлена на разработку и внедрение в производство дополнительных условий стабилизации числа живых микробных клеток в прививочной дозе коммерческой вакцины.
В результате ранее проведенных исследований была разработана производственная биотехнология вакцины чумной живой с содержанием от 20 до 50 доз в ампуле (Ефременко А.А., 2005). Полученный с нашим участием по новой биотехнологии препарат соответствует требованиям, предъявляемым к вакцине чумной живой, и включен в действующий промышленный регламент № 01897080-09-09 на производство вакцины чумной живой.
Имеющиеся литературные данные (Алутин И.М., 1974) дают основание предполагать, что снижение температуры культивирования чумного микроба до 20-25 С может значительно улучшить качество вакцины за счет возрастания в биомассе процента живых клеток, так как здесь температурный фактор определяет соответствующий уровень физиологической и метаболической активности микробных клеток. Вышеизложенное послужило основанием для апробации режимов культивирования вакцинного штамма при температуре (21±1) С вместо регламентированных в ПР на вакцину чумную (27±1) С, что способствовало большей устойчивости к лиофилизации на одноименном этапе производства препарата вакцины (коррекция биологических параметров) (Тинкер А.И., Будыка Д.А., Гайдина В.В. и др., 1993; Тинкер А.И., Гончарова М.Н., Будыка Д.А. и др., 1994; Иванова Г.Ф., Будыка Д.А., Тинкер А.И. и др., 1997; Иванова Г.Ф., Будыка Д.А., Гюлушанян К.С., Руднев С.М. 1998; Иванова Г.Ф., Будыка Д.А., Тинкер А.И. и др., 1998).
Полученные результаты определяют целесообразность и перспективность доработки и внедрения пониженной температуры культивирования биомассы (21±1) С в процесс производства вакцины чумной живой. Кроме того, приведенные сведения являются достаточным экспериментально-теоретическим обоснованием для отработки и внедрения в биотехнологию вакцины чумной живой сочетанного воздействия обоих указанных выше факторов: физико-биологического и количественно-объемного.
Отработка и внедрение в биотехнологию выращивания биомассы препарата вакцины чумной живой пониженной температуры культивирования, а также сочетание с оптимизацией ее параметров на этапах сведения и розлива, позволивших повысить исходную жизнеспособность и стабилизировать число живых микробных клеток в прививочной дозе, определяют актуальность данной работы.
Цель исследования: Повысить показатель жизнеспособности микробных клеток и стабилизировать их число в прививочной дозе вакцины чумной.
Задачи исследования:
1. Экспериментально обосновать целесообразность корректировки температурных условий культивирования вакцинной суспензии в биотехнологии вакцины чумной живой.
2. Изучить в эксперименте сравнительные показатели жизнеспособности и повреждаемости микробных клеток в различных сочетаниях температурных и количественных характеристик биомассы.
3. Изучить основные показатели качества препарата вакцины чумной живой, полученной в условиях оптимальной сочетанной корректировки количественных и температурных параметров вакцинной суспензии.
4. Стабилизировать число живых микробных клеток в препарате вакцины в процессе хранения за счет оптимизации температурных и количественных показателей микробной биомассы.
5. Изучить иммуногенность и напряженность иммунитета, индуцируемого вакциной чумной, полученной из микробных клеток при предлагаемых условиях приготовления суспензии. Определить бактерицидную активность полиморфноядерных лейкоцитов в периферической крови белых мышей при инфекционных и вакцинных процессах в качестве косвенных показателей их иммунологической перестройки.
Научная новизна работы. Впервые разработаны и внедрены температурные режимы культивирования вакцинной биомассы в градиенте (21±1) С, вместо регламентированных (27±1) С, что позволяет получить более высокий исходный показатель живых микробных клеток как в биомассе, так и в вакцине, полученной из нее.
Впервые предложен и реализован научно-методический подход к повышению жизнеспособности микробных клеток Y. pestis ЕV в вакцинной суспензии за счет сочетанного применения оптимальных температурного (21±1) С и количественно-объемного ((1-4)1010 микробных клеток в объеме 1 мл в ампуле) параметров в биотехнологии производства вакцины чумной живой. Показано, что в условиях регламентированного режима лиофилизации повышается эффективность стабилизации свойств микробных клеток у препарата с меньшей концентрацией вакцинной суспензии и снижением ее объема в ампуле, особенно у образцов со сниженной температурой культивирования (21±1) С. Впервые показано, что устойчивость к чуме у белых мышей коррелирует с защитной функцией полиморфноядерных лейкоцитов крови (ПМЯЛ), обеспечиваемой главным образом кислородзависимой миелопероксидазой (МПО) при вспомогательном участии кислороднезависимых неферментных катионных белков (КБ). Изменение уровня активности МПО и КБ ПМЯЛ может служить косвенным показателем степени устойчивости белых мышей к чумной инфекции.
Теоретическая и практическая значимость работы. Отработан диапазон пониженной температуры культивирования микробной биомассы вакцины чумной живой (21±1) С вместо регламентированного (27±1) С, позволяющий увеличить число живых микробных клеток в готовом препарате на 12-20 % и стабилизировать его в процессе хранения.
Вакцина чумная живая, полученная по предложенной схеме, прошла контроль в лаборатории препаратов против чумы и других особо опасных инфекций ФГУН ГИСК им. Л. А. Тарасевича Роспотребнадзора, из которого получено положительное заключение.
Доказано, что сочетанное изменение температурного и количественно-объемного параметров при получении вакцины обеспечивает наилучшие показатели качества готового препарата, в частности его жизнеспособности.
Практическая ценность работы подтверждена следующими документами:
1. Изменения № 1 к Промышленному регламенту № 01897080-01-04 предусматривают выпуск вакцины со сниженным количеством доз в производственной упаковке.
2. Методические рекомендации «Определение иммуногенности вакцины чумной живой в модели феномена «переживания» на белых мышах», утверждены директором ФГУЗ Ставропольского НИПЧИ Роспотребнадзора (протокол заседания Ученого Совета института от 16 апреля 2009 г. № 4).
3. Изменения № 1 к Промышленному регламенту № 01897080-09-09, предусматривающие выпуск вакцины как при температуре культивирования (27±1) С, так и при (21±1) С, утверждены в ФГУН ГИСК им. Л.А. Тарасевича Роспотребнадзора 22.12.2009 г.
Положения, выносимые на защиту:
1. Пониженная температура культивирования биомассы Y. pestis EV стимулирует биологическую активность микробных клеток, что позволяет увеличить количество живых микробных клеток в вакцине.
2. Полученный при пониженной температуре культивирования препарат соответствует требованиям, предъявляемым к вакцине чумной живой, и предназначен как для планового практического применения, так и для массовых иммунизаций.
3. Сочетанное изменение температурных и количественно-объемных параметров вакцинной суспензии позволяет достичь наиболее высоких показателей качества в готовом препарате вакцины чумной живой, особенно жизнеспособности и стабилизации свойств при хранении, что сопряжено с более низким показателем повреждаемости микробных клеток.
4. Иммуногенные свойства полученных образцов вакцины, изученные как двухэтапным методом, так и в модели феномена «переживания», соответствуют регламентированным нормам.
5. Цитоэнзимохимические показатели полиморфноядерных лейкоцитов периферической крови у белых мышей отражают степень ответной реакции организма экспериментальных животных на введение инфекционного и вакцинного агентов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на международном конгрессе «Ликвидация и элиминация инфекционных болезней – прогресс и проблемы», посвященном 80-летию Санкт-Петербургского института им. Пастера (Санкт-Петербург, 3-5 сентября, 2003); межгосударственной научно-практической конференции государств–участников СНГ «Чрезвычайные ситуации международного значения в общественном здравоохранении и санитарная охрана территорий государств-участников содружества независимых государств» (Оболенск, 3-5 октября, 2006); научно-практической конференции «Современные аспекты эпидемиологического надзора за особо опасными инфекционными заболеваниями на юге России» (Ставрополь, 21-22 марта, 2007); научно-практической конференции «Основные итоги научно-практической деятельности молодых ученых и специалистов СтавНИПЧИ» (Ставрополь, 9 июня, 2008); научно-практической конференции молодых ученых и специалистов научно-исследовательских учреждений Роспотребнадзора «Биологическая безопасность в современном мире» (Оболенск, 21-22 апреля, 2009); научно-практической конференции «Перспективы сотрудничества государств-членов ШОС в противодействии угрозе инфекционных болезней» (Новосибирск, 14-15 мая, 2009).
Публикации. Основное содержание диссертации, выполненной в рамках двух государственных тем НИР «Стабилизация показателя живых микробных клеток в чумной вакцине за счет оптимизации некоторых количественных параметров на этапах приготовления коммерческого препарата» (№ Госрегистрации 01200109089); «Разработка научно-методических подходов к повышению жизнеспособности микробных клеток штамма ЕВ чумного микроба в вакцинной суспензии в биотехнологии приготовления вакцины чумной живой сухой» (№ Госрегистрации 01200700918), отражено в 12 опубликованных научных работах, в том числе две работы – в периодических изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденных ВАК Министерства образования и науки России и рекомендованных для публикации основных результатов диссертации на соискание искомой ученой степени.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 122 страницах компьютерного текста; состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы; иллюстрирована 26 таблицами и 7 рисунками. Список литературы включает 206 источников, из них 175 – отечественных и 31 – зарубежный.
