A Evolução das Vacinas: Do Marco de Jenner contra Varíola à Imunologia Moderna

Contexto

O desenvolvimento de vacinas para proteção contra doenças virais é um dos marcos da medicina moderna. A primeira vacina foi produzida por Edward Jenner em 1796 na tentativa de proteger contra varíola. Jenner notou que leiteiras que contraíram cowpox (varíola bovina), infecção relativamente benigna, pareciam resistentes à varíola, doença humana que regularmente atingia níveis epidêmicos com taxas de mortalidade extremamente altas.

Jenner teorizou (corretamente) que cowpox, doença animal, era semelhante à varíola. Concluiu que a reação humana a uma injeção de vírus cowpox ensinaria o corpo a responder a ambos os vírus, sem causar doença grave ou morte. Hoje, a varíola está totalmente erradicada. Apenas duas amostras congeladas deste vírus virulento existem (uma nos EUA, outra na Rússia), e em meados de 1995 havia intenso debate científico se destruíam as amostras ou mantinham-nas para estudo laboratorial.

Um vírus é pequeno fragmento de RNA (ácido ribonucleico) e/ou DNA (ácido desoxirribonucleico), material em todas as células vivas que instrui crescimento e reprodução. Vírus não se reproduzem sozinhos, apenas assumindo o núcleo de célula hospedeira e instruindo-a a produzir mais vírus. Quando vírus invade organismo com sucesso, assume processo de crescimento celular no hospedeiro.

Em circunstâncias normais, o corpo humano responde à invasão viral de várias formas. Imunidade generalizada pode ser desenvolvida por células alvo da invasão viral, impedindo acesso a células hospedeiras. Proteção mais comum é a capacidade do corpo de desenvolver células sanguíneas e linfáticas que destroem ou limitam eficácia do vírus invasor. Frequentemente, corpo infectado "aprende" a responder a vírus específico no futuro, de modo que infecção única, especialmente de vírus relativamente benigno, geralmente ensina o corpo a responder a invasões adicionais do mesmo vírus. Resfriado comum, por exemplo, é causado por um de vários centenas de vírus. Após recuperar-se de resfriado, a maioria das pessoas resiste ao vírus específico que causou aquele resfriado, embora vírus similares ainda causem sintomas semelhantes. Para alguns vírus inócuos, pessoa pode até desenvolver imunidade sem ficar visivelmente doente.

Famílias de Vírus

Geralmente existem várias variações ou cepas de qualquer vírus particular. Dependendo do número de variedades, biólogo pode agrupar vírus como tipos ou cepas. Vacinas frequentemente são feitas de mais de um grupo de vírus relacionados; reação preventiva à vacinação multivalente provavelmente causará imunidade a quase todas as variantes do grupo, ou pelo menos àquelas que pessoa provavelmente encontrará. Escolha dos membros específicos do grupo para uso em vacina é feita com cuidado meticuloso e deliberação.

Processo de Fabricação

Fabricar vacina antiviral hoje é processo complicado mesmo após a árdua tarefa de criar vacina potencial em laboratório. A mudança de fabricar vacina potencial em pequenas quantidades para fabricar galões de vacina segura em escala de produção é dramática, e procedimento laboratorial simples pode não ser adequado para situação de "escala industrial".

A Semente

• 1. Fabricação começa com pequenas quantidades de vírus específico (ou semente). Vírus deve estar livre de impurezas, incluindo outros vírus similares e até variações do mesmo tipo. Adicionalmente, semente deve ser mantida em condições "ideais", geralmente congelada, impedindo que vírus se torne mais forte ou mais fraco que o desejado. Armazenada em pequenos recipientes de vidro ou plástico, quantidades de apenas 5 ou 10 centímetros cúbicos, contendo milhares senão milhões de vírus, eventualmente levarão a várias centenas de litros de vacina. Freezers mantidos em temperaturas especificadas; gráficos e/ou mostradores fora do freezer mantêm registro contínuo da temperatura. Sensores acionam alarmes sonoros e/ou de computador se temperatura sair da faixa.

Cultivo do Vírus

• 2. Após descongelar e aquecer vírus semente sob condições cuidadosamente especificadas (ex.: temperatura ambiente ou banho-maria), pequena quantidade de células virais é colocada em "fábrica de células", pequena máquina que, com adição de meio apropriado, permite multiplicação das células virais. Cada tipo de vírus cresce melhor em meio específico, estabelecido em procedimentos laboratoriais pré-fabricação, mas todos contêm proteínas de mamíferos de uma forma ou outra, como proteína purificada de sangue bovino. Meio também contém outras proteínas e compostos orgânicos que incentivam reprodução das células virais. Para o vírus, meio em fábrica de células é hospedeiro para reprodução. Misturado com meio apropriado, temperatura adequada e tempo predeterminado, vírus se multiplicam.
• 3. Além da temperatura, outros fatores devem ser monitorados, incluindo pH da mistura. pH mede acidez ou basicidade, em escala de 0 a 14, e vírus devem ser mantidos em pH definido na fábrica de células. Água pura, nem ácida nem básica (neutra), tem pH 7. Embora recipiente onde células crescem não seja muito grande (talvez tamanho de panela de 4-8 litros), há impressionante número de válvulas, tubos e sensores conectados. Sensores monitoram pH e temperatura, há conexões para adicionar meios ou químicos como oxigênio para manter pH, pontos para retirar amostras para análise microscópica, e arranjos estéreis para adicionar componentes da fábrica de células e retirar produto intermediário quando pronto.
• 4. Vírus da fábrica de células é então separado do meio, e colocado em segundo meio para crescimento adicional. Métodos antigos de 40-50 anos atrás usavam frasco para manter mistura, e crescimento resultante era camada única de vírus flutuando no meio. Descobriu-se logo que se frasco fosse girado enquanto vírus cresciam, ainda mais vírus podiam ser produzidos porque camada de vírus crescia em todas superfícies internas do frasco. Descoberta importante nos anos 1940 foi que crescimento celular é grandemente estimulado pela adição de enzimas a meio, sendo tripsina a mais comumente usada. Enzima é proteína que também funciona como catalisador na alimentação e crescimento celular. Na prática atual, frascos não são usados. Vírus em crescimento mantido em recipiente maior mas similar à fábrica de células, misturado com "esferas" — partículas quase microscópicas às quais vírus podem se fixar. Uso de esferas fornece ao vírus área muito maior para fixação, e consequentemente crescimento muito maior de vírus. Como na fábrica de células, temperatura e pH são estritamente controlados. Tempo gasto no cultivo varia conforme tipo de vírus produzido, e em cada caso é segredo bem guardado do fabricante.

Separação

• 5. Quando há número suficiente de vírus, são separados das esferas de uma ou mais formas. Caldo pode ser forçado através de filtro com aberturas grandes o suficiente para permitir passagem de vírus, mas pequenas o suficiente para impedir passagem das esferas. Mistura pode ser centrifugada várias vezes para separar vírus das esferas em recipiente do qual podem ser retirados. Outra alternativa pode ser inundar mistura de esferas com outro meio que lava vírus das esferas.

Seleção da Cepa

Vacina final será feita de vírus atenuado (enfraquecido) ou vírus morto. Escolha depende de fatores incluindo eficácia da vacina resultante e seus efeitos secundários. Vacina contra rubéola, desenvolvida quase todo ano em resposta a novas variantes do vírus causador, é sempre vacina atenuada. Virulência de vírus pode ditar escolha; vacina contra raiva, por exemplo, é sempre vacina morta.

• 6. Se vacina é atenuada, vírus geralmente é atenuado antes de passar pelo processo de produção. Cepas cuidadosamente selecionadas são cultivadas (crescidas) repetidamente em vários meios. Existem cepas de vírus que realmente ficam mais fortes conforme crescem. Estas são claramente inutilizáveis para vacina atenuada. Outras cepas ficam muito fracas quando cultivadas repetidamente, e também inaceitáveis para uso em vacina. Como mingau, cadeira e cama que Goldilocks gostava, apenas alguns vírus são "certos", atingindo nível de atenuação que os torna aceitáveis para uso em vacina, e não mudando de força. Tecnologia molecular recente tornou possível atenuação de vírus vivo por manipulação molecular, mas este método ainda é raro.
• 7. Vírus é então separado do meio em que foi cultivado. Vacinas de vários tipos (como a maioria) são combinadas antes do envase. Quantidade real de vacina dada a paciente será relativamente pequena comparada ao meio em que é administrada. Decisões sobre usar água, álcool ou outra solução para vacina injetável, por exemplo, são tomadas após testes repetidos de segurança, esterilidade e estabilidade.

Controle de Qualidade

Para proteger pureza da vacina e segurança dos trabalhadores que fabricam e envasam, condições de limpeza laboratorial são observadas durante todo procedimento. Todas transferências de vírus e meios são conduzidas sob condições estéreis, e todos instrumentos usados são esterilizados em autoclave (máquina que mata organismos por calor, podendo ser pequena como caixa de joias ou grande como elevador) antes e depois do uso. Trabalhadores usam roupas protetoras incluindo aventais descartáveis Tyvek, luvas, botas, toucas e máscaras faciais. Salas de fabricação são especialmente climatizadas para número mínimo de partículas no ar.

Processo de Aprovação

Para medicamentos de prescrição serem vendidos nos EUA, fabricante deve atender requisitos rigorosos de licenciamento estabelecidos por lei e aplicados pela Food and Drug Administration (FDA).

Todos medicamentos de prescrição devem passar por três fases de teste, embora dados da segunda fase às vezes possam atender requisitos da terceira. Fase 1 deve provar que medicamento é seguro, ou pelo menos que efeitos adversos ou inesperados não ocorrerão de sua administração. Se medicamento passa Fase I, deve ser testado para eficácia — deve fazer o que se propõe; medicamento não pode ser vendido se inútil ou que faça alegações de efeito que não tem. Finalmente, Fase III é projetada para quantificar eficácia de medicamento. Embora vacinas sejam esperadas com eficácia próxima a 100%, certos medicamentos podem ser aceitáveis mesmo com eficácia limitada, desde que médico prescritor conheça as probabilidades.

Processo de fabricação inteiro é revisado cuidadosamente pelo FDA, que examina registros de procedimentos e visita local de fabricação. Cada etapa deve ser documentada, e fabricante deve demonstrar "estado de controle" para processo de fabricação. Isso significa que registros meticulosos devem ser mantidos para cada etapa, e deve haver instruções escritas para cada passo. Exceto em casos de erro grave, FDA não determina se cada etapa está correta, mas apenas que é segura e documentada suficientemente para ser realizada conforme estipula fabricante.

O Futuro

Produzir vacina antiviral utilizável e segura envolve grande número de etapas que, infelizmente, nem sempre podem ser feitas para cada vírus. Ainda há muito a fazer e aprender. Novos métodos de manipulação molecular levaram mais de um cientista a acreditar que tecnologia de vacinas está apenas agora entrando em "idade de ouro". Refinamentos de vacinas existentes são possíveis no futuro. Vacina contra raiva, por exemplo, produz efeitos colaterais que a tornam insatisfatória para imunização em massa; nos EUA, vacina contra raiva agora é usada apenas em pacientes que contraíram vírus de animal infectado e provavelmente, sem imunização, desenvolveriam doença fatal.

Vírus HIV, que biólogos acreditam causar AIDS, não é atualmente passível de métodos tradicionais de produção de vacinas. Vírus da AIDS muta rapidamente de uma cepa para outra, e qualquer cepa não parece conferir imunidade contra outras. Adicionalmente, efeito imunizante limitado de vírus atenuado ou morto não pode ser demonstrado nem em laboratório nem em animais de teste. Nenhuma vacina contra HIV foi desenvolvida ainda.