Krótka historia szczepionki i szczepień

Jak i kiedy wynaleziono szczepionkę? Jak wyglądały pierwsze szczepienia? Polacy w historii szczepień. Pierwsza szczepionka i historia szczepień.

Historia szczepień sięga setek lat. Mnisi buddyjscy pili jad węża, aby zapewnić odporność na ukąszenia węża, a wariolacja (przenoszenie wydzieliny ropnej chorych z lekkimi objawami ospy na zdrowe osoby w celu nadania odporności) była udokumentowana od XVI wieku. Skuteczność tych pierwszych metod szczepień nie jest znana, ale był to właściwy pomysł: podanie słabszej wersji wirusa zdrowym ludziom, aby umożliwić ich układowi odpornościowemu wytworzenie przeciwciał (komórek zwalczających wirusa). Dzisiaj szczepienia są w zbiorowym umyśle całego świata, ponieważ naukowcy z firm farmaceutycznych i uniwersytetów ścigają się, aby opracować sposób na zapobieganie dalszemu rozprzestrzenianiu się COVID-19. Jak wyglądały pierwsze szczepienia i kto opracował pierwszą szczepionkę? Oto krótka historia szczepionki i szczepień.


Wariolacja, czyli pierwsze znane szczepienia

Jeden z najwcześniejszych opisów chorób zakaźnych sięga 400 lat przed naszą erą, czyli czasów Hipokratesa, znanego jako "ojciec współczesnej medycyny". Hipokrates, praktykujący wówczas lekarz, pisał o epidemiach świnki, błonicy i żółtaczki. Historia szczepionki i szczepień ma swój początek we wczesnych Chinach, gdzie do ochrony przed ospą stosowano metodę zwaną wariolacją (lub wariolizacją, od variola vera - łacińskiej nazwie ospy prawdziwej), pierwowzór pierwszej szczepionki. Wariolacja oznacza celowe zarażanie kogoś ospą w celu zaszczepienia. Chińczycy odkryli, że ludzie, którzy kiedyś zachorowali na ospę, są odporni na reinfekcję. Wpadli na pomysł, aby zachować strupy od osób, które łagodnie przeszły chorobę, wysuszyć je, zmiażdżyć na proszek i wdychać przez nozdrza. Dla chłopców było to prawe nozdrze, dla dziewczynek lewe. W XVII wieku wariolacja została spopularyzowana w Londynie przez Mary Wortley Montagu, która straciła brata z powodu ospy. Była żoną brytyjskiego ambasadora w Turcji i podczas pobytu w Konstantynopolu zaobserwowała ten sposób ochrony przed ospą. Po powrocie do Londynu publicznie zaszczepiła swoje dzieci w 1720 roku. Następnie metoda ta z powodzeniem została przetestowana na więźniach i sierotach. Kiedy rodzina królewska poddała się wariolacji, społeczeństwo uznało ją za bezpieczną i szybko stała się popularna w całej Anglii. W 1757 roku tą metodą został zaszczepiony m.in. 8-letni chłopiec, Edward Jenner. Wariolacja została rozpowszechniona także w pozostałych krajach Europy i stawała się coraz bardziej popularna, do czasu opracowania pierwszej szczepionki na ospę.

Edward Jenner i pierwsza szczepionka

XVIII-wieczny brytyjski lekarz Edward Jenner jest uważany za twórcę wakcynologii (variola vaccina – ospa krowia) oraz autora pierwszej bezpiecznej i niezawodnej wersji szczepionki. Jenner, podobnie jak inni z jego czasów, zauważył, że dojarki, które w wyniku swojej pracy zachorowały na ospę krowią, chorobę, która może przenosić się z bydła na ludzi, zwykle nie zarażają się ospą prawdziwą podczas wybuchu lokalnej epidemii. Ospa krowia najwyraźniej różniła się od ospy prawdziwej, bo wywoływała u ludzi jedynie stosunkowo łagodne objawy, ale była na tyle podobna, że zapewniała odporność na ludzką postać choroby. W słynnym eksperymencie z 14 maja 1796 roku Jenner zebrał kawałki krosty ospy krowiej od dojarki Sarah Nelmes i wdrapał je w nacięcie na ramieniu 8-letniego chłopca o imieniu James Phipps. Następnie próbował zarazić Phippsa ludzką ospą, ale chłopiec bardzo szybko „otrząsnął się” z wirusa, wykazując jedynie łagodne objawy choroby. Następnie z powodzeniem przeprowadził eksperymenty na kolejnych ochotnikach. Dwa lata później Edward Jenner opublikował wyniki swoich badań, które przetłumaczono na wiele języków, a swojej metodzie nadał nazwę wakcynacja. Był to przełomowy moment w historii szczepień, szczególnie w walce z epidemią ospy. Szacuje się, że do 1801 roku na ospę zaszczepiono około 100 tys. osób. W XVIII i XIX wieku systematyczne wdrażanie masowych szczepień przeciwko ospie doprowadziło do jej globalnego wyeliminowania w 1979 roku.

Pierwszą szczepionkę opracował lekarz Edward Jenner. Była to szczepionka na ospę. Pierwsze szczepienia wykonał w 1796 roku. Krótka historia szczepień.
Edward Jenner, twórca pierwszej szczepionki; domena publiczna

Szczepionki atenuowane i inaktywowane

Podejście Jennera miało swoje granice: nie każda choroba człowieka ma zwierzęcy odpowiednik, który może nadawać odporność bez powodowania samej choroby. A niektóre choroby zwierząt, które przechodzą na ludzi, mogą być śmiertelne dla obu gatunków – jak sam COVID-19, o którym uważa się, że dotarł do nas przez nietoperze. Sztuczka polegała na tym, aby pracować z wirusami i bakteriami, które powodują choroby u ludzi, ale w jakiś sposób je rozbroić, pozbawić ich zdolności do chorowania, jednocześnie ucząc układ odpornościowy, jak je rozpoznawać i neutralizować w przypadku faktycznej późniejszej infekcji. Były dwie możliwości: po pierwsze naukowcy mogli zabić wirusa lub bakterię, zachowując ich fizyczne pozostałości nienaruszone – skutecznie ucząc organizm rozpoznawania patogenu i wywołania odpowiedzi immunologicznej (szczepionka inaktywowana). Alternatywnie mogli osłabić, ale nie zabijać wirusa, czyniąc go nieszkodliwym, ale w podobny sposób ucząc układ odpornościowy, czego szukać i neutralizować następnym razem (szczepionka "żywa", atenuowana). W ciągu półtora wieku, które nastąpiły po pierwszych szczepieniach Jennera, wiele chorób zostało opanowanych przy użyciu jednej lub obu tych metod.

Louis Pasteur i wścieklizna

W latach 1881 i 1885 francuski biolog Louis Pasteur opracował skuteczne szczepionki przeciwko odpowiednio: wąglikowi i wściekliźnie, wystawiając patogeny na działanie tlenu i ciepła oraz osłabiając je, ale nie zabijając ich. Eksperymenty Louisa Pasteura zapoczątkowały rozwój żywej atenuowanej szczepionki na cholerę, która została opracowana w 1892 roku przez Jaime Ferrana. Szczepionki na dur brzuszny oraz przeciwko dżumie również zostały wynalezione pod koniec XIX wieku.

Louis Pasteur, twórca pierwszej szczepionki na wściekliznę
Louis Pasteur; domena publiczna

Szczepionki na początku XX wieku

W 1921 roku francuski lekarz Albert Calmette i weterynarz Camille Guérin opracowali atenuowaną szczepionkę przeciw gruźlicy, osłabiając bydlęcy szczep bakterii, przepuszczając 230 pokoleń tej bakterii przez sztuczne pożywki, wybierając z każdym pasażem słabsze i słabsze wersje. Problem z atenuowanymi wirusami polega na tym, że możliwe są mutacje – a w niektórych rzadkich przypadkach szczepionka może wywołać chorobę zamiast jej zapobiegać. Z tego powodu XIX i XX-wieczni naukowcy opracowali szczepionki przeciwko cholerze, krztuścowi, grypie, błonicy i nie tylko, całkowicie zabijając patogen, poprzez ciepło lub formalinę, rozcieńczoną wersję formaldehydu. W 1923 roku Alexander Glenny udoskonalił metodę inaktywacji toksyny tężca za pomocą formaldehydu. Ta sama metoda została wykorzystana do opracowania szczepionki przeciwko błonicy w 1926 roku. Rozwój szczepionki przeciwko krztuścowi trwał znacznie dłużej, a szczepionka pełnokomórkowa przeciwko tej chorobie została po raz pierwszy dopuszczona do użytku w 1948 roku. W tym samym roku te trzy szczepionki zostały połączone i podane jako pierwsza szczepionka skojarzona - szczepionka DTP. Szczepionki skojarzone do dzisiaj są powszechnie stosowane do zwalczania wielu chorób.

Szczepienia w trakcie i po II wojnie światowej

II wojna światowa przyspieszyła rozwój szczepionek. Strach przed powtórką światowej epidemii grypy, tzw. "hiszpanki" z lat 1918-1919 skupił pilną uwagę na wszystkich chorobach wirusowych, podczas gdy komercyjna produkcja antybiotyków nauczyła naukowców hodować wirusy z mniejszym zanieczyszczeniem drobnoustrojami. Ponadto badacze zwracali większą uwagę na bezpieczeństwo i skuteczność szczepionek w badaniach klinicznych przed udostępnieniem szczepionki społeczeństwu, zwłaszcza po tym, jak szczepionka przeciw żółtej gorączce najwyraźniej wywołała zapalenie wątroby typu B u wielu amerykańskich żołnierzy w 1942 roku.

W późnych latach czterdziestych i później naukowcy używali tylko fragmentów osłonek wirusów i bakterii do wywołania odpowiedzi immunologicznej – to trochę tak, jakby dać psu powąchać ubranie należące do zaginionej osoby, a następnie wysłać go na poszukiwanie. Białka wyekstrahowane z patogenów mogą działać podobnie, a każde z nich zawiera chemiczny odcisk palca, który sam może nauczyć układ odpornościowy rozpoznawania i zabijania dzikich wirusów lub bakterii, z których pochodzi.

Szczepionka na polio

W marcu 1948 roku John Enders, Thomas Weller i Frederick Robbins wykorzystali ludzką embrionalną skórę i tkankę mięśniową hodowaną w mieszance składników odżywczych z antybiotykami, aby udowodnić, że wirus polio może infekować tkankę inną niż komórki nerwowe. Ich odkrycie oznaczało, że naukowcy mogli teraz wyhodować wystarczającą ilość wirusa polio, aby stworzyć duże ilości szczepionki. Przełomowa szczepionka przeciw polio Jonasa Salka, zatwierdzona w 1955 roku, była oparta na wirusie polio zabitym formaliną. Późniejsza wersja Alberta Sabina z 1962 roku używała atenuowanego szczepu. Zaletą szczepionki Salka było to, że nigdy nie mogła spowodować przypadku polio wywołanego szczepionką. Przewaga szczepionki Sabina polegała na tym, że była to szczepionka doustna, a nie wstrzykiwana, co umożliwiało zwiększenie skali szczepień. Masowe szczepienia przeciwko polio wyeliminowały chorobę z wielu regionów na całym świecie. Enders, Weller i Robbins otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w 1954 roku, kiedy szczepionka przeciw polio miała swoje pierwsze duże badanie kliniczne. Natomiast Jonas Salk oraz Albert Sabin za swoją pracę przy tworzeniu szczepionek nie zostali uhonorowani tą nagrodą.

Jonas Salk i Albert Sabin. Pierwsze szczepionki na polio i historia szczepień.
Jonas Salk i Albert Sabin; domena publiczna

Jednorazowe strzykawki

W XIX wieku użycie strzykawki do iniekcji podskórnych było ograniczone przez używanie dużych igieł, które często rdzewiały lub pękały. Musiały być również ostrzone i sterylizowane. Dopiero w latach 60-tych XX wieku wprowadzono igły jednorazowe. Od tego czasu ulepszenia technologiczne sprawiają, że igły strzykawek są ostrzejsze, cieńsze i bardziej bezpieczne.

Maurice Hilleman i jego szczepionki

W 1963 roku opracowano pierwszą szczepionkę przeciwko odrze, a pod koniec lat 60-tych dostępne były również szczepionki chroniące przed świnką (1967) i różyczką (1969). Szczepionki przeciwko odrze, śwince i różyczce zostały początkowo opracowane z atenuowanymi szczepami wirusa. W przypadku różyczki praca została wykonana częściowo poprzez opracowanie szczepu wirusa, który prosperował w temperaturach tylko poniżej 37ºC, czyniąc ludzkie ciało miejscem niegościnnym. W 1971 roku te trzy szczepionki zostały połączone w szczepionkę MMR przez dr Maurice Hillemana, który odegrał istotną rolę w historii szczepień. Maurice Hilleman jest uznawany za najbardziej „płodnego” naukowca XX wieku zajmującego się szczepionkami, ratującego więcej istnień ludzkich niż jakikolwiek inny naukowiec. Większość swojej długoletniej kariery spędził w firmie Merck, gdzie kierował rozwojem ok. 40 szczepionek, w tym ośmiu szczepionek rutynowo zalecanych dla dzieci. Wśród nich są szczepionki przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu A (2000) i B (1981), Haemophilus influenzae typu B (Hib, 1985), ospie wietrznej (1996) oraz wspomniane wcześniej szczepionki przeciw śwince i różyczce. Hilleman jako pierwszy oczyścił interferon (grupa białek wytwarzanych i uwalnianych przez komórki ciała w odpowiedzi na obecność patogenów). Było to odkrycie, które zapoczątkowało nowe gałęzie biologii molekularnej i immunologii. Współodkrył adenowirusy i scharakteryzował trwającą ewolucję wirusów grypy, która stanowi podstawę globalnych strategii kontroli grypy.

Maurice Hilleman, twórca wielu szczepionek. Pierwsze szczepienia i historia szczepionek.
Maurice Hilleman; domena publiczna

Polskie akcenty w historii szczepień

Odo Bujwid jest pierwszym polskim bakteriologiem, pionierem higieny i profilaktyki zdrowotnej oraz jednym z pierwszych polskich naukowców pracujących nad opracowaniem szczepionek leczniczych. Przebywając w Paryżu w Instytucie Ludwika Pasteura Bujwid pozyskał wiedzę o szczepieniach przeciwko wściekliźnie. Po powrocie z Paryża przekształcił swoją pracownię bakteriologiczną w Warszawie w pierwszą na ziemiach polskich stację szczepień przeciwko wściekliźnie. Była to druga (po paryskiej) stacja szczepień w Europie. Kolejną stację szczepień otworzył w Krakowie. Wprowadził własne modyfikacje do oryginalnego sposobu szczepień Ludwika Pasteura. Rozpoczął również produkcję surowic i szczepionek w innych chorobach zakaźnych (w roku 1894 wyprodukował pierwszą polską surowicę przeciwbłoniczą).

Odo Bujwid założył w Polsce pierwszą stację szczepień przeciw wściekliźnie. Pierwsze szczepionki i historia szczepień.
Odo Bujwid; domena publiczna

W okresie międzywojennym Rudolf Weigl, polski biolog i zoolog, zaczął eksperymentować na wszach w celu opracowania szczepionki przeciw tyfusowi. Zdrowym wszom wstrzykiwał bakterie wywołujące tyfus. Na koniec mielił wnętrzności wszy na pastę, która stanowiła podstawę szczepionki. Jego metoda i szczepionka były tak skuteczne, że podczas II wojny światowej naziści zainteresowali się twórczością Weigla. Pozwolili na kontynuowanie eksperymentów w jego własnym instytucie we Lwowie w zamian za wysłanie szczepionki do niemieckich żołnierzy na froncie wschodnim. Chociaż Weigl wysłał szczepionkę zgodnie z prośbą, została ona celowo częściowo osłabiona. Zamiast tego przemycił prawie 30 tysięcy dawek pełnej mocy szczepionki do getta we Lwowie i w Warszawie. Poza tym Weigl potajemnie zatrudniał Żydów, polskich bojowników ruchu oporu i kluczowych intelektualistów, ratując w ten sposób życie niezliczonym osobom.

Rudolf Weigl, twórca pierwszej szczepionki przeciwko tyfusowi. Pierwsze szczepienia i krótka historia szczepionki.
Rudolf Weigl podczas pracy w laboratorium; domena publiczna

W styczniu 1948 roku w Pearl River w stanie Nowy Jork 32-letni imigrant z Polski wypił przygotowaną przez siebie substancję zawierającą atenuowany (żywy) wirus polio. Tym łykiem dr Hilary Koprowski zaszczepił się przeciwko polio, wiele lat przed szczepionką Jonasa Salka i Alberta Sabina. Rok później szczepionka została podana dziecku, w efekcie czego zostały wytworzone przeciwciała. Następnie szczepionkę podano kolejnym 20 dzieciom, które również wytworzyły przeciwciała chroniące przed infekcją. Była to pierwsza na świecie żywa szczepionka przeciwko polio, jednak związane było z nią pewne niebezpieczeństwo. Wirusy musiały być wystarczająco osłabione, by wytwarzały przeciwciała bez wywoływania neurologicznych skutków polio. Zgodnie z dowodami szczepionka Koprowskiego była bezpieczna i podawana pacjentom za granicą z dobrymi wynikami lecz nigdy nie została dopuszczona do użytku w Stanach Zjednoczonych i nie zyskała takiej sławy jak szczepionki Salka i Sabina. W 1959 roku Hilary Koprowski wysłał do Polski 9 milionów szczepionek przeciwko polio. Łatwe, doustne podanie szczepionki oznaczało, że można ją było wdrożyć stosunkowo szybko na masową skalę.

Hilary Koprowski, twórca pierwszej szczepionki na polio. Pierwsze szczepionki i historia szczepień.
Hilary Koprowski; CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons

Szczepionki dzisiaj

Od chwili opracowania pierwszej szczepionki i wykonania pierwszych szczepień zrobiono znaczne postępy w dziedzinie wakcynologii. Obecnie, gdy genomy stały się łatwe do odszyfrowania, naukowcy stali się biegli w opracowywaniu szczepionek, które polegają na ekstrakcji RNA lub DNA z patogenów i wstrzykiwaniu ich do organizmu. Tam fragmenty materiału genetycznego powodują, że komórki produkują białka, które nie mogą wywoływać choroby, ale mogą uwrażliwiać i edukować układ odpornościowy.


Zdjęcie w nagłówku: Ilustracja z lat 70-tych XIX wieku zatytułowana „Szczepienie ubogich” autorstwa Solomona Eytinge Jr.; National Library of Medicine