开发疫苗的早期实验室方法

为了开发可以大规模生产的疫苗，研究人员首先必须培养用于开发这些疫苗的病毒或细菌——数量大且一致性高。与细菌相比，细菌在合适的生长培养基中可以在实验室环境中生长，病毒不能自行繁殖，需要活细胞感染。病毒感染细胞后，它会使用细胞自身的成分来产生更多的自身拷贝。

因此，虽然早期细菌疫苗的材料可以在没有实验动物的实验室中生长，但试图开发病毒疫苗材料的研究人员面临着额外的挑战。由于在活宿主之外培养病毒的技术尚不可用，他们仅限于从受感染的动物宿主那里获取材料。

在开发脊髓灰质炎疫苗的早期努力中，研究人员发现该病毒不仅可以在人类中引起疾病，还可以在猴子中引起疾病。这导致了 1930 年代使用从感染脊髓灰质炎的猴子（例如猴子脊髓）中提取的材料开发的候选疫苗的早期现场试验。这些候选药物被证明是危险的，有时会导致接种疫苗的肢体瘫痪。使用神经系统组织提取的疫苗比使用其他方法开发的疫苗具有更高的副作用（疫苗材料中的髓磷脂可以刺激不良的神经系统反应）。试验停止了，研究人员继续寻找另一种培养病毒用于疫苗开发的方法。

细胞培养在疫苗开发中的前景

在 1930 年代和 1940 年代，希望在实验室中培养脊髓灰质炎病毒而不使用活体动物，这驱使了许多研究人员。细胞培养涉及在培养皿中培养细胞，通常使用胶原蛋白等支持性生长培养基。它们提供了活体动物无法实现的控制水平，并且还可以支持大规模的病毒生产。（有关细胞培养物和细胞系以及使用人类细胞制成的细胞系的更多信息，请参阅我们的文章”疫苗开发中的人类细胞株.”)然而，早期在培养中培养脊髓灰质炎病毒的努力一再以失败告终。

1936年，洛克菲勒研究所的阿尔伯特·萨宾（Albert Sabin）和彼得·奥利茨基（Peter Olitsky）成功地在人类胚胎的脑组织培养物中培养了脊髓灰质炎病毒。这种病毒生长迅速，这是有希望的，但萨宾和奥利茨基担心将其用作疫苗的起始材料，担心疫苗接受者的神经系统受损。他们试图使用从其他来源获取的组织在培养物中培养脊髓灰质炎病毒，但没有成功。

在波士顿取得突破

在萨宾和奥利茨基成功在脑组织中培养脊髓灰质炎病毒的13年后，波士顿儿童医院约翰·恩德斯实验室的研究人员成功地在人类胚胎的皮肤和肌肉组织培养物中培养了这种病毒。当时，研究人员专注于尝试分离和培养水痘病毒。他们已经成功地培养了流行性腮腺炎和流感病毒，并转向了水痘，他们知道水痘在人体细胞中生长。在用人类胚胎组织制备烧瓶后，他们用水痘患者的喉咙清洗剂接种了四个烧瓶。另外四个烧瓶接种脊髓灰质炎病毒株作为对照组。在这种情况下，水痘病毒没有生长，但令研究人员非常惊讶的是，脊髓灰质炎病毒确实生长了。

他们继续在许多类型的人类胚胎组织中培养另外两种脊髓灰质炎病毒株，而无需使用神经系统组织。他们能够使用研究人员乔治·奥托·盖伊（George Otto Gey）在1930年代创造的“滚筒”装置将病毒快速培养到非常高的浓度。虽然当时许多组织培养都是在烧瓶中完成的，但 Gey 意识到烧瓶中的环境并不能充分模拟活体内部的环境，在活体中，组织暴露于营养供应以及废物清除的时期。他没有使用烧瓶，而是将纸巾放在试管的侧面，然后将试管水平放入木筒的孔中。圆柱体像轮子一样缓慢转动，旋转管子，使组织交替，与空气和添加到管子中的营养液接触。

恩德斯实验室的研究人员使用了相同的技术，脊髓灰质炎病毒的生长速度比在静态烧瓶中要快得多。由于证明脊髓灰质炎病毒可以在不使用神经组织的情况下可靠地生长，恩德斯和他的同事托马斯·韦勒和弗雷德里克·罗宾斯于 1954 年被授予诺贝尔生理学或医学奖。

他们的发现被证明是开发脊髓灰质炎疫苗所需的突破。1951年，匹兹堡大学的乔纳斯·索尔克（Jonas Salk）和他的同事发现，脊髓灰质炎病毒也可以在猴子肾细胞中大规模繁殖。

随着时间的流逝，大多数疫苗开发工作都转向了细胞株，即仅由单一类型的细胞组成的培养物。这些菌株可以来源于含有多种类型细胞的组织培养物。虽然病毒可以在组织培养物中生长，但细胞株允许连续观察和控制，这在含有多种类型细胞的培养物中可能无法实现。脊髓灰质炎疫苗的开发也发生了同样的转变。猴子肾细胞株用于培养脊髓灰质炎病毒，用于今天生产的灭活脊髓灰质炎疫苗。

目前使用动物细胞株开发的疫苗

今天，许多不同的动物细胞菌株可用于科学研究和开发。目前在美国可用的几种疫苗是使用 Vero 细胞系开发的，该细胞系始于非洲绿猴肾细胞：

• 轮状病毒疫苗 [Rotarix/葛兰素史克、RotaTeq/默克]

• 脊髓灰质炎 [IPOL/赛诺菲巴斯德]

• 天花 [ACAM2000/赛诺菲巴斯德 – 仅用于选定的军事人员]

• 日本脑炎 [Ixiaro/Intercell – 仅用于前往已知疾病暴发地区的人员]

未来的美国疫苗可能会使用其他动物细胞株，包括1958年开始的Madin Darby Canine Kidney（MDCK）细胞系，该系始于可卡犬的肾细胞。（一些欧洲疫苗已经使用MDCK制造。

来源

• 约翰·富兰克林·恩德斯（John Franklin Enders）博士 —PolioPlace.org（2021年6月访问）
• 葛兰素史克。(2011).包装说明书 – 轮状病毒活疫苗，口服.（PDF： 425 KB）2018年10月1日访问。
• 细胞间生物医学。(2010).包装说明书 – 日本脑炎疫苗，灭活，吸附.（PDF：224 KB）。2018年10月1日访问。
• 默克公司（2011）。包装说明书 – 轮状病毒疫苗，活疫苗、口服疫苗、五价疫苗.（PDF：261 KB）。2018年10月1日访问。
• 赛诺菲巴斯德。(2013).包装说明书 – 脊髓灰质炎病毒灭活疫苗.（PDF：140 KB）。2018年10月1日访问。
• 赛诺菲巴斯德。(2009).包装说明书 – 活天花（牛痘）疫苗.（PDF：285 KB）。2018年10月1日访问。