Patologiczne reakcje na środki wspomagające Freunda rozpoczynają się w miejscu wstrzyknięcia jako łagodne zaczerwienienie i opuchlizna, a następnie martwica tkanki, intensywne zapalenie oraz zwykłe przejście do tworzenia ziarniniakowatych uszkodzeń. Mogą powstać blizny i ropnie. Reakcje obserwowane po podaniu pełnego środka wspomagającego są na ogół o wiele bardziej ekstensywne niż przy niekompletnym. Najwcześniejsza reakcja komórkowa jest polimorfonuklearna, następnie zmienia się w monomorfonuklearną, a później obejmuje plazmocyty. Emulsja środka wspomagającego może być szeroko rozsiana w różnych organach w zależności od drogi szczepienia z rozwojem ziarniniakowatych uszkodzeń w oddalonych miejscach. Różne mikroorganizmy gram-ujemne mogą wykazywać nasilające się działanie adjuwanta, podobnie jak ma to miejsce w przypadku prątków.

Najwcześniej emulsje olejowe jako adjuwanty zastosował Friedwald w szczepionce przeciw grypie (1944), a zaraz potem Henle i Henle (1945). Po uzyskaniu przez nich obiecujących wyników eksperymentów przeprowadzonych na zwierzętach Salk (1951) przystąpił do badań z tego typu środkami wspomagającymi na żołnierzach pod auspicjami Komitetu Epidemiologicznego Sił Zbrojnych USA. Zastosował wysoko oczyszczony olej mineralny i opracował oczyszczony środek emulgujący Arlacel A, który był wolny od substancji toksycznych, takich jak kwas olejowy powodujący jałowe ropnie w miejscu wstrzyknięcia, a następnie podawał szczepionkę drogą mięśniową.

Następnie Miller i inni donieśli w roku 1956 o swoim niepowodzeniu wspomagania przeciwciał i reakcji ochronnej na typy 3, 4 i 7 szczepionek przeciwko adenowirusom w oleju mineralnym jako środku wspomagającym, w porównaniu ze szczepionką w roztworze wodnym. Nie publikowane badania wykazały konieczność zastosowania odpowiedniej minimalnej ilości antygenu, aby wyzwolić reakcje przeciwciał na preparaty w postaci emulsji.

Salk i inni (1953) zastosował środek wspomagający Freunda do szczepionki przeciwko poliomyelitis (polio), a następnie przeprowadził szerokie testowanie szczepionki z zabitych nie oczyszczonych, jak również oczyszczonych wirusów polio u zwierząt i ludzi, przy czym reakcje u ludzi uznano za mało znaczące.

Grayston i inni (1964) donieśli o bardzo obiecujących wynikach uzyskanych ze szczepionką przeciwko jaglicy, w której jako adjuwanta użyto oleju. Jednak szczepionka przeciw jaglicy utraciła swoje znaczenie, ponieważ, jak wykazał Dolin i inni (1997), w ciągu 37 lat badań prowadzonych w pewnej wiosce w okolicach Sahary wystąpił wyraźny spadek występowania tej choroby – był on ściśle związany z poprawą warunków sanitarnych, dostawą wody, edukacją oraz dostępem do opieki zdrowotnej. Według Dolina i innych (1997) spadek zachorowań na jaglicę występował bez jakiejkolwiek specyficznej interwencji mającej na celu zwalczanie tej choroby.

Alergeny występujące w środku wspomagającym Freunda wymagają specjalnej uwagi, ponieważ mogą być niebezpieczne. Niebezpieczeństwo obejmuje przedawkowanie, na przykład natychmiastowe wprowadzenie do organizmu wrażliwych osób większej niż tolerowana ilości odpowiednio zemulsyfikowanej szczepionki lub rozkład emulsji z uwolnieniem do organizmu całej lub części zawartych w niej alergenów w ciągu krótkiego czasu. Długoterminowo opóźniona reakcja obejmuje rozwój guzków, cyst oraz jałowych ropni wymagających cięcia chirurgicznego. Jest również prawdopodobne, że niektóre stosowane alergeny, takie jak kurz domowy lub pleśń, mogą działać jak prątki, wspomagając reakcję zapalną. Takie reakcje były redukowane z użyciem prawidłowo testowanych i standaryzowanych reagin.

Trzeba także wziąć pod uwagę, że do pierwszych zastosowań środków wspomagających Freunda doszło w czasie, gdy współczesne koncepcje bezpieczeństwa nie istniały. I rzeczywiście, w niektórych krajach, z USA włącznie, adjuwanty z olejem mineralnym nie były zatwierdzone do stosowania u ludzi.

 

Składniki mineralne

Najczęściej stosowanymi mineralnymi adjuwantami w szczepionkach dla ludzi są fosforan aluminium i zasada aluminiowa (ałun). Innym tego typu środkiem wspomagającym używanym w wielu szczepionkach jest fosforan wapnia. Zaobserwowano też, że antygenowość toksyn zwiększają także takie sole mineralne metali, jak azotan ceru, siarczan cynku, koloidalny wodorotlenek żelazowy i chlorek wapnia, jednak najlepsze wyniki daje ałun.

Ałun był stosowany ponad 70 lat temu przez Glenny’ego i innych (1926), którzy odkryli, że zawiesina precypitatu toksyny dyfterytu w ałunie ma znacznie wyższą immunogenność niż płynna anatoksyna.

Chociaż wiele raportów stwierdzało, że szczepionki z ałunem jako adjuwantem nie są lepsze od czystych szczepionek (Aprile i Wardlaw, 1966), zastosowanie ałunu jako środka wspomagającego jest obecnie dobrze określone. Najczęściej stosowany jest roztwór antygenu zmieszany z wodorotlenkiem aluminium lub fosforanem aluminium w warunkach kontrolowanych. Takie szczepionki nazywa się obecnie jako wspomagane aluminium. Są one jednak trudne do produkcji w fizykochemicznie powtarzalny sposób, co powoduje, że poszczególne serie tej samej szczepionki różnią się od siebie. Także stopień absorbcji antygenu przez żel fosforanu aluminium i wodorotlenek aluminium jest zmienny. Aby zminimalizować zmienność i uniknąć braku powtarzalności, w roku 1988 (Gupta i inni, 1993) jako standard wybrano specyficzne przygotowanie wodorotlenku aluminium (Alhydrogel).

Środki wspomagające aluminium pozwalają na powolne uwalnianie antygenu przedłużając czas interakcji między antygenem i komórkami przedstawiającymi antygen a limfocytami. Jednak w niektórych badaniach potencja wspomaganych szczepionek kokluszu była wyższa niż czystych szczepionek kokluszowych, podczas gdy w innych nie stwierdzono żadnego efektu. Miano aglutynowe surowicy po zastosowaniu wspomaganych szczepionek kokluszu było wyższe niż przy szczepieniu czystymi szczepionkami, przy jednoczesnym braku różnicy w odniesieniu do ochrony przeciwko chorobie (Butler i inni, 1962). Mimo tych sprzecznych wyników związki aluminiowe są ogólnie stosowane jako środki wspomagające w szczepionce DPT (dyfteryt-koklusz-tężec). Po ich podaniu donoszono o reakcjach nadwrażliwości, co może być związane z szeregiem czynników, jednym z których jest wytwarzanie IgE razem z przeciwciałami IgG.

Sugeruje się, aby zamiast związków aluminium stosować polimeryzowane toksyny, takie jak tzw. oczyszczone aldehydem glutarowym toksyny tężca i dyfterytu. Są one stosowane w połączeniu ze szczepionką kokluszową inaktywowaną aldehydem glutarowym.

Fosforan wapnia stosowany był jako adjuwant w równoczesnych szczepieniach przeciwko dyfterytowi, kokluszowi, tężcowi, polio, gruźlicy, żółtej febrze, odrze i zapaleniu wątroby B, również z alergenami (Coursaget i inni, 1986). Korzyści ze stosowania tego środka wspomagającego upatrywano w fakcie, że jest on normalnym składnikiem ciała i jest lepiej tolerowany i absorbowany od innych adjuwantów. Wyłapuje on bardzo skutecznie antygeny i umożliwia powolne uwalnianie się antygenu. Wytwarza ponadto duże ilości przeciwciał typu IgG i znacznie mniejsze – przeciwciał typu IgE (reaginowych).

 

Produkty bakteryjne

Jak wiadomo, mikroorganizmy w infekcjach bakteryjnych, podawanie szczepionek zawierających całe zabite bakterie, a także pewne produkty metaboliczne oraz składniki różnych mikroorganizmów wywołują jako odpowiedź powstawanie przeciwciał i działają jako immunostymulanty. Dodanie takich mikroorganizmów i substancji do szczepionek zwiększa reakcję immunologiczną na inne antygeny znajdujące się w takich szczepionkach. Najczęściej stosowanymi mikroorganizmami w całości lub w częściach są Bordetella pertussis, składnik o nazwie P40 uzyskiwany z Corynebacterium, toksyna cholery i prątki.