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Qu’y a-t-il dans un vaccin ?

publié le lundi 15 avril 2019

La formulation ou la composition d’un vaccin est d’une grande importance pour son efficacité, sa sécurité et sa durée de conservation. Outre la partie active, un vaccin contient un certain nombre d’excipients et éventuellement certaines substances résiduelles. Dans cet article, nous discutons des différents composants d’un vaccin.

La notice des vaccins contient la liste de tous les ingrédients pouvant figurer dans un vaccin.
Nous pouvons diviser les composants en trois groupes.

  • Eléments actifs : ce sont des parties de virus ou de bactéries contre lesquelles une protection est construite.
  • Excipients : ce sont des substances ajoutées au vaccin pour en améliorer l’efficacité, en prolonger la durée de conservation et en faciliter l’administration.
  • Substances résiduelles : il s’agit des résidus de substances utilisées au cours du processus de production du vaccin. Après la production, ils sont retirés du vaccin autant que possible. De très petites quantités peuvent encore subsister dans le produit final.

1. Eléments actifs des vaccins

Les éléments actifs d’un vaccin sont des bactéries ou virus morts ou atténués, des particules de bactéries ou de virus, ou des toxines bactériennes. Ces antigènes garantissent que l’organisme développe une résistance vis-à-vis des bactéries, des virus et des toxines contre lesquels le vaccin est fabriqué. Nous pouvons diviser les éléments actifs en trois groupes.

Groupe 1 : Virus ou bactéries, vivants atténués

Les vaccins contre la rougeole, la rubéole, les oreillons, la varicelle et les rotavirus contiennent des virus vivants mais atténués. Le vaccin historique contre la variole, à base de vaccine, contenait également un virus vivant atténué. De plus, certains vaccins contre les bactéries, tels que le vaccin oral contre la fièvre typhoïde et le vaccin contre la tuberculose (BCG), contiennent des bactéries vivantes atténuées.
Diverses techniques de production sont utilisées dans la production de vaccins vivants atténués. Par exemple, on peut recourir à un virus animal apparenté moins virulent (tel que le virus de la vaccine), à une atténuation chimique (par exemple le vaccin antirabique), à un passage dans des cultures cellulaires (par exemple les vaccins antirougeoleux et antirubéoleux) ou à des techniques de recombinaison (par exemple vaccin antigrippal administré par voie intranasale).
Ces vaccins vivants atténués ne peuvent plus causer de maladie grave, mais ils induisent une très bonne réponse immunitaire (cellulaire et humorale) de notre corps, qui assure une protection durable (généralement toute la vie).
L’inconvénient de ces vaccins est qu’ils peuvent parfois provoquer des effets indésirables qui se manifestent comme une forme très affaiblie du tableau clinique de la maladie correspondante. Ces vaccins ne doivent pas être administrés aux personnes présentant un trouble de l’immunité cellulaire ni aux femmes enceintes car ils présentent un risque potentiel pour ces personnes elles-mêmes ou pour l’enfant à naître. Chez ces personnes, le virus affaibli peut avoir le même effet que le virus d’origine, non affaibli (« type sauvage »).

Groupe 2 : particules de bactéries ou de virus

De nombreux vaccins contiennent des virus ou des bactéries inactivés ou des parties sélectionnées de ces microorganismes. On les décrit sous le vocable de "vaccins inactivés". Les vaccins inactivés produisent généralement une immunité moins large, essentiellement humorale, et également moins durable que les vaccins vivants atténués. C’est pourquoi une revaccination périodique (rappel) est nécessaire.

  • Dans certains vaccins, tels que les vaccins contre la fièvre typhoïde, la coqueluche (cellules entières), les vaccins antigrippaux injectables et le vaccin antipoliomyélitique inactivé (vaccin injectable IPV), on utilise des micro-organismes entiers (inactivés chimiquement ou thermiquement). Certains vaccins, tels ceux contre le pneumocoque, l’Haemophilus influenzae de type b et le méningocoque C, utilisent les polysaccharides capsulaires des bactéries respectives. L’immunogénicité des polysaccharides purs est relativement limitée, ce qui les rend impropres à une utilisation chez les jeunes enfants. En couplant chimiquement (conjugaison) les polysaccharides capsulaires à une protéine porteuse, ils peuvent également être utilisés chez les nourrissons et une mémoire immunitaire est également générée, ce qui confère une protection de plus longue durée. En tant que protéine porteuse, les anatoxines diphtérique et tétanique sont utilisées. Ces vaccins sont appelés vaccins "conjugués".
  • Les vaccins fragmentés ("split") et sous-unitaires ("subunit") ne contiennent pas de particules virales complètes et intactes, mais respectivement des particules virales chimiquement fractionnées ou des protéines purifiées dans lesquelles d’autres composants viraux ont été éliminés. Souvent, seules quelques protéines soigneusement sélectionnées du virus ou de la bactérie sont utilisées comme antigènes pour la composition du vaccin. Dans les vaccins sous-unitaires, les microorganismes sont d’abord cultivés dans des cultures cellulaires, puis les antigènes sont éliminés par voie chimique. Des exemples en sont les vaccins contre l’encéphalite japonaise, la rage (culture cellulaire) et le vaccin inactivé contre la grippe.
  • Dans les vaccins à ADN recombinant, tels que le vaccin acellulaire contre la coqueluche, le vaccin contre l’HPV et le vaccin contre l’hépatite B, des techniques de recombinaison de l’ADN sont utilisées pour produire des vaccins sous-unitaires.

Groupe 3 : Toxine bactérienne

Les symptômes du tétanos et de la diphtérie ne sont pas causés par la bactérie, mais par la toxine produite par la bactérie. Dans la production de vaccins contre ces maladies, les bactéries sont cultivées de manière à produire la toxine. Celle-ci est rendue inoffensive par un traitement chimique : on l’appelle alors « anatoxine ». Cette dernière ne provoque pas la maladie, mais induit une bonne réponse immunitaire. Ces vaccins sont également des vaccins dits "inactivés".

Groupe 4 : Vaccins ADN

Un nouveau développement repose sur ce que l’on appelle les vaccins à ADN et à vecteur recombinant. Ceux-ci sont encore en phase de test. La médecine vétérinaire dispose déjà de vaccins à ADN contre le virus du Nil occidental, entre autres.

  • Dans les vaccins à ADN, aucun matériel infectieux atténué ou tué n’est utilisé. Le vaccin est obtenu en clonant un ou plusieurs gènes de microorganismes pathogènes, qui codent pour des protéines provoquant une réponse immunitaire, dans un plasmide bactérien et produit par des techniques d’ADN recombinant. Lorsque le vaccin est injecté, les gènes correspondants sur le plasmide sont exprimés dans des cellules humaines, après quoi la cellule hôte produira des antigènes et activera le système immunitaire. Dans un vaccin à ADN, la cellule humaine devient elle-même le producteur du vaccin. Des études sur des modèles animaux ont démontré qu’un vaccin à ADN peut susciter une réponse immunitaire et protéger un hôte contre l’infection. Des vaccins à ADN contre la grippe, l’herpès, la fièvre jaune, le virus du Nil occidental et le zika sont en cours de développement ou en cours de test.
  • Les vaccins à vecteur recombinant utilisent des virus ou des bactéries atténués inoffensifs comme vecteurs pour introduire de l’ADN microbien dans les cellules du corps. Avec un virus comme porteur, on utilise le fait que le virus se multiplie en déposant son matériel génétique dans la cellule humaine. En recombinant ce matériel génétique avec le matériel génétique de l’agent pathogène contre lequel on veut vacciner, le virus fonctionne comme une sorte de transporteur. Lorsqu’une bactérie est utilisée comme vecteur, on se base sur le fait que l’ADN code la bactérie pour qu’elle présente sur sa membrane extérieure les antigènes auxquels le système immunitaire réagit. Ces vaccins imitent en réalité une infection naturelle. Actuellement, de tels vaccins contre le VIH, la rage et la rougeole sont en cours de développement.

2. Excipients

Pour améliorer l’efficacité du vaccin, un vaccin contient des excipients. Les excipients sont des substances qui ont fait l’objet d’une recherche approfondie en matière de sécurité et pour lesquelles on dispose d’une longue expérience. Les substances auxiliaires contenues dans les vaccins peuvent être divisées en trois groupes.

Emulsifiants et stabilisants

Ces agents sont ajoutés afin que le vaccin puisse être administré de façon optimale et ait une meilleure stabilité. Des exemples en sont des sucres (sucrose, sorbitol, etc), le glutamate, des polysorbates (Tween™), l’albumine, la gélatine, etc.
La gélatine est la cause la plus courante de réactions allergiques graves après l’administration d’un vaccin. Des réactions allergiques anaphylactiques à la gélatine très rares ont été rapportées après l’administration du vaccin RRO (environ 1 cas par 2 millions de doses). Chez les personnes présentant une allergie grave avérée à la gélatine, l’utilisation de vaccins contenant de la gélatine n’est pas recommandée.

Adjuvants

Ce sont des moyens qui stimulent le système immunitaire. Les vaccins constitués de virus ou de bactéries complets contiennent des adjuvants « endogènes » (ADN, ARN, composants capsulaires). Ces adjuvants endogènes non seulement assurent une bonne production d’anticorps, mais sont également responsables d’effets secondaires plus prononcés. Les vaccins très purs, tels que les vaccins sous-unitaires ou les vaccins à protéines recombinantes, ne contiennent pratiquement aucun adjuvant endogène. Des substances spécifiques doivent donc être ajoutées à ces vaccins modernes et sûrs pour activer la réponse immunitaire protectrice de l’organisme. Ces excipients ne sont pas nocifs, mais peuvent entraîner une augmentation des effets secondaires légers et transitoires, tels que des rougeurs, un gonflement et une douleur autour du site d’administration.

  • Les sels d’aluminium sont l’excipient le plus couramment utilisé dans les vaccins. Les sels d’aluminium assurent une libération lente et une meilleure absorption du vaccin par le système immunitaire. La quantité d’aluminium qui pénètre dans le corps via toutes les vaccinations reste en dessous des niveaux admissibles. La quantité d’aluminium qu’un enfant reçoit via les vaccins au cours des six premiers mois de sa vie (environ 4,4 mg) est inférieure à celle qu’il reçoit du régime alimentaire (environ 7 mg par l’allaitement, 39 mg avec un biberon de lait ordinaire et 117 mg avec un biberon de lait à base de soja). Au fil des 80 dernières années au cours desquelles les composés d’aluminium ont été largement utilisés à l’échelle planétaire dans les vaccins humains, aucun effet nocif lié à l’usage de l’aluminium n’a été identifié.
  • Récemment, d’autres adjuvants ont également été développés. L’association MPL-aluminium est appelée AS04 et est utilisée dans les vaccins contre l’hépatite B (Fendrix™) et contre le papillomavirus humain (Cervarix™). Les émulsions huile dans eau, dont le squalène est le principal composant, sont utilisées dans un vaccin contre la grippe saisonnière (Fluad™, adjuvant MF59, squalène uniquement) et dans un vaccin contre la grippe pandémique (Pandemrix™, adjuvant AS03, une association de squalène et de tocophérol).

Agents de conservation

Un agent de conservation est destiné à rendre le vaccin plus durable et à éviter sa détérioration. Un conservateur empêche la contamination par une bactérie, une levure ou une moisissure. En raison des techniques de production améliorées, il faut utiliser moins d’agents de conservation que par le passé. Les conservateurs sont présents à très faible dose dans les vaccins et ne sont donc pas considérés comme nocifs pour l’homme. Le thiomersal et le formaldéhyde sont des exemples de conservateurs dans les vaccins.

  • Thiomersal
    Le thiomersal est un composé d’éthylmercure qui était parfois utilisé dans les vaccins inactivés en raison de son effet désinfectant. En 1997, la Food and Drug Administration (FDA) aux États-Unis a été obligée de dresser une liste des aliments et des médicaments auxquels des composés du mercure étaient ajoutés. La mesure visait à réduire l’exposition au mercure. Comme aucune norme de sécurité n’avait encore été établie pour l’éthylmercure, il a aussi été décidé de réduire fortement son utilisation dans les vaccins.
  • Formaldéhyde
    Le formaldéhyde est utilisé lors de la production et du stockage des vaccins, pour empêcher les bactéries indésirables de se développer. Il est également utilisé pour réduire la toxicité des toxines des bactéries de la diphtérie et du tétanos, afin d’obtenir des anatoxines appropriées à la vaccination. Avant que les vaccins ne soient conditionnés en seringues ou flacons, le formaldéhyde, tout comme les éventuels antibiotiques, en sont extraits. Une quantité minimale de formaldéhyde peut néanmoins persister dans le vaccin. Du formaldéhyde peut également être ajouté à la fin de la production du vaccin pour améliorer la durée de conservation. C’est donc à la fois une matière résiduelle et une substance auxiliaire. La quantité résiduelle de formaldéhyde dans le vaccin n’est pas nocive pour la santé. Le corps humain contient une petite quantité de formaldéhyde nécessaire au métabolisme. Le formaldéhyde est également naturellement présent dans de nombreux fruits et légumes et empêche la croissance des bactéries et des champignons, prolongeant ainsi la durée de conservation. Une dose de 0,5 ml de vaccin contient entre 0,05 mg et 0,1 mg de formaldéhyde (soit 0,1-0,2 mg / ml). Le formaldéhyde peut avoir une influence (nocive) sur le corps lorsqu’il est pris par voie orale à raison de 50-100 mg / kg par jour. À titre de comparaison : dans une poire de 100 grammes, une moyenne de 5 mg de formaldéhyde (50 mg / kg) est présente. Le formaldéhyde figure également sur la liste des substances cancérogènes. Cependant, ce n’est le cas qu’avec une exposition par l’air. Le formaldéhyde par injection, comme dans les vaccins, n’est pas cancérogène.
  • 2-Fenoxyethanol
    Le 2-fenoxyethanol est utilisé comme conservateur dans certains vaccins comme le Boostrix™, l’Imovax™, l’Avaxim™, etc.

3. Substances résiduelles dans les vaccins

Les substances résiduelles sont des restes de produits qui sont utilisés au cours du processus de culture des virus et des bactéries et de production du vaccin. Ces substances sont éliminées autant que possible avant le conditionnement en seringues ou flacons, mais il peut en subsister de petites quantités dans le vaccin final. Ces quantités sont si faibles qu’elles n’affectent pas la santé.

Restes de milieu de culture

Les bactéries et les virus doivent être cultivés pour fabriquer des vaccins. Leur multiplication nécessite un milieu de culture approprié. Les virus ont besoin d’une culture de cellules vivantes pour se multiplier. Les cultures sur cellules d’organes (ou d’animaux) sont dans la plupart des cas remplacées par des cultures cellulaires. Ces cellules peuvent être continuellement cultivées sans l’utilisation de nouveaux donneurs. Pour les oreillons et la rougeole, il s’agit d’une culture cellulaire d’un embryon de poulet et pour la rubéole, d’une culture cellulaire de cellules humaines. Les cultures cellulaires sont également appelées lignées cellulaires.

Les œufs de poule incubés sont utilisés comme un milieu favorable pour la production des vaccins contre la grippe et contre la fièvre jaune.
Dans la pratique, il a été constaté que les vaccins contenant des protéines résiduelles d’œuf de poule ne posaient pratiquement aucun problème aux personnes allergiques aux protéines d’œuf de poule, car la quantité de protéines d’œuf de poule pouvant subsister dans le vaccin est très faible. Diverses études ont également montré que les personnes allergiques aux protéines d’œuf de poule peuvent être vaccinées normalement. Pour des raisons de sécurité, les personnes qui ont déjà manifesté une réaction violente après avoir mangé des œufs peuvent se soumettre à un test cutané, préalablement à une vaccination contenant d’éventuels résidus de protéines de poulet.

Antibiotiques

Des antibiotiques sont ajoutés au cours du processus de production des vaccins afin d’empêcher le développement des bactéries indésirables. Avant que les vaccins ne soient conditionnés en seringues ou en flacons, ces excipients sont retirés des vaccins. Il arrive que de très petites quantités (traces) d’antibiotiques persistent dans les vaccins. Les résidus d’antibiotiques dans les vaccins ne provoquent presque jamais d’effets secondaires. En effet, les antibiotiques contenus dans les vaccins sont des antibiotiques différents de ceux administrés habituellement par voie orale aux bébés et aux jeunes enfants, tels que la pénicilline.
Ces antibiotiques ne provoquent pas de réactions aiguës mais peuvent provoquer, à titre exceptionnel, une réaction allergique de type retardée. Un exemple en est une réaction cutanée au site de la vaccination. Ces réactions peuvent provoquer des démangeaisons sans gravité qui disparaissent naturellement en quelques jours.
Parfois, les enfants sont allergiques à la néomycine, à la streptomycine ou à la polymyxine. Ceci doit être signalé par les parents à l’infirmière ou au médecin avant la vaccination. En consultation, il sera ensuite déterminé si la vaccination est justifiée.

Levure

Le vaccin contre l’hépatite B est produit dans des cellules de levure qui fabriquent l’antigène de surface de l’hépatite B (HBsAg), protéine vaccinale. Des traces de cette levure peuvent être trouvées dans le produit final d’un processus de production complexe. Chez les personnes présentant une hypersensibilité aux levures, celles-ci peuvent provoquer une réaction allergique grave (environ 1 cas par 600.000 doses). Par conséquent, il est recommandé d’administrer ce vaccin (Engerix-B) en milieu hospitalier pour les personnes présentant une réaction anaphylactique connue à la levure.

Lactose

Certains vaccins tels qu’Infanrix™ contiennent des quantités minimales de lactose. Rien n’indique que ces quantités minimes puissent poser un problème chez les nourrissons intolérants au lactose.
Chez les nourrissons atteints de galatosémie, il existe un risque théorique que le lactose soit converti en glucose et en galactose. En raison des graves conséquences de la charge de galactose chez ces enfants, il est conseillé de ne pas administrer de vaccin contenant des traces de lactose, pour des raisons de sécurité.

ADN

L’ADN de cellules embryonnaires peut se retrouver dans des vaccins (tels que ceux contre l’hépatite A, la rubéole et la varicelle) du fait qu’ils sont produits à partir de cellules embryonnaires humaines. Cependant, il s’agit de quantités extrêmement faibles d’ADN très fragmenté, à partir duquel aucune protéine complète ne peut être formée et qui ne peut être incorporé à l’ADN cellulaire.
En 2010, de l’ADN d’une souche virale non pathogène dérivée du circovirus porcin de type 1 a été trouvé dans plusieurs lots du vaccin oral contre le rotavirus (Rotarix™). Après avoir évalué les informations disponibles, l’EMA a conclu que la présence de cet ADN ne présentait pas de risque pour la santé.

Référence :
- Rijksvaccinatieprogramma : Wat zit er in een vaccin ?
- Burgmeijer R, Hoppenbrouwers K. Handboek Vaccinaties. Theorie en uitvoeringspraktijk. 2011. www.chop.edu/centers-programs/vaccine-education-center/vaccine-ingredients


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