Kenali Berbagai Peran Sel Kultur dalam Pengembangan Vaksin Komersil pada Artikel Berikut!
Pandemi COVID-19 yang terjadi beberapa waktu lalu telah mengingatkan dunia sekali lagi tentang pentingnya vaksin. Beberapa outbreak epidemi penyakit infeksius yang terjadi sebelumnya membuat pengembangan berbagai jenis vaksin berkembang pesat. Oleh karena ini, beberapa platform vaksin untuk mengatasi patogen viral telah disetujui untuk diedarkan secara komersial. Inovasi terkait dengan pengembangan vaksin dilakukan pada saat produksi vaksin komersial untuk mencegah potensi tersebarnya penyakit. Salah satu proses pengembangan dan produksi vaksin untuk mencegah penyakit dengan berbagai sistem ekspresinya, berbagai jenis sel digunakan. Artikel ini akan membahas terkait peran sel untuk pengembangan vaksin dan trend riset yang sedang dilakukan akhir-akhir ini.
Sebelum menyelam lebih lanjut terkait sel yang digunakan pada pengembangan vaksin, terdapat dua jenis sel yang umum digunakan untuk pengembangan vaksin yaitu Cell Line dan Primary Cell. Cell Line merupakan populasi sel yang berasal dari satu sel induk (klonal) yang telah beradaptasi, bermutasi, atau dimodifikasi untuk berkembang biak terus-menerus (proliferasi tanpa batas) dalam kultur laboratorium. Sedangkan Primary Cell adalah sel yang diisolasi secara langsung dari jaringan hewan atau manusia melalui metode mekanis atau enzimatik, kemudian ditumbuhkan dalam lingkungan buatan (in vitro). Informasi terkait Cell Line dan Primary Cell telah dikupas tuntas pada link berikut.
Trend Vaksin Terbaru
Secara singkat, konsep vaksin dapat didefinisikan sebagai produk biologis yang merangsang sistem kekebalan tubuh makhluk hidup yang dituju untuk mencegah penyakit dan memicu respons yang lebih kuat ketika bertemu dengan patogen. Saat ini, berbagai vaksin telah dikembangkan untuk melawan banyak patogen yang telah diidentifikasi sebagai penyebab penyakit. Metode produksi vaksin-vaksin ini, yang dikembangkan untuk melawan patogen bakteri dan virus, sangat beragam. Khususnya pada vaksin yang dikembangkan untuk melawan patogen bakteri, agen penyakit itu sendiri atau toksin bakteri yang terkait dengan penyakit tersebut dapat diproduksi secara langsung, sedangkan untuk patogen virus prosesnya lebih kompleks.
Vaksin virus memiliki kompleksitas tinggi disebabkan oleh sifat dari patogen virus itu sendiri. Karena sifat parasit intraselulernya, virus tidak memiliki mekanisme untuk bereproduksi, sehingga mereka membutuhkan inang yang sesuai yang dapat digunakan mereplikasi diri. Meskipun dalam proses historis, hewan hidup seperti sapi pertama kali digunakan untuk propagasi agen virus, kekurangan dari praktik ini perlahan-lahan seiring waktu. Dengan demikian, muncul dorongan untuk penggunaan teknik kultur sel hewan, di mana penelitian dapat dilakukan pada tingkat seluler dengan menjauh dari struktur organisme utuh, dalam produksi produk biologis seperti vaksin.
Penemuan dan pengembngan vaksin merupakan sebuah proses panjang yang telah berlangsung selama ribuan tahun. Namun secara ilmiah, pengembangan vaksin baru diakui berlangsung selama 250 tahun. Diantara berbagai vaksin yang dikenal dan dipasarkan hingga saat ini, terdapat beberapa vaksin yang belum berhasil dikembangkan seperti vaksin untuk thypus atau AIDS.
Keberhasilan vaksin didasarkan pada dua parameter penting, yaitu safety dan efficacy. Safety pada vaksin mencakup absennya segala efek samping yang muncul setelah injeksi vaksin terutama ketika mengevaluasi efek samping ini, selain reaksi yang berkembang terutama karena reaktogenisitas dan respons imun, efek sekunder yang terjadi pada seluruh tubuh segera setelah pemberian atau dalam jangka panjang juga harus diperiksa dalam studi klinis.
Efficacy pada vaksin didefinisikan sebagai keberhasilan vaksin dalam melindungi individu terhadap penyakit yang relevan yang menjadi sasaran pengembangannya. Hal ini dimungkinkan dengan mendeteksi dan memproses bagian antigenik dari patogen yang relevan dalam vaksin oleh sistem kekebalan organisme yang digunakan. Untuk itu, perlu untuk menentukan bagian antigenik dari patogen dan mendefinisikannya dengan benar dalam hal struktur. Setelah itu, antigen (atau antigen-antigen) yang dipilih sebagai komponen utama yang akan merangsang sistem kekebalan untuk produksi harus disintesis dengan benar dan bentuk ini harus dipertahankan dalam formulasi vaksin.
Gambar 1. Jenis-jenis vaksin virus terkini
Source: https://doi.org/10.1021/acsomega.3c10484
Beberapa jenis vaksin (lebih spesifik: viral vaksin) yang telah dikembangkan hingga saat ini adalah vaksin inaktif, vaksin life attenuated, vaksin subunit, vaksin VLP, vaksin virus vector, vaksin DNA dan vaksin mRNA, serta vaksin peptida sintetis. Lebih jelas tentang jenis vaksin dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan Jenis Platform Vaksin Virus serta Keunggulan dan Kekurangannya.
| Jenis Vaksin | Platform Eskpresi | Keuntungan | Kekurangan |
| Vaksin Inaktif | Cell Line | ● tidak ada risiko pembalikan virulensi
● catatan riwayat klinis yang memadai ● profil keamanan vaksin yang baik ● respons imun yang relatif kuat dan luas ● Stabil dalam penyimpanan dan mudah didistribusikan ● Manufaktur yang relatif cepat dan terukur dengan teknologi bioproses yang sudah dikenal |
● kekebalan seluler terbatas
● Dibutuhkan seed virus ● Persyaratan fasilitas biosecurity tingkat memadai untuk menumbuhkan virus hidup yang cukup ketat ● potensi perubahan epitop melalui langkah inaktivasi ● risiko kontaminan yang tidak diinginkan ● profil kemurnian vaksin yang lebih rendah ● tidak semua virus dapat dikembangbiakkan secara memadai dalam kultur sel |
| Life attenuated vaccine | Cell Line | ● Memicu respons imun yang sangat kuat baik dalam hal imunitas humoral maupun imunitas seluler
● struktur antigen virus asli ● meniru infeksi alami ● perlindungan tahan lama ● Kebutuhan dosis pemberian yang lebih sedikit ● Teknologi yang sudah mapan dengan data klinis yang memadai ● |
● risiko kembalinya virulensi
● Membutuhkan waktu lama untuk mengembangkan virus kandidat vaksin yang dilemahkan ● risiko penyakit bagi pasien dengan sistem kekebalan tubuh yang lemah ● Persyaratan rantai dingin untuk penyimpanan ● Membutuhkan seed virus ● risiko lebih tinggi dalam proses produksi ● Persyaratan fasilitas biosecurity tingkat memadai untuk menumbuhkan virus hidup ● tidak semua virus dapat dikembangbiakkan secara memadai dalam kultur sel |
| Vaksin Subunit | Cell Line, Mikroorganisme | ● isi vaksin yang tidak menular
● Keamanan lebih tinggi dan efek samping lebih sedikit ● antigen imunogenik yang lebih banyak dapat dipilih secara spesifik ● Teknik dan manufaktur yang sudah dikenal luas ● Stabilitas tinggi dan mudah disimpan ● |
● Imunogenisitas yang buruk tanpa adjuvan atau konjugasi
● induksi imunitas seluler yang terbatas ● Risiko kesalahan konformasi antigenik, terutama pada produksi melalui platform ekspresi berbasis mikroorganisme. ● membutuhkan antigen dengan titer lebih tinggi ● Respons imun terarah hanya pada antigen target yang relevan ● kompleksitas proses pengembangan dan pembuatan vaksin ● memerlukan beberapa dosis pemberian |
| Vaksin VLP (Vector-Like Particle) | Cell Line, Mikroorganisme | ● isi vaksin yang tidak menular
● profil antigenik yang luas dan epitop yang padat ● Konformasi virus utuh asli dan dapat meniru masuknya virus ke dalam sel secara alami ● |
● Imunogenisitas terbatas dan mungkin memerlukan adjuvan.
● Biaya bioproses keseluruhan yang tinggi ● Proses pengembangan dan pembuatan vaksin yang sangat kompleks ● profil kemurnian vaksin rendah ● stabilitas lebih rendah dan membutuhkan kondisi penyimpanan khusus |
| Vaksin Vektor Virus | Cell Line | ● Kurang menular dan lebih aman daripada vaksin life attenuated
● Struktur antigen virus asli dan antigen apa pun dapat ditargetkan secara spesifik ● meniru infeksi alami ● Produksi dapat dilakukan tanpa stok virus bibit. ● Respons imun yang sangat kuat dapat diinduksi baik secara seluler maupun humoral. ● Untuk vektor virus yang bereplikasi, dosis yang lebih rendah atau dosis tunggal mungkin sudah cukup. ● Proses manufaktur yang cepat dan terukur |
● Kekebalan yang sudah ada sebelumnya dapat menyebabkan efisiensi vaksin yang lebih rendah
● risiko lebih tinggi terhadap reaksi yang merugikan ● Proses pengembangan dan pembuatan vaksin yang sangat kompleks ● Biaya tinggi dan keterbatasan dalam peningkatan skala ● Vaksin vektor replikasi tidak cocok untuk pasien dengan sistem imun yang lemah. ● risiko integrasi genomik ● secara dominan menginduksi imunitas seluler dan menurunkan respons imun humoral ● memerlukan suhu penyimpanan yang sangat rendah |
| Vaksin DNA dan mRNA | Mikroorganisme | ● isi vaksin yang tidak menular
● manufaktur yang sangat cepat dan relatif murah ● Vaksin DNA khususnya sangat stabil ● profil keamanan yang baik ● kemurnian tinggi ● struktur antigenik asli ● tidak ada risiko integrasi genom pada platform vaksin mRNA
|
● imunogenisitas yang buruk
● Kebutuhan akan sistem/perangkat pengiriman khusus dan formulasi vaksin yang sesuai ● khususnya platform mRNA sangat tidak stabil dan rantai dingin suhu sangat rendah sangat dibutuhkan ● risiko integrasi genomik pada platform vaksin DNA ● Platform ini masih sangat baru dan belum ada data klinis serta riwayat rekam medis yang memadai. ● kesulitan memasuki sel ● risiko respons interferon yang diinduksi RNA yang tidak diinginkan ● Platform yang mudah beradaptasi untuk patogen baru |
Cell Culture dalam Produksi Vaksin
Virus tidak dapat berkembang biak tanpa sistem kehidupan, oleh karena itu, orang sakit dan hewan hidup awalnya digunakan dalam produksi vaksin. Diketahui bahwa selain penggunaan sapi dan kuda dalam produksi vaksin yang dikembangkan oleh Jenner untuk melawan cacar, metode vaksinasi dari manusia ke manusia juga digunakan. Namun situasi ini telah menimbulkan banyak masalah baik dari segi kualitas dan keandalan vaksin maupun etika.
Langkah penting pertama dalam mencegah masalah ini adalah pada tahun 1931 ketika Ernest William Goodpasture dan timnya menunjukkan bahwa virus dapat dikembangbiakkan dalam telur ayam yang telah diinkubasi. Pada saat yang sama, produksi vaksin berbasis telur memiliki beberapa kekurangan, seperti kebutuhan konstan akan telur bebas patogen spesifik (SPF), kebutuhan setidaknya 1–2 telur untuk setiap dosis produksi vaksin, ketidakmampuan untuk menghasilkan titer yang cukup untuk beberapa virus, adaptasi yang diperlukan agar beberapa virus dapat berkembang biak dalam telur, potensi efek samping pada individu dengan alergi telur, kebutuhan beban kerja yang intensif, dan biaya produksi yang tinggi.
Pada tahun-tahun ketika eksperimen produksi virus dilakukan pada telur, konsep kultur sel in vitro mulai berkembang pesat. Terutama pada tahun-tahun tersebut, sementara teknik kultur sel sebagian besar dikenal untuk studi tentang bagaimana mengawetkan sel di luar tubuh tanpa merusak sifat strukturalnya, teknik ini telah mengalami kemajuan signifikan dalam waktu singkat dengan pengembangan formulasi media kultur, penemuan antibiotik dan penggunaannya dalam isi media, pengembangan teknik aseptik, dan identifikasi faktor pertumbuhan.
Kultur fibroblas embrionik ayam (CEF), khususnya yang diperoleh dari telur ayam embrionik, adalah kultur primer yang paling umum digunakan dalam produksi vaksin. Kultur CEF ini, yang masih digunakan dalam produksi vaksin hingga saat ini, dianggap sebagai standar emas di hampir semua studi vaksin dan terutama dalam studi atenuasi. Namun, kultur ini memiliki kekurangan seperti perlunya mengorbankan sejumlah besar makhluk hidup karena perlu diperoleh kembali di setiap siklus proses, masalah dalam penyimpanan sel, masa hidup passage yang sangat pendek, karakter sel yang tidak pasti, dan adanya potensi kontaminan dari organisme tempat sel tersebut diperoleh. Bersamaan dengan meningkatnya populasi dunia dari waktu ke waktu, kebutuhan akan vaksin yang lebih andal, efektif, murah, produksi jangka pendek, dan dalam jumlah besar telah muncul. Untuk memenuhi kebutuhan ini dan untuk menghilangkan kekurangan kultur primer, berbagai cell line telah dikembangkan dan mulai digunakan untuk produksi vaksin.
Cell Line kemudian dikembangkan untuk menghilangkan kekurangan kultur primer yang sulit dikarakterisasi dan memiliki struktur kultur yang selalu berubah. Alasan lain untuk mencari platform produksi selain kultur primer adalah penemuan bahwa banyak vaksin polio yang diproduksi dengan sel ginjal kera primer antara tahun 1955 dan 1963 sebenarnya terinfeksi virus simian 40 (SV40).
Oleh karena itu, untuk mencegah situasi seperti itu terulang kembali, upaya telah dilakukan untuk menciptakan kultur sel yang telah sepenuhnya dikarakterisasi keamanannya. Pertama-tama, cell line diploid (atau strain sel diploid) telah dikembangkan, yang sebenarnya dapat dianggap sebagai kultur primer karena dibuat melalui pembiakan kultur primer. Kemudian, cell line kontinu dikembangkan untuk mengatasi kekurangan cell line diploid, seperti jumlah pembiakan yang terbatas, struktur yang sensitif, dan ketergantungan pada komponen media nutrisi yang kompleks. cell line kontinu didefinisikan sebagai sel yang stabil, dapat membelah secara terus menerus, dan dapat dikultur tanpa batas secara in vitro dalam kondisi yang sesuai. Namun, pada awalnya, fakta bahwa lini sel kontinu bersifat “abadi” menimbulkan anggapan bahwa penggunaannya dalam produksi akan tidak aman. Namun kemudian telah terbukti bahwa cell line kontinu dapat digunakan dalam produksi vaksin setelah mengembangkan teknologi dan menentukan aturan yang diperlukan untuk menghilangkan potensi risiko dan mendapatkan semua persetujuan.
Gambar 2. Bioproses umum produksi vaksin virus berbasis sel kultur.
Source: https://doi.org/10.1021/acsomega.3c10484
Pemilihan Cell Line
Pemilihan platform ekspresi yang tepat untuk digunakan dalam produksi vaksin merupakan tahap terpenting dari seluruh proses produksi. Alasannya adalah substrat seluler yang tersedia yang akan mensintesis komponen yang diinginkan sebagai bahan vaksin dalam jumlah yang cukup dan dalam struktur yang benar untuk memiliki imunogenisitas yang sesuai memiliki sifat yang sangat berbeda. Jika komponen vaksin dalam produksi yang ditargetkan tidak sesuai dengan fitur platform yang dipilih, maka produksi yang sukses tidak dapat dicapai.
Jika mempertimbangkan jenis vaksin yang ingin diproduksi, substrat seluler dengan sifat yang sesuai yang dapat terinfeksi virus yang relevan dan menghasilkan virus atau dapat mensintesis antigen virus dengan benar untuk digunakan sebagai bahan vaksin dengan rekayasa genetika harus dipilih. Selain itu, ada pendekatan langsung untuk platform ekspresi yang digunakan untuk memproduksi vaksin manusia yang harus berasal dari manusia. Dalam hal ini, beberapa penelitian menunjukkan bahwa bahan vaksin yang diproduksi menggunakan substrat sel manusia mengekspresikan virus dalam jumlah yang lebih tinggi dan dalam bentuk yang lebih akurat dalam hal spesifisitas virus, karena disintesis dalam hubungan virus-inang asli, dan oleh karena itu memberikan imunisasi yang lebih efektif.
Bersamaan dengan itu, setelah pemilihan lini sel yang sesuai, sublini yang berasal dari cell line ini juga harus dievaluasi. Beberapa sublini mungkin lebih cocok atau efisien dalam hal produksi yang dimaksud daripada lini sel primer yang dipilih. Misalnya, sublini Vero.E6 yang berasal dari lini sel Vero yang digunakan dalam produksi vaksin Covid-19 yang tidak aktif memungkinkan produksi titer virus yang lebih tinggi.
Karakteristik pertumbuhan hampir semua lini sel yang digunakan dalam produksi vaksin berbasis kultur sel adalah perlekatan. Karena kultur yang melekat membutuhkan permukaan yang sesuai untuk pertumbuhan, peningkatan skala memerlukan penggunaan bahan pendukung seperti mikrokarier. Sel dengan karakteristik suspensi memiliki keunggulan seperti kemudahan peningkatan skala karena tidak bergantung pada permukaan apa pun, tenaga kerja yang dibutuhkan lebih sedikit, pertumbuhan hanya dibatasi oleh konsentrasi sel dalam media nutrisi, dan lingkungan mikro seluler dalam lingkungan produksi lebih homogen.
Berikut beberapa Cell Line yang dapat kami supply sesuai dengan kebutuhan jenis patogen. Informasi selengkapnya dapat diamati pada Tabel 2.
Tabel 2. Cell Line dan tujuan patogen propagasi dari brand Cellverse
| Nomor Catalog | Nama Cell Line | Jenis Patogen Propagasi |
| iCell-c010 | Chicken Embryo Fibroblast Cells; Abbrv: UMNSAH/DF-1 | influenza, infectious bursal disease virus (IBDV), and Newcastle disease virus (NDV) |
| iCell-h106 | Human Embryonic Lung Fibroblast Cells; Abbrv: WI-38 | Rubella, poliomyelitis, measles, mumps, varicella, hepatitis A, and rabies. |
| iCell-h146 | Human Embryonic Lung Fibroblast Cells; Abbrv: MRC-5 | Rubella, measles, varicella, hepatitis A, and rabies, Varicella zoster, Poliovirus |
| iCell-c014 | African Green Monkey Kidney Cells; Abbrv: VERO | Poliovirus, Japanese Encephalitis Virus, Rabies, SARS-CoV-2, Poliovirus, Rotavirus, Dengue Fever/Dengue Virus, Smallpox, Ebola. |
| iCell-c021 | Dog Kidney Transformed Cells; Abbrv: MDCK | Influenza |
| iCell-c003 | Hamster Ovary Cells; Abbrv: CHO | Hepatitis B, Varicella zoster, SARS-CoV-2, |
Berikut informasi terkait Cell Line dan tujuan penggunaannya dalam dunia vaksin. Apabila terdapat kebutuhan terkait Cell Line dapat menghubungi untuk berdiskusi pada kontak berikut.
Terimakasih.
Source:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11025085/
World health organization (WHO): VacciPROFILE database and vaccine product information sheets,
European medicines agency (EMA): vaccine product information sheets, Centers for disease control and prevention
(CDC): vaccine by disease database.
Food and Drug Administration (FDA): vaccines highlights of prescribing information sheets.