DNA uptake

เมื่อพบเป็นครั้งแรกว่า เซลล์กล้ามเนื้อในร่างกายดูดซึมดีเอ็นเอแล้วแสดงออกโปรตีน[51]ตอนนั้นก็ยังคาดว่าเป็นเซลล์พิเศษเพราะมี T-tubule เป็นเครือข่ายขนาดใหญ่ต่อมาเมื่อตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงเสนอว่า การดูดซึมดีเอ็นเอเข้าในเซลล์จะเกิดผ่านโครงสร้าง caveolae (หรือ non-clathrin coated pit) ที่เยื่อหุ้มเซลล์[52]แต่หลังจากนั้นกลับพบว่า เซลล์อื่น ๆ (เช่น keratinocyte, เซลล์สร้างเส้นใย และเซลล์เนื้อเยื่อบุผิวชนิดเซลล์ลังเกอร์ฮันส์) ก็สามารถนำดีเอ็นเอเข้าในเซลล์เหมือนกัน[43][53]กลไกการนำดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์จึงยังไม่ชัดเจน

มีทฤษฎีหลักสองอย่าง คือ หนึ่ง เป็นการรับดีเอ็นเอเข้าไปอย่างไม่เฉพาะเจาะจง เช่น ดังที่พบในกระบวนการฟาโกไซโทซิสหรือพิโนไซโทซิส[20]หรือ สอง เป็นการรับดีเอ็นเอเข้าไปผ่านหน่วยรับโดยเฉพาะ ๆ[54]ซึ่งอาจรวม หน่วยรับที่ผิวเซลล์ขนาด 30 กิโลดัลตัน หรือหน่วยรับของแมคโครฟาจหน่วยรับ 30 กิโลดัลตัน จะเข้ายึดอย่างเฉพาะเจาะจงกับส่วนดีเอ็นเอขนาด 4,500 bp (แล้วรับเข้าไปในเซลล์) โดยหน่วยรับพบอยู่ที่ antigen-presenting cell และเซลล์ทีส่วนหน่วยรับของแมคโครฟาจสามารถจับกับมาโครโมเลกุลหลายชนิด รวมทั้งโพลีไรโบนิวคลีโอไทด์ (polyribonucleotide) ซึ่งเป็นหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ และดังนั้น จึงอาจเป็นตัวนำดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์[54][55]การดูดซึมดีเอ็นเอผ่านหน่วยรับอาจอำนวยโดยการมีลำดับยีนที่เป็นกัวนีนต่อ ๆ กัน (polyguanylate sequence) ในดีเอ็นเอมีวิธีส่งวัคซีนอื่น ๆ ที่ไม่ส่งเข้าไปในเซลล์ผ่านกระบวนการเช่นนี้ เช่น ปืนยิงยีน และการส่งยีนโดยยึดไว้กับลิโปโซมเป็นต้น

การแสดงแอนติเจนของเซลล์

งานศึกษาต่าง ๆ กับหนูไคมีรา พบว่าเซลล์อนุพัทธ์จากเซลล์ไขกระดูกรวมทั้งเซลล์เดนไดรต์ แมคโครฟาจ และเซลล์บีที่ปรับตัวพิเศษ (specialized B cell) เป็นเซลล์แสดงแอนติเจนที่รวม ๆ เรียกว่า professional antigen presenting cells[46][56]เซลล์ลังเกอร์ฮันส์เป็นแมโครฟาจประจำเนื้อเยื่อผิวหนังพบว่า หลังจากใช้ปืนยิงยีนเข้าที่ผิวหนัง เซลล์ลังเกอร์ฮันส์ที่ได้ดีเอ็นเอก็จะย้ายไปที่ต่อมน้ำเหลืองที่อยู่ใกล้ ๆ เพื่อแสดงแอนติเจน[7]เทียบกับเมื่อฉีดวัคซีนในกล้ามเนื้อหรือในผิวหนัง จะเป็นเซลล์เดนไดรต์ที่ได้ดีเอ็นเอแล้วย้ายไปที่ต่อมน้ำเหลืองที่อยู่ใกล้ ๆ เพื่อแสดงแอนติเจน[53]lj;oแมคโครฟาจที่ได้ดีเอ็นเออาจพบในเลือดที่เวียนไปในร่างกาย[57]

นอกจากการส่งดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์เดนไดรต์และแมคโครฟาจโดยตรง (direct transfection) แล้ว ยังเกิดกระบวนการ cross priming เมื่อให้วัคซีนไม่ว่าจะโดยฉีดเข้ากล้ามเนื้อ เข้าผิวหนัง หรือผ่านปืนยิงยีนเมื่อเซลล์อนุพัทธ์ของเซลล์ไขกระดูกหนึ่งแสดงเพปไทด์ที่อีกเซลล์หนึ่งสังเคราะห์ขึ้นด้วย MHC class 1 กระบวนการนี้เรียกว่า cross primingซึ่งเตรียมให้เซลล์ทีชนิดฆ่าเซลล์พร้อมในการตอบสนอง และดูจะสำคัญต่อความสมบูรณ์ในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันระยะปฐมภูมิ[7][58]

เป้าหมาย

การฉีดวัคซีนเข้ากล้ามเนื้อและเข้าผิวหนังทำให้ภูมิคุ้มกันตอบสนองต่างกันที่ผิวหนัง เซลล์ประเภท keratinocyte, เซลล์สร้างเส้นใย และเซลล์ลังเกอร์ฮันส์ สามารถดูดซึมดีเอ็นเอแล้วแสดงแอนติเจนที่ชักนำให้เกิดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในระยะปฐมภูมิเซลล์ลังเกอร์ฮันส์ที่ได้ดีเอ็นเอจะย้ายออกจากผิวหนัง (ภายใน 12 ชม.) เข้าไปยังต่อมน้ำเหลืองใกล้ ๆ ที่ ๆ เซลล์อำนวยให้เซลล์บีและเซลล์ทีตอบสนองในกล้ามเนื้อโครงร่าง แม้เซลล์กล้ามเนื้อลายจะเป็นเซลล์ที่รับดีเอ็นเอเข้าไปมากที่สุด ก็กลับไม่สำคัญต่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแต่การฉีดดีเอ็นเอเข้ากล้ามเนื้อจะทะลักเข้าไปในต่อมน้ำเหลืองที่อยู่ใกล้ ๆ ภายในไม่กี่นาที แล้วเข้าไปในเซลล์เดนไดรต์ในที่นั้น ๆ แล้วก่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกันส่วนเซลล์กล้ามเนื้อ (myocyte) ที่ได้รับดีเอ็นเอแล้วจะเป็นหน่วยเก็บแอนติเจนสำรองเพื่อให้เซลล์แสดงแอนติเจน (APC) นำไปแสดง[20][51][58]

การตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่คงยืน

วัคซีนดีเอ็นเอมีประสิทธิภาพสร้างความจำให้แก่ภูมิคุ้มกัน เพราะมีการแสดงคอมเพล็กซ์แอนติเจน-แอนติบอดีที่ follicular dendritic cells (FDC) ซึ่งช่วยกระตุ้นเซลล์บีอย่างมีกำลังแอนติเจนที่เซลล์เดนไดรต์แสดงใน germinal center ของต่อมน้ำเหลือง ก็ยังช่วยกระตุ้นเซลล์ทีอีกด้วยFDC ช่วยให้ภูมิคุ้มกันเกิดความจำเพราะช่วงการผลิตแอนติบอดีจะคาบเกี่ยวกับการแสดงออกของแอนติเจนที่เป็นไปในระยะยาว จึงสามารถเกิดคอมเพล็กซ์แอนติเจน-แอนติบอดีที่ FDC แสดงได้[7]

อินเตอร์เฟียรอน

ทั้งเซลล์ทีเฮลเปอร์และเซลล์ทีชนิดเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxic T-cell) สามารถควบคุมการติดเชื้อไวรัสโดยหลั่งอินเตอร์เฟียรอนแม้เซลล์ทีชนิดเป็นพิษปกติจะฆ่าเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัสแต่ก็สามารถระตุ้นให้หลั่งไซโตไคน์ต่อต้านไวรัสเช่น IFN-γ (interferon gamma) และ TNF-α (tumor necrosis factor alpha) ซึ่งไม่ฆ่าเซลล์แต่จำกัดการติดเชื้อไวรัสโดยลด (down-regulating) การแสดงออกองค์ประกอบของไวรัสได้[59]ดังนั้น วัคซีนดีเอ็นเอจึงสามารถใช้บรรเทาการติดเชื้อไวรัสอาศัยอินเตอร์เฟียรอนที่ไม่ทำลายเซลล์ซึ่งได้พิสูจน์แล้วกับเชื้อไวรัสตับอักเสบบี[60]อนึ่ง IFN-γ เป็นโปรตีนส่งสัญญาณซึ่งสำคัญยิ่งในการควบคุมการติดเชื้อมาลาเรีย[61]จึงมีลู่ทางว่าอาจใช้ทำวัคซีนดีเอ็นเอต้านมาลาเรียได้