Vaccineadjuvanser – en vigtig bestanddel i moderne vacciner!

Forskningsholdet for vaccineadjuvanser ved Statens Serum Institut har til opgave at udvikle nye vaccineadjuvanser.

Vacciner er langt den mest succesfulde medicinske intervention i historien, og kun adgang til rent vand og sanitet har ført til en større forbedring af den forventede levetid. Den første generation af vacciner bestod af helinaktiverede, svækkede eller opløste (splittede) virus eller bakterier til forebyggelse af sygdomme som kopper, tuberkulose (TB; BCG-vaccine), mæslinger, polio (OPV/IPV-vacciner) og influenza. Ud over at indeholde vaccineantigenerne indeholder alle disse vaccine-teknologier også immunstimulerende komponenter, der aktiverer det medfødte immunsystem for at øge og modulere det adaptive immunrespons over for antigenerne. En anden strategi har været at isolere, rense og afgifte toksiner direkte fra patogenerne – en metode, der er anvendt i difteri og stivkrampevaccinerne.

Fælles for mange af disse vacciner er, at de kræver produktion af patogenerne selv, om end ofte i en svækket form. De åbenlyse produktionsrelaterede ulemper ved denne fremgangsmåde er blevet omgået ved implementering af rekombinante produktionsmetoder, der anvender godartede ekspressionssystemer som E. coli til at producere de proteinbaserede vaccineantigener med højt udbytte.

Vaccineadjuvanser

Disse stærkt rensede og rekombinant producerede vacciner er ikke i stand til at aktivere og potensere immunresponset tilstrækkeligt i sig selv. Adjuvanser tilsættes derfor for at levere “faresignalet” og udløse medfødt immunaktivering og vaccinepotentiering.

Difteri- og tetanusvaccinerne indeholder adjuvanset aluminiumhydroxid, som potentierer et antigenspecifikt antistofrespons, der er nødvendigt for at beskytte mod disse infektioner. Denne adjuvans har været den mest anvendte siden 1930’erne, hvor den blev introduceret første gang. Faktisk er siden da kun et lille antal adjuvanser baseret på andre mineralsalte, squalenemulsioner og virosomer blevet godkendt til brug hos mennesker. Et fælles træk ved disse adjuvanser er, at de øger det humorale antistofrespons mod vaccineantigener betydeligt, men at de ikke er i stand til at skabe den type cellemedieret immunitet (CMI; se boks), som er vigtig for beskyttelsen mod mange af de mest udfordrende infektionssygdomme i dag, f.eks. tuberkulose, klamydia og pandemisk influenza.

Moderne vaccineadjuvanser, såsom AS01-adjuvans, der anvendes i den nyligt registrerede Shingrix®-vaccine (GSK) mod varicella-zostervirus-induceret helvedesild, består af et leveringssystem, typisk baseret på emulsioner eller liposomer, der bærer særlige molekyler, som immunsystemet genkender som fremmedlegemer.

Disse immunstimulerende stoffer er typisk syntetiske analoger af såkaldte “patogen-associerede molekylære mønstre”, eller PAMP’er, og kan modulere immuncellerne til at reagere på en bestemt måde. De kan f.eks. flytte de inducerede antistoffer i retning af særlige funktioner eller inducere en bestemt type T-celle med særlig evne til at dræbe inficerede celler (såkaldte “killer T-celler” eller “cytotoksiske T-lymfocytter” (CTL’er)) eller modulere immuncellers homing til bestemte væv, f.eks. tarmene eller lungerne.

De fleste immunstimulerende stoffer under klinisk udvikling aktiverer receptorer af de såkaldte “toll-like receptorer” (TLR’er) eller “C-type lectinreceptorfamilien (CLR)” og vil have stor betydning for nye vacciners effektivitet, især i de tilfælde, hvor et stærkt CMI-respons er nødvendigt for beskyttelse.

Statens Serum Institut

Det danske Statens Serum Institut er en statsejet virksomhed under sundhedsministeren og er beliggende tæt på centrum af København, Danmark. Statens Serum Institut er ansvarlig for Danmarks beredskab mod smitsomme sygdomme, hvilket indebærer sygdomsovervågning gennem internationalt samarbejde og høring af det danske sundhedsvæsen og myndigheder i tilfælde af epidemier, der kræver en hurtig indsats.

Vaccineforskning på Statens Serum Institut

Vaccineforskning på Statens Serum Institut går tilbage til instituttets grundlæggelse i 1902, hvor det blev oprettet for at fremstille antisera mod difteri. Forskningen blev hurtigt udvidet til at omfatte andre epidemiske sygdomme. Vaccineforskningen på Statens Serum Institut er fokuseret på sygdomme, der udgør en stor trussel mod den globale sundhed. I dag er den største indsats viet til vacciner mod tuberkulose, klamydia, HIV og pandemisk influenza.

Vaccineforskningsprogrammet er en integreret del af SSI’s kerneopgave med hensyn til vaccineberedskab og -forsyning. Hovedparten af den vaccineforskning, der udføres på Statens Serum Institut, er placeret under Center for Vaccineforskning og dækker hele vaccineudviklingen, der spænder fra hypotesegenerering og grundforskning til klinisk evaluering af vacciner på mennesker. Centret fokuserer på immunologiske reaktioner på infektion og både grundlæggende og translationel vaccineforskning, hvilket indebærer detaljerede programmer til opdagelse af antigener, der har til formål at identificere de proteiner, der udtrykkes af målpatogenerne og genkendes af immunsystemet.

På nuværende tidspunkt er de to store strategiske vaccineprogrammer rettet mod udvikling af nye vacciner mod tuberkulose og klamydia.

Tuberkulose er en af de førende smitsomme dræbere i verden i dag og forårsagede ca. 1,6 millioner dødsfald i 2017, herunder 230.000 børn. Bacillus Calmette-Guérin-vaccinen beskytter effektivt børn og gives til spædbørn så tæt på fødselstidspunktet som muligt i lande, hvor tuberkulose er almindeligt forekommende. BCG’s effektivitet aftager dog med årene, og den har typisk kun ringe beskyttende effekt, når børnene kommer ind i teenageårene. Der er derfor et presserende behov for vacciner, der kan forbedre beskyttelsen mod tuberkulose, især hos unge og voksne.

Chlamydia trachomatis er en af de mest udbredte seksuelt overførte infektioner, og der var 1,7 millioner rapporterede tilfælde alene i USA i 2017.

Desværre er denne infektion tilsyneladende stærkt underdiagnosticeret, idet mange lande ikke rapporterer sygdomsrater, hvilket gør det vanskeligt at få et nøjagtigt overblik over byrden. Den kan forårsage permanent skade på kvinders reproduktive systemer, hvilket potentielt kan føre til dødelig graviditet uden for livmoderen eller infertilitet.

Nogle serotyper af Chlamydia trachomatis forårsager desuden trachom, infektion under øjenlågene, som i sidste ende kan føre til blindhed. Denne sygdom er et stort sundhedsproblem i Afrika, Asien og Central- og Sydamerika, hvor den forårsager blindhed hos 1,2 millioner mennesker og nedsat syn hos yderligere en million mennesker.

Både patogener inficerer celler, og vaccinerne mod dem kræver derfor adjuvante stoffer, der fremkalder et stærkt CMI-respons.

Forskning i vaccineadjuvans

I det sidste årti har Statens Serum Institut udviklet nye vaccineadjuvanser sideløbende med, at vi har været involveret i udviklingen af vacciner mod både tuberkulose og klamydia.

Målet med vores forskning er at skræddersy adjuvanset til at fremkalde præcis det immunrespons, der er nødvendigt for at bekæmpe det pågældende patogen. Dette er muligt ved at konstruere adjuvante midler baseret på liposomer, der indeholder immunstimulerende stoffer. Immunostimulatorerne er afledt af naturligt forekommende PAMP-molekyler fra mikroorganismer, der udløser forskellige dele af immunsystemet. Liposomernes egenskaber kan ændres, og de kan fremstilles i forskellige størrelser og med forskellige molekyler inkorporeret afhængigt af det immunrespons, der er nødvendigt for en specifik vaccine. De skræddersyede liposomer kombineres med vaccineantigenet i den endelige vaccine. Liposomet vil sikre, at vaccineantigenet præsenteres for de rigtige celler i immunsystemet, og at det ønskede immunrespons genereres.

I vores jagt på den ideelle adjuvans til et vaccineantigen ændrer vi systematisk sammensætningen af vaccinetilførselssystemet og/eller immunstimuleringsmidlerne. Vi ændrer sammensætningen af afgivelsespartiklerne for at ændre vaccineafgivelsessystemets fysiske egenskaber, f.eks. med hensyn til størrelse, væskefylde eller ladning. Sådanne ændringer kan bruges til at sikre optimal antigenadsorption, vaccineopbevaring, in vivo-optagelse og -præsentation osv. Liposomernes fluiditet kan f.eks. have stor indflydelse på fordelingen af vaccinekomponenterne og niveauet af CMI- og antistofresponser.

I vores søgen efter den optimale immunmodulator har vi fundet ud af, at flere mykobakterielle lipider har stærke immunmodulerende virkninger, som kan udnyttes til udvikling af vacciner. Vi har været involveret i opdagelsen af α, α´ trehalose 6,6´ dibehenat (TDB) som en effektiv immunmodulator til induktion af cellemedierede immunresponser og dissektion af de involverede signalveje.

Det immunmodulatoriske opdagelsesprogram har også identificeret den mykobakterielle monomycoloylglycerol (MMG) som en effektiv aktivator af humane dendritiske celler og som en immunmodulator, der giver anledning til et fremtrædende Th1-respons i dyremodeller. I dette opdagelsesprogram har det også været vigtigt for os at forstå de medfødte mekanismer, der aktiveres af disse nye immunmodulatorer. Endelig er vaccinationsvejen også under evaluering i gruppen, og det har vist sig, at den har stor betydning for det fremkaldte immunrespons. Vi arbejder derfor med forskellige immuniseringsstrategier, herunder levering til de øvre luftveje, for at forbedre det beskyttende immunrespons ved slimhindeoverfladerne.

Den CAF-adjuverende virkning fra SSI

Vores adjuvante stoffer er alle baseret på positivt ladede liposomer og kaldes derfor kationiske adjuverende formuleringer (CAF’er). Den første adjuvansformulering, der er udviklet i vores laboratorium, består af liposomer dannet af dimethyldioctadecylammonium (DDA), der er stabiliseret med den syntetiske mykobakterielle immunmodulator TDB, som er indsat i lipiddilayerne.

DDA fungerer som et leveringsmiddel, der fremmer optagelsen og præsentationen af vaccineantigenet i den relevante delmængde af antigenpræsenterende celler (APC’er), mens TDB fungerer som en immunmodulator, der aktiverer APC’er for at inducere kombinerede Th1- og Th17 CMI-responser. Tilsammen virker de to komponenter, DDA og TDB, i synergi for at generere meget potente T-celle- og antistofresponser, der har vist sig at være effektive i vacciner mod en række forskellige sygdomme, f.eks. i dyremodeller af melanom, influenza, klamydia, tuberkulose, streptokokker af gruppe A og malaria.

CAF01 er blevet testet i fem kliniske fase I-forsøg for at evaluere sikkerheden, tolerabiliteten og immunogeniciteten af forskellige doser CAF01, der administreres i kombination med forskellige protein- og peptidbaserede vacciner (kliniske forsøg nr. NCT00922363, NCT01009762, NCT01141205, NCT02787109). Disse undersøgelser viste, at CAF01 er både sikkert og effektivt til at inducere vaccinespecifikke T-celler, som spiller en vigtig rolle i beskyttelsen mod f.eks. tuberkulose, klamydia, malaria og pandemisk influenza.

Vores andengenerationsadjuvans, CAF09, som består af DDA, MMG og polyIC, viste sig at være meget effektivt til at inducere antigenspecifikke cytotoksiske T-celler mod protein- og peptidbaserede antigener. Denne adjuvans er således en potentiel kandidat til vacciner mod f.eks. HIV, kræft, pandemisk influenza osv. Det gennemgår nu kliniske evalueringer på mennesker i en terapeutisk vaccine mod prostatakræft (NCT03412786) og en neo-antigenbaseret kræftvaccine mod forskellige kræfttyper (et såkaldt “basket trial”, NCT03715985).

Med udgangspunkt i principperne for CAF01 og CAF09 kan vi yderligere modulere formuleringen ved udformning af skræddersyede adjuvanser til specifikke sygdomsmål ved at ændre de kationiske liposomer eller ved at inkorporere forskellige immunostimulerende kombinationer i dem.

I øjeblikket kombinerer vi mykobakterielle ikke-TLR-ligander med konventionelle TLR-ligander i de forskellige leveringsmidler. Vores mål er at fremkalde meget forskelligartede og komplekse immunresponser, og ved at justere de forskellige parametre har vi vist, at vi kan påvirke antistofisotypen, varigheden af vaccinedepotet og CTL/Th1/Th17-balancen.

Forskningsdiscipliner

Vaccindosering og -formulering er et tværfagligt projekt, der spænder over både anvendt og grundlæggende forskning på højeste internationale niveau. Dette omfatter:

• Biokemiske og fysisk-kemiske karakteriseringer af adjuvansystemer
• Undersøgelser af vaccineformuleringers fordeling og skæbne in vivo
• Grundlæggende immunologiske karakteriseringer af adjuvansfunktion in vivo og in vitro
• Karakteriseringer af vaccineinducerede immunresponser hos mennesker og i dyremodeller
• Beskyttende immunresponser i forskellige udfordringsmodeller.

I øjeblikket har vi protein- og peptidbaserede vaccineprojekter inden for tuberkulose, influenza, klamydia, HIV og gruppe A-streptokokker samt terapeutiske vacciner mod melanom og humant papillomavirus under evaluering. Desuden har vi omfattende erfaring med præklinisk udvikling af adjuverede underenhedsvacciner og er involveret i støtte til first-in-man-forsøg med nye adjuvante stoffer.

Samarbejder

Forskningen udføres i samarbejde med forskningsgrupper fra danske og internationale universiteter, biotekvirksomheder og statslige institutioner.
Væsentlige tidligere og nuværende
samarbejder omfatter:

ADITEC

Dette projekt med stor effekt løb fra 2011-2017 med henblik på at udvikle nye vaccinationsstrategier. Projektet, der blev finansieret gennem Europa-Kommissionens syvende rammeprogram (FP7), havde til formål at fremskynde udviklingen af nye og effektive immuniseringsteknologier til den næste generation af vacciner til mennesker. ADITEC har gjort betydelige fremskridt i udviklingen af nye immuniseringsteknologier, adjuvanser, vektorer og leveringssystemer, formuleringer og vaccinationsmetoder, der er optimeret til forskellige aldersgrupper.

TRANSVAC2

Dette samarbejdsbaserede infrastrukturprojekt blev finansieret af Europa-Kommissionens Horizon 2020-program. Det er en fælles indsats mellem førende europæiske grupper, der arbejder med udvikling af vacciner, og har til formål at fremskynde vaccineudviklingen ved at forbedre europæisk vaccineforskning og -uddannelse og at øge bæredygtigheden af Europa-Kommissionens vaccineprojekter ved at gennemføre en permanent forskningsinfrastruktur for tidlig vaccineudvikling.

BIOVACSAFE

Dette projekt, der blev finansieret af Innovative Medicines Initiative (IMI), løb fra 2012-2018 med det formål at udvikle banebrydende værktøjer til at fremskynde og forbedre testning og overvågning af vaccinesikkerhed, både før og efter markedsføringen. Ved at samle tre af Europas førende virksomheder inden for udvikling og fremstilling af vacciner samt topeksperter fra akademiske institutioner og SMV’er har projektet genereret en enorm mængde resultater, der kan fremskynde udviklingen af en ny generation af sikrere og mere effektive vacciner.

TBVAC2020

Dette Horisont 2020-forskningsprojekt har til formål at innovere og diversificere den nuværende tuberkulosevaccinepipeline. Projektet bygger på de meget vellykkede og langvarige samarbejder i efterfølgende TB-vaccine- og biomarkørprojekter, som Europa-Kommissionen har finansieret under 5., 6. og 7. RP, og det samler forskere og udviklere fra 40 forskningspartnere for at samarbejde om udvikling af nye TB-vacciner.

NeoPepVac

Dette projekt, der finansieres af Innovationsfonden Danmark og involverer fire partnere, har til formål at generere personaliserede vacciner til immunterapi baseret på peptid-neoantigener i kombination med CAF09b-adjuvans, der er designet til at give optimal immunterapi gennem CTL-induktion.

Projektet vil gennemføre et fase l forsøg med neoepitopbaseret immunterapi hos kræftpatienter og levere proof of concept for den overordnede strategi, sikkerhed og klinisk gennemførlighed. Baseret på en dybtgående analyse af immunreaktivitet hos vaccinerede patienter og identifikation af neoepitoper ved hjælp af syngene musemodeller vil vi forbedre algoritmer til forudsigelse af neoepitoper til fremtidige behandlinger.

UNISEC

Dette af Europa-Kommissionen FP7-finansierede konsortium omfattede 11 partnere fra den akademiske verden, offentlige sundhedsinstitutter og vaccineindustrien.

Det kombinerede ekspertise inden for influenzavirus og vaccineproduktion, vaccineformulering, vaccineadministration, prækliniske dyremodeller, immunologiske aflæsninger, tilrettelæggelse og gennemførelse af kliniske forsøg, dataforvaltning og dataanalyse for at sammenligne forskellige nye influenzavaccinkoncepter med henblik på at identificere, udvikle og klinisk teste de mest lovende spor til en universel influenzavaccine.

ENOVA

Dette videnskabelige og teknologiske “Network on Vaccine Adjuvants” blev finansieret af COST gennem EU-programmet Horisont 2020. ENOVA samler europæiske eksperter og interessenter, der arbejder inden for forskellige områder af adjuvans- og vaccineforskning og -udvikling, herunder både profylaktiske og terapeutiske anvendelser samt human- og veterinærvacciner.

Netværkets endelige mål er at lette kommunikationen og udvekslingen af oplysninger mellem dets medlemmer, at sikre, at nye opdagelser formidles bredt, så deres potentiale kan blive til optimal nytte, at fremme den bedste udnyttelse af eksisterende adjuvante teknologier og at tilskynde til og støtte udviklingen af nye adjuvante stoffer.

De SSI-beskyttede adjuvante stoffer, der er nævnt i denne artikel, kan erhverves til præklinisk såvel som klinisk udnyttelse ved at kontakte Statens Serum Institut. Se kontaktoplysninger nedenfor.

Fakta om adjuvante stoffer

Adjuvans: Fra latin adjuva¯re; at hjælpe. Et stof, der forstærker det immunrespons, der stimuleres af et antigen, når det injiceres med antigenet (Collins English Dictionary).

Om forfatteren

Dennis Christensen er seniorforsker og leder af vaccineadjuvansforskningen ved Statens Serum Institut. Han er desuden gæsteprofessor ved University of Strathclyde, Institute of Pharmacy & Biomedical Science, i Glasgow, Storbritannien.
Han har en ph.d. i farmaceutiske videnskaber og har i de sidste 15 år arbejdet med farmaceutiske og immunologiske aspekter af vaccineadjuvanser og leveringssystemer, herunder målrettet levering af immunstimulerende stoffer og antigener.

Highlighted recent publications

1. Pedersen GK et al. Immunokorrelater af CAF-familieadjuvanser. Semin Immunol 2018;39:4-13
2. Schmidt ST et al. Induktion af cytotoksiske T-lymfocytresponser efter subkutan administration af en subunit-vaccine adjuveret med en emulsion indeholdende Toll-Like Receptor 3-ligand Poly(I:C). Front Immunol 2018;9;9:898
3. Vono M et al. Overvindelse af de neonatale begrænsninger for induktion af germinale centre gennem liposombaserede adjuvanser, der omfatter C-type lektinagonister Trehalose Dibehenate eller Curdlan. Front Immunol 2018; 9:381
5. Christensen D et al. Seasonal Influenza Split Vaccines Confer Partial Cross-Protection against Heterologous Influenza Virus in Ferrets When Combined with the CAF01 Adjuvant (sæsonbestemt influenza splitvaccine giver delvis krydsbeskyttelse mod heterolog influenzavirus hos fritter, når den kombineres med CAF01 adjuvans). Front Immunol 2018; 8:1928
6. Christensen D et al. Vaccine-inducerede Th17-celler etableres som residente hukommelsesceller i lungerne og fremmer lokale IgA-responser. Mucosal Immunol 2017;10(1):260-270
7. Schmidt ST et al. Administrationsvejen er afgørende for vaccineadjuvans CAF09’s evne til at inducere antigenspecifikke CD8+ T-celle-svar: De immunologiske konsekvenser af biodistributionsprofilen. 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

Bemærk venligst, at denne artikel vil blive bragt i nummer 8 af Health Europa Quarterly, som kan læses nu.