Adjuvans ve vakcínách – základní složka moderních vakcín!

Výzkumný tým pro adjuvans pro vakcíny ve Statens Serum Institut má za úkol vyvíjet nové adjuvans pro vakcíny.

Vakcíny jsou zdaleka nejúspěšnějším lékařským zásahem v historii a pouze přístup k čisté vodě a hygienickým zařízením vedl k většímu prodloužení délky života. První generace vakcín se skládala z celých inaktivovaných, oslabených nebo narušených (rozštěpených) virů nebo bakterií zabraňujících onemocněním, jako jsou neštovice, tuberkulóza (TBC; BCG vakcína), spalničky, dětská obrna (OPV/IPV vakcíny) a chřipka. Všechny tyto vakcinační technologie obsahují kromě vakcinačních antigenů také imunostimulační složky, které aktivují vrozený imunitní systém ke zvýšení a modulaci adaptivní imunitní odpovědi na antigeny. Další strategií byla izolace, purifikace a detoxikace toxinů přímo z patogenů – metoda použitá ve vakcínách proti záškrtu a tetanu.

Společným znakem mnoha těchto vakcín je, že vyžadují produkci samotných patogenů, i když často v oslabené formě. Zjevné nevýhody tohoto přístupu související s výrobou byly obejity zavedením rekombinantních výrobních metod využívajících benigní expresní systémy, jako je E. coli, které umožňují vyrábět antigeny vakcín na bázi proteinů s vysokou výtěžností.

Adjuvans pro vakcíny

Tyto vysoce purifikované a rekombinantně vyráběné vakcíny nejsou samy o sobě schopny dostatečně aktivovat a potencovat imunitní odpověď. Proto se přidávají adjuvans, která dodávají „nebezpečný“ signál a spouštějí aktivaci vrozené imunity a potenciaci vakcíny.

Vakcíny proti difterii a tetanu obsahují adjuvans hydroxid hlinitý, který potencuje antigenně specifickou protilátkovou odpověď potřebnou k ochraně proti těmto infekcím. Toto adjuvans je nejpoužívanější od 30. let 20. století, kdy bylo poprvé zavedeno. Od té doby byl ve skutečnosti pro použití u lidí schválen pouze malý počet adjuvans na bázi jiných minerálních solí, emulzí skvalenu a virozomů. Společným rysem těchto adjuvans je, že významně zvyšují humorální protilátkovou odpověď na antigeny vakcíny, ale nejsou schopny vytvořit typ buněčně zprostředkované imunity (CMI; viz rámeček), která je důležitá pro ochranu proti mnoha nejnáročnějším infekčním onemocněním současnosti, jako je tuberkulóza, chlamydie a pandemická chřipka.

Moderní vakcinační adjuvans, jako je například adjuvans AS01 používané v nově registrované vakcíně Shingrix® (GSK) proti pásovému oparu vyvolanému virem varicella-zoster, se skládá z doručovacího systému, obvykle založeného na emulzích nebo liposomech nesoucích speciální molekuly, které jsou imunitním systémem rozpoznány jako cizorodé.

Tyto imunostimulátory jsou obvykle syntetické analogy takzvaných „molekulárních vzorů asociovaných s patogeny“ neboli PAMPs a mohou modulovat imunitní buňky tak, aby reagovaly specifickým způsobem. Mohou například posunout indukované protilátky ke speciálním funkcím nebo indukovat určitý typ T-buněk se zvláštní schopností zabíjet infikované buňky (takzvané „zabijácké T-buňky“ nebo „cytotoxické T-lymfocyty“ (CTL)) nebo modulovat navádění imunitních buněk do specifických tkání, jako jsou střeva nebo plíce.

Většina imunostimulátorů v klinickém vývoji aktivuje receptory takzvaných „toll-like receptorů“ (TLR) nebo „rodiny lektinových receptorů typu C (CLR)“ a bude mít zásadní vliv na účinnost nových vakcín, zejména v těch případech, kdy je pro ochranu nutná silná odpověď CMI.

Statens Serum Institut

Dánský Statens Serum Institut je státní podnik pod záštitou ministra zdravotnictví, který se nachází v blízkosti centra dánské Kodaně. Statens Serum Institut je zodpovědný za připravenost Dánska proti infekčním nemocem, což zahrnuje dohled nad nemocemi prostřednictvím mezinárodní spolupráce a konzultace s dánským zdravotnickým systémem a úřady v případě epidemií, které vyžadují naléhavá opatření.

Výzkum vakcín ve Statens Serum Institut

Výzkum vakcín ve Statens Serum Institut sahá až k založení institutu v roce 1902, kdy byl založen za účelem výroby antisér proti záškrtu. Výzkum se brzy rozšířil i na další epidemické nemoci. Výzkum vakcín ve Statens Serum Institut se zaměřuje na nemoci, které představují velkou hrozbu pro celosvětové zdraví. Dnes je hlavní úsilí věnováno vakcínám proti tuberkulóze, chlamydiím, HIV a pandemické chřipce.

Program výzkumu vakcín je nedílnou součástí hlavního poslání SSI s ohledem na připravenost a dodávky vakcín. Hlavní část výzkumu vakcín prováděného ve Statens Serum Institut je zařazena pod Centrum pro výzkum vakcín a pokrývá celý vývoj vakcín, od vytváření hypotéz a základního výzkumu až po klinické hodnocení vakcín u lidí. Centrum se zaměřuje na imunologické reakce na infekci a na základní i translační výzkum vakcín, který zahrnuje podrobné programy objevování antigenů zaměřené na identifikaci proteinů exprimovaných cílovými patogeny a rozpoznávaných imunitním systémem.

V současné době jsou dva hlavní strategické vakcinační programy zaměřeny na vývoj nových vakcín proti tuberkulóze a chlamydiím.

Tuberkulóza je dnes jedním z hlavních infekčních zabijáků na světě a v roce 2017 způsobila přibližně 1,6 milionu úmrtí, včetně 230 000 dětí. Vakcína Bacillus Calmette-Guérin účinně chrání děti a v zemích, kde je tuberkulóza běžná, se podává dětem co nejblíže porodu. Účinnost BCG vakcíny však v průběhu let slábne, a když děti vstoupí do věku dospívání, má obvykle jen malý ochranný účinek. Existuje proto naléhavá potřeba vakcín, které by mohly zlepšit ochranu proti tuberkulóze, zejména u dospívajících a dospělých.

Chlamydia trachomatis je jednou z nejrozšířenějších sexuálně přenosných infekcí a jen ve Spojených státech bylo v roce 2017 hlášeno 1,7 milionu případů.

Naneštěstí se zdá, že tato infekce je silně poddiagnostikována, přičemž mnoho zemí nehlásí výskyt onemocnění, takže je obtížné získat přesný přehled o zátěži. Může způsobit trvalé poškození reprodukčního systému žen, což může vést k fatálnímu mimoděložnímu těhotenství nebo neplodnosti.

Některé sérotypy Chlamydia trachomatis dále způsobují trachom, infekci pod očními víčky, která může nakonec vést ke slepotě. Toto onemocnění je velkým zdravotním problémem v Africe, Asii a Střední a Jižní Americe, kde způsobuje slepotu 1,2 milionu lidí a snížení zraku u dalšího milionu lidí.

Oba patogeny infikují buňky a vakcíny proti nim proto vyžadují adjuvans, které vyvolávají silnou reakci CMI.

Výzkum adjuvans pro vakcíny

V posledním desetiletí Statens Serum Institut vyvíjel nová adjuvans pro vakcíny a současně se podílel na vývoji vakcín proti tuberkulóze i chlamydiím.

Cílem našeho výzkumu je přizpůsobit adjuvans tak, aby vyvolalo přesně takovou imunitní odpověď, jaká je potřebná ke kontrole daného patogenu. To je možné díky konstrukci adjuvans na bázi liposomů, které obsahují imunostimulátory. Imunostimulátory jsou odvozeny od přirozeně se vyskytujících molekul PAMP z mikroorganismů, které spouštějí různé části imunitního systému. Vlastnosti těchto liposomů lze modifikovat a lze je vyrábět v různých velikostech a s různými začleněnými molekulami v závislosti na imunitní odpovědi potřebné pro konkrétní vakcínu. Na míru vyrobené liposomy se v konečné vakcíně kombinují s vakcinačním antigenem. Lipozom zajistí, že vakcinační antigen bude prezentován správným buňkám imunitního systému a že bude vytvořena požadovaná imunitní odpověď.

V honbě za ideálním adjuvans pro vakcinační antigen systematicky modifikujeme složení vakcinačního nosiče a/nebo imunostimulátorů. Složení podávacích částic upravujeme tak, abychom změnili fyzikální vlastnosti podávacího systému vakcíny, např. z hlediska velikosti, tekutosti nebo náboje. Takové modifikace lze použít k zajištění optimální adsorpce antigenu, deponování vakcíny, jejího příjmu a prezentace in vivo atd. Fluidita liposomů může mít například zásadní vliv na distribuci složek vakcíny a úroveň CMI a protilátkové odpovědi.

Při hledání optimálního imunomodulátoru jsme zjistili, že několik mykobakteriálních lipidů má silné imunomodulační účinky, které lze využít pro vývoj vakcín. Podíleli jsme se na objevu α, α´ trehalosy 6,6´ dibehenátu (TDB) jako účinného imunomodulátoru pro indukci buněčně zprostředkované imunitní odpovědi a na rozboru signálních drah, které se na tom podílejí.

Program objevování imunomodulátorů také identifikoval mykobakteriální monomykoloylglycerol (MMG) jako účinný aktivátor lidských dendritických buněk a jako imunomodulátor, který na zvířecích modelech vyvolává výraznou Th1 odpověď. V tomto objevitelském programu pro nás bylo také důležité pochopit vrozené mechanismy aktivované těmito novými imunomodulátory. V neposlední řadě je ve skupině hodnocen také způsob vakcinace, u něhož se ukázalo, že má zásadní vliv na vyvolanou imunitní odpověď. Pracujeme proto s různými imunizačními strategiemi, včetně podání do horních cest dýchacích, abychom zlepšili ochrannou imunitní odpověď na slizničních površích.

Adjuvans CAF od SSI

Všechna naše adjuvans jsou založena na kladně nabitých liposomech, a proto se nazývají kationické adjuvans (CAF). První adjuvantní formulace vyvinutá v naší laboratoři se skládá z liposomů tvořených dimethyldioktadecylamoniem (DDA) stabilizovaných syntetickým mykobakteriálním imunomodulátorem TDB, který je vložen do lipidových dvojvrstev.

DDA působí jako nosič sloužící k podpoře vychytávání a prezentace vakcinačního antigenu v příslušné podskupině antigen prezentujících buněk (APC), zatímco TDB působí jako imunomodulátor a aktivuje APC k vyvolání kombinovaných odpovědí Th1 a Th17 CMI. Obě složky, DDA a TDB, společně působí synergicky a vytvářejí vysoce účinné reakce T-buněk a protilátek, které se ukázaly být účinné ve vakcínách proti řadě různých onemocnění, např. ve zvířecích modelech melanomu, chřipky, chlamydií, tuberkulózy, streptokoka skupiny A a malárie.

CAF01 byl testován v pěti klinických studiích fáze I s cílem vyhodnotit bezpečnost, snášenlivost a imunogenicitu různých dávek CAF01 podávaných v kombinaci s různými vakcínami na bázi proteinů a peptidů (klinické studie č. NCT00922363, NCT01009762, NCT01141205, NCT02787109). Tyto studie ukázaly, že CAF01 je bezpečný a účinný při indukci vakcínově specifických T-buněk, které hrají důležitou roli v ochraně například proti tuberkulóze, chlamydiím, malárii a pandemické chřipce.

Naše adjuvans druhé generace, CAF09, které se skládá z DDA, MMG a polyIC, se ukázalo být velmi účinné při indukci antigenně specifických cytotoxických T-buněk proti antigenům na bázi proteinů a peptidů. Toto adjuvans je tedy potenciálním kandidátem pro vakcíny např. proti HIV, rakovině, pandemické chřipce atd. Nyní prochází klinickým hodnocením u lidí v rámci terapeutické vakcíny proti rakovině prostaty (NCT03412786) a neantigenové vakcíny proti různým typům rakoviny (tzv. „košová studie“, NCT03715985).

Vycházejíce z principů vakcín CAF01 a CAF09 můžeme při navrhování adjuvans na míru pro specifické cíle onemocnění dále modulovat složení změnou kationických liposomů nebo tím, že do nich začleníme různé kombinace imunostimulátorů.

V současné době kombinujeme mykobakteriální nonTLR ligandy s konvenčními TLR ligandy v různých nosičích. Naším cílem je vyvolat vysoce rozmanité a komplexní imunitní odpovědi a úpravou různých parametrů jsme prokázali, že můžeme ovlivnit izotyp protilátek, dobu trvání depotace vakcíny a rovnováhu CTL/Th1/Th17.

Obory výzkumu

Podávání a formulace vakcín je multidisciplinární projekt zahrnující aplikovaný i základní výzkum na nejvyšší mezinárodní úrovni. Zahrnuje:

• Biochemické a fyzikálně-chemické charakterizace adjuvantních systémů
• Studie distribuce a osudu vakcinačních formulací in vivo
• Základní imunologické charakterizace funkce adjuvantů in vivo a in vitro
• Charakterizace imunitních reakcí vyvolaných vakcínami u lidí a zvířecích modelů
• Protektivní imunitní reakce v různých modelech výzev.

V současné době probíhá hodnocení projektů vakcín na bázi proteinů a peptidů v oblasti tuberkulózy, chřipky, chlamydií, HIV a streptokoků skupiny A a také terapeutických vakcín proti melanomu a lidskému papilomaviru. Kromě toho máme rozsáhlé zkušenosti s předklinickým vývojem adjuvantních subjednotkových vakcín a podílíme se na podpoře zkoušek nových adjuvantů „first-in-man“.

Spolupráce

Výzkum probíhá ve spolupráci s výzkumnými skupinami z dánských a mezinárodních univerzit, biotechnologických společností a vládních institucí.
Důležité předchozí a současné
spolupráce zahrnují:

ADITEC

Tento projekt s vysokým dopadem probíhal v letech 2011-2017 s cílem vyvinout nové vakcinační strategie. Obsahem projektu, financovaného prostřednictvím 7. rámcového programu (7. RP) Evropské komise, bylo urychlit vývoj nových a výkonných imunizačních technologií pro novou generaci lidských vakcín. ADITEC dosáhl významného pokroku ve vývoji nových imunizačních technologií, adjuvans, vektorů a nosičů, formulací a metod očkování optimalizovaných pro různé věkové skupiny.

TRANSVAC2

Tento projekt spolupráce v oblasti infrastruktury byl financován z programu Evropské komise Horizont 2020. Jedná se o společné úsilí předních evropských skupin působících v oblasti vývoje vakcín a jeho cílem je urychlit vývoj vakcín posílením evropského výzkumu a odborné přípravy v oblasti vakcín a zvýšit udržitelnost projektů Evropské komise v oblasti vakcín zavedením stálé výzkumné infrastruktury pro včasný vývoj vakcín.

BIOVACSAFE

Tento projekt financovaný Iniciativou pro inovativní léčiva (IMI) probíhal v letech 2012-2018 a jeho cílem bylo vyvinout špičkové nástroje pro urychlení a zlepšení testování a monitorování bezpečnosti vakcín, a to jak před uvedením na trh, tak po něm. Díky spojení tří předních evropských společností zabývajících se vývojem a výrobou vakcín a špičkových odborníků z akademických institucí a malých a středních podniků přinesl projekt obrovské množství výsledků, které mohou urychlit vývoj nové generace bezpečnějších a účinnějších vakcín.

TBVAC2020

Tento výzkumný projekt programu Horizont 2020 si klade za cíl inovovat a diverzifikovat současnou nabídku vakcín proti TBC. Projekt navazuje na velmi úspěšnou a dlouhodobou spolupráci v rámci následných projektů vakcín a biomarkerů proti TBC financovaných Evropskou komisí z 5., 6. a 7. rámcového programu a sdružuje vědce a vývojáře ze 40 výzkumných partnerů, kteří spolupracují na vývoji nových vakcín proti TBC.

NeoPepVac

Tento projekt, financovaný Dánským inovačním fondem a zahrnující čtyři partnery, si klade za cíl vytvořit personalizované vakcíny pro imunoterapii založené na peptidových neoantigenech v kombinaci s adjuvans CAF09b navrženým tak, aby poskytoval optimální imunoterapii prostřednictvím indukce CTL.

Projekt dokončí fázi l studie s imunoterapií založenou na neoepitopech u pacientů s rakovinou a poskytne důkaz koncepce celkové strategie, bezpečnosti a klinické proveditelnosti. Na základě hloubkové analýzy imunitní reaktivity u očkovaných pacientů a identifikace neoepitopů pomocí syngenních myších modelů zdokonalíme algoritmy pro predikci neoepitopů pro budoucí léčbu.

UNISEC

Toto konsorcium financované Evropskou komisí ze 7. rámcového programu zahrnovalo 11 partnerů z akademické sféry, institutů veřejného zdraví a vakcínového průmyslu.

Spojilo odborné znalosti v oblasti výroby chřipkového viru a vakcíny, složení vakcíny, podávání vakcíny, preklinických zvířecích modelů, imunologických odečtů, organizace a provádění klinických studií, správy a analýzy dat s cílem porovnat různé nové koncepty chřipkové vakcíny, aby bylo možné identifikovat, vyvinout a klinicky otestovat nejslibnější vodítka pro univerzální chřipkovou vakcínu.

ENOVA

Tuto vědecko-technickou „síť pro vakcinační adjuvans“ financoval COST prostřednictvím programu EU Horizont 2020. ENOVA sdružuje evropské odborníky a zúčastněné strany, kteří pracují v různých oblastech výzkumu a vývoje adjuvans a vakcín, včetně profylaktických a terapeutických aplikací i humánních a veterinárních vakcín.

Konečnými cíli sítě je usnadnit komunikaci a výměnu informací mezi jejími členy, zajistit, aby nové objevy byly široce rozšířeny tak, aby jejich potenciál mohl být optimálně přínosný, podporovat co nejlepší využití stávajících adjuvantních technologií a povzbuzovat a podporovat vývoj nových adjuvans.

V tomto článku zmíněná patentovaná adjuvans SSI lze získat pro preklinické i klinické využití kontaktováním Statens Serum Institut. Viz kontaktní informace níže.

Fakty o adjuvans

Adjuvans: Z latinského adjuva¯re; pomáhat. Látka, která zvyšuje imunitní odpověď stimulovanou antigenem při jeho injekčním podání (Collins English Dictionary).

O autorovi

Dennis Christensen je vedoucím vědeckým pracovníkem a vedoucím výzkumu adjuvantů ve vakcínách ve Statens Serum Institut. Dále je hostujícím profesorem na University of Strathclyde, Institute of Pharmacy & Biomedical Science v Glasgow ve Velké Británii.
Má doktorát z farmaceutických věd a posledních 15 let se zabývá farmaceutickými a imunologickými aspekty adjuvans a systémů podávání vakcín, včetně cíleného podávání imunostimulátorů a antigenů.

Významné publikace z poslední doby

1. Pedersen GK et al. Immunocorrelates of CAF family adjuvants. Semin Immunol 2018;39:4-13
2. Schmidt ST et al. Induction of Cytotoxic T-Lymphocyte Responses Upon Subcutaneous Administration of a Subunit Vaccine Adjuvanted With an Emulsion Containing the Toll-Like Receptor 3 Ligand Poly(I:C). Front Immunol 2018;9:898
3. Vono M et al. Overcoming the Neonatal Limitations of Inducing Germinal Centers through Liposome-Based Adjuvants Including C-Type Lectin Agonists Trehalose Dibehenate or Curdlan. Front Immunol 2018; 9:381
4. Christensen D et al. Seasonal Influenza Split Vaccines Confer Partial Cross-Protection against Heterologous Influenza Virus in Ferrets When Combined with the CAF01 Adjuvant. Front Immunol 2018; 8:1928
5. Christensen D et al. Vaccine-induced Th17 cells are established as resident memory cells in the lung and promote local IgA responses. Mucosal Immunol 2017;10(1):260-270
6. Schmidt ST et al. Způsob podání je rozhodující pro schopnost vakcinačního adjuvans CAF09 indukovat antigenně specifické odpovědi CD8+ T-buněk: Imunologické důsledky biodistribučního profilu. J Control Rel 2016; 239:107-117

Dennis Christensen, PhD Pharm
Head of Vaccine Adjuvant Research
Center for Vaccine Research
Statens Serum Institut
+45 3268 3804
[email protected]
https://en.ssi.dk/research

Upozorňujeme, že tento článek vyjde v čísle 8 časopisu Health Europa Quarterly, které je již nyní k dispozici ke čtení.

.