Vakcina adjuvánsok – a modern vakcinák alapvető alkotóelemei!

A Statens Serum Institut vakcina adjuváns kutatócsoportjának feladata az új vakcina adjuvánsok kifejlesztése.

A vakcinák messze a legsikeresebb orvosi beavatkozás a történelemben, és csak a tiszta vízhez és higiéniához való hozzáférés vezetett nagyobb javuláshoz a várható élettartamban. A vakcinák első generációja teljes inaktivált, gyengített vagy bomlott (osztott) vírusokból vagy baktériumokból állt, amelyek olyan betegségeket előztek meg, mint a bárányhimlő, a tuberkulózis (TBC; BCG vakcina), a kanyaró, a gyermekbénulás (OPV/IPV vakcinák) és az influenza. A vakcina antigénjei mellett mindezek a vakcinatechnológiák immunstimuláló komponenseket is tartalmaznak, amelyek aktiválják a veleszületett immunrendszert az antigénekre adott adaptív immunválasz fokozása és modulálása érdekében. Egy másik stratégia a toxinok izolálása, tisztítása és méregtelenítése közvetlenül a kórokozókból – ez a módszer a diftéria- és tetanuszvakcinákban került alkalmazásra.

Ezek a vakcinák közül soknak közös jellemzője, hogy maguknak a kórokozóknak az előállítását igénylik, bár gyakran legyengített formában. E megközelítés nyilvánvaló, termeléssel kapcsolatos hátrányait rekombináns termelési módszerek bevezetésével sikerült megkerülni, amelyek jóindulatú expressziós rendszereket, például E. coli-t használnak a fehérjealapú vakcinaantigének nagy hozammal történő előállítására.

Vakcina adjuvánsok

Ezek az erősen tisztított és rekombinánsan előállított vakcinák önmagukban nem képesek megfelelően aktiválni és potenciálni az immunválaszt. Ezért adjuvánsokat adnak hozzá, hogy a “veszélyjelzést” szolgáltassák, és kiváltsák a veleszületett immunrendszer aktiválását és a vakcina potenciálját.

A diftéria- és tetanuszvakcinák az alumínium-hidroxid adjuvánst tartalmazzák, amely potenciálja az antigénspecifikus antitestválaszt, amely az e fertőzések elleni védelemhez szükséges. Ez az adjuváns az 1930-as évek óta, amikor először bevezették, a legszélesebb körben használt adjuváns. Valójában azóta csak kevés, más ásványi sókon, szkvalén emulziókon és viroszómákon alapuló adjuvánst engedélyeztek emberi felhasználásra. Ezeknek az adjuvánsoknak közös jellemzője, hogy jelentősen növelik a humorális antitestválaszt a vakcina antigénekkel szemben, de nem képesek a sejtközvetített immunitás (CMI; lásd a keretes írást) azon típusának kialakítására, amely fontos a védelemhez számos, napjainkban legnagyobb kihívást jelentő fertőző betegség, például a tuberkulózis, a chlamydia és a pandémiás influenza ellen.

A modern vakcina adjuvánsok, mint például a varicella-zoster-vírus okozta övsömör ellen újonnan törzskönyvezett Shingrix® vakcinában (GSK) használt AS01 adjuváns, olyan hordozórendszerből állnak, amely jellemzően emulziókon vagy liposzómákon alapul, amelyek olyan speciális molekulákat hordoznak, amelyeket az immunrendszer idegenként ismer fel.

Ezek az immunstimulátorok jellemzően az úgynevezett “kórokozó-asszociált molekuláris minták”, vagy PAMP-ok szintetikus analógjai, és képesek az immunsejteket specifikus reakcióra késztetni. Például az indukált antitesteket speciális funkciók felé terelhetik, vagy egy bizonyos típusú T-sejtet indukálhatnak, amely különleges képességgel rendelkezik a fertőzött sejtek elpusztítására (úgynevezett “gyilkos T-sejtek” vagy “citotoxikus T-limfociták” (CTL-ek)), vagy módosíthatják az immunsejtek meghatározott szövetekbe, például a belekbe vagy a tüdőbe való bejutását.

A klinikai fejlesztés alatt álló immunstimulátorok többsége az úgynevezett “toll-like receptorok” (TLR) vagy a “C-típusú lektin receptor (CLR) család” receptorait aktiválja, és jelentős hatással lesz az új vakcinák hatékonyságára, különösen azokban az esetekben, amikor a védelemhez erős CMI-válasz szükséges.

Statens Serum Institut

A dán Statens Serum Institut az egészségügyi miniszter égisze alatt működő állami tulajdonú vállalat, amely a dániai Koppenhága városközpontjának közelében található. A Statens Serum Institut felelős Dánia fertőző betegségekkel szembeni felkészültségéért, amely magában foglalja a betegségek nemzetközi együttműködésen keresztül történő felügyeletét, valamint a dán egészségügyi rendszerrel és hatóságokkal való konzultációt sürgős intézkedést igénylő járványok esetén.

A Statens Serum Institut oltáskutatása

A Statens Serum Institut oltáskutatása az intézet 1902-es alapításáig nyúlik vissza, amikor a diftéria elleni ellenszérumok előállítására hozták létre. A kutatás hamarosan más járványos betegségekre is kiterjedt. A Statens Serum Institut oltóanyag-kutatása olyan betegségekre összpontosít, amelyek komoly veszélyt jelentenek a globális egészségre. Ma a fő erőfeszítéseket a tuberkulózis, a chlamydia, a HIV és a pandémiás influenza elleni vakcinákra fordítják.

A vakcinakutatási program szerves részét képezi az SSI alapvető küldetésének a vakcinákra való felkészültség és a vakcinaellátás tekintetében. A Statens Serum Institutban végzett vakcinakutatás nagy része a Vakcinakutatási Központ alá tartozik, és a vakcinafejlesztés egészét lefedi, a hipotézisek felállításától és az alapkutatástól a vakcinák embereken végzett klinikai értékeléséig. A központ a fertőzésre adott immunológiai válaszokra, valamint az alap- és transzlációs vakcinakutatásra összpontosít, beleértve a részletes antigénfeltáró programokat, amelyek célja a célzott kórokozók által kifejezett és az immunrendszer által felismert fehérjék azonosítása.

A két fő stratégiai vakcinaprogram jelenleg a tuberkulózis és a chlamydia elleni új vakcinák kifejlesztésére irányul.

A tuberkulózis ma a világ egyik vezető fertőző halálokának számít, és 2017-ben mintegy 1,6 millió halálesetet okozott, köztük 230 000 gyermeket. A Bacillus Calmette-Guérin vakcina hatékonyan védi a gyermekeket, és olyan országokban, ahol a tuberkulózis gyakori, a lehető legközelebb adják be a csecsemőknek a születésükhöz. A BCG hatékonysága azonban az évek során csökken, és jellemzően kevés védőhatása van, amikor a gyerekek belépnek a tinédzserkorba. Ezért sürgősen szükség van olyan vakcinákra, amelyek javíthatják a tuberkulózis elleni védelmet, különösen a serdülők és a felnőttek körében.

A Chlamydia trachomatis az egyik legelterjedtebb szexuális úton terjedő fertőzés, és csak az Egyesült Államokban 2017-ben 1,7 millió esetet jelentettek.

Sajnos úgy tűnik, hogy ez a fertőzés erősen aluldiagnosztizált, és sok ország nem jelenti a megbetegedések számát, így nehéz pontos képet kapni a terhelésről. Maradandó károsodást okozhat a nők reproduktív rendszerében, potenciálisan végzetes méhen kívüli terhességhez vagy meddőséghez vezethet.

A Chlamydia trachomatis egyes szerotípusai továbbá trachomát, a szemhéj alatti fertőzést okoznak, ami végül vaksághoz vezethet. Ez a betegség jelentős egészségügyi problémát jelent Afrikában, Ázsiában, valamint Közép- és Dél-Amerikában, ahol 1,2 millió ember megvakulását és további egymillió ember csökkent látását okozza.

Mindkét kórokozó sejteket fertőz, ezért az ellenük készült vakcinák olyan adjuvánsokat igényelnek, amelyek erős CMI-választ váltanak ki.

A vakcina-adjuvánsok kutatása

A Statens Serum Institut az elmúlt évtizedben új vakcina-adjuvánsokat fejlesztett ki, amellett, hogy részt vett a tuberkulózis és a klamídiák elleni vakcinák fejlesztésében is.

Kutatásaink célja, hogy az adjuvánst úgy alakítsuk ki, hogy pontosan azt az immunválaszt indukálja, amely az adott kórokozó megfékezéséhez szükséges. Ez immunstimulátorokat tartalmazó liposzómákon alapuló adjuvánsok előállításával lehetséges. Az immunstimulátorok a mikroorganizmusok természetesen előforduló PAMP molekuláiból származnak, amelyek az immunrendszer különböző részeit váltják ki. E liposzómák tulajdonságai módosíthatók, és különböző méretben és különböző molekulák beépítésével állíthatók elő, attól függően, hogy egy adott vakcinához milyen immunválaszra van szükség. A személyre szabott liposzómákat a vakcina antigénjével kombinálják a végleges vakcinában. A liposzóma biztosítja, hogy a vakcinaantigén az immunrendszer megfelelő sejtjeihez kerüljön, és a kívánt immunválasz alakuljon ki.

A vakcinaantigén ideális adjuvánsának keresése során szisztematikusan módosítjuk a vakcina hordozórendszer és/vagy az immunstimulátorok összetételét. Módosítjuk a hordozó részecskék összetételét annak érdekében, hogy megváltoztassuk a vakcina hordozórendszer fizikai jellemzőit, pl. a méret, a folyékonyság vagy a töltés tekintetében. Az ilyen módosítások felhasználhatók az optimális antigénadszorpció, vakcina-depot, in vivo felvétel és prezentáció stb. biztosítására. A liposzóma fluiditása például alapvetően befolyásolhatja a vakcinakomponensek eloszlását, valamint a CMI és az antitestválaszok szintjét.

Az optimális immunmodulátor keresése során megállapítottuk, hogy számos mikobakteriális lipid erős immunmoduláló hatással rendelkezik, amelyet ki lehet használni a vakcinafejlesztésben. Részt vettünk az α, α´ trehalóz 6,6´ dibehenát (TDB) felfedezésében, mint a sejtközvetített immunválaszok indukciójának hatékony immunmodulátorában, valamint az érintett jelátviteli útvonalak feltárásában.

Az immunmodulátor felfedezési program során azonosítottuk a mikobaktérium monomikoloil glicerint (MMG) is, mint a humán dendritikus sejtek hatékony aktivátorát és immunmodulátorát, amely állatmodellekben kiemelkedő Th1 választ vált ki. Ebben a felfedező programban az is fontos volt számunkra, hogy megértsük az ezen új immunmodulátorok által aktivált veleszületett mechanizmusokat. Végül, a vakcinázás módja is értékelés alatt áll a csoportban, és bebizonyosodott, hogy jelentős hatással van a kiváltott immunválaszra. Ezért különböző immunizációs stratégiákkal dolgozunk, beleértve a felső légutakba történő bejuttatást is, hogy javítsuk a nyálkahártya felszínén a védő immunválaszt.

A SSI CAF adjuvánsai

Az adjuvánsaink mind pozitív töltésű liposzómákon alapulnak, ezért kationos adjuváns formuláknak (CAF) nevezzük őket. A laboratóriumunkban kifejlesztett első adjuváns formuláció dimetil-dioaktadecilammóniumból (DDA) képzett liposzómákból áll, amelyeket a szintetikus mikobakteriális immunmodulátor TDB-vel stabilizáltak, amelyet a lipid kettősrétegekbe illesztettek.

A DDA hordozóeszközként szolgál, amely elősegíti a vakcinaantigén felvételét és prezentációját az antigénprezentáló sejtek (APC-k) megfelelő alcsoportjában, míg a TDB immunmodulátorként működik, aktiválja az APC-ket, hogy kombinált Th1 és Th17 CMI-választ indukáljon. A két komponens, a DDA és a TDB együttesen, szinergiában hatva rendkívül erős T-sejt- és antitestválaszt hoz létre, amely számos különböző betegség elleni vakcinában bizonyítottan hatékony, pl. a melanoma, az influenza, a chlamydia, a tuberkulózis, az A csoportú streptococcus és a malária állatmodelljeiben.

A CAF01-et öt I. fázisú klinikai vizsgálatban tesztelték, hogy értékeljék a különböző fehérje- és peptidalapú vakcinákkal kombinációban beadott különböző dózisú CAF01 biztonságosságát, tolerálhatóságát és immunogenitását (klinikai vizsgálati számok: NCT00922363, NCT01009762, NCT01141205, NCT02787109). Ezek a vizsgálatok kimutatták, hogy a CAF01 biztonságos és hatékony a vakcina-specifikus T-sejtek indukálásában, amelyek fontos szerepet játszanak például a tuberkulózis, a klamídia, a malária és a pandémiás influenza elleni védelemben.

A második generációs adjuvánsunk, a CAF09, amely DDA-ból, MMG-ből és poliIC-ből áll, igen hatékonynak bizonyult az antigén-specifikus citotoxikus T-sejtek indukálásában fehérje- és peptidalapú antigének ellen. Ez az adjuváns így potenciális jelölt például a HIV, a rák, a pandémiás influenza stb. elleni vakcinákhoz. Jelenleg egy prosztatarák elleni terápiás vakcina (NCT03412786) és egy neoantigénalapú rák elleni vakcina különböző ráktípusok ellen (úgynevezett “kosárkísérlet”, NCT03715985) klinikai értékelésén megy keresztül embereken.

A CAF01 és CAF09 alapelveire építve tovább tudjuk modulálni a formulációt, amikor személyre szabott adjuvánsokat tervezünk specifikus betegségcélokra a kationos liposzómák megváltoztatásával vagy különböző immunstimulátor-kombinációk beépítésével.

Pillanatnyilag mikobakteriális nem TLR ligandumokat kombinálunk hagyományos TLR ligandumokkal a különböző hordozóeszközökben. Célunk a rendkívül változatos és összetett immunválaszok kiváltása, és a különböző paraméterek beállításával bebizonyítottuk, hogy befolyásolni tudjuk az antitest izotípust, a vakcina depot időtartamát és a CTL/Th1/Th17 egyensúlyt.

Kutatási tudományágak

A vakcinák beadása és formulálása egy multidiszciplináris projekt, amely a legmagasabb nemzetközi szintű alkalmazott és alapkutatást egyaránt magában foglalja. Ide tartoznak:

• Az adjuváns rendszerek biokémiai és fizikai-kémiai jellemzése
• A vakcinaformulációk in vivo eloszlásának és sorsának tanulmányozása
• Az adjuvánsok működésének alapvető immunológiai jellemzése in vivo és in vitro
• A vakcina által kiváltott immunválaszok jellemzése emberben és állatmodellekben
• Protektív immunválaszok különböző kihívási modellekben.

Pillanatnyilag fehérje- és peptidalapú vakcinaprojektek vannak folyamatban a TBC, az influenza, a chlamydia, a HIV és az A csoportú streptococcus, valamint terápiás melanoma és humán papilloma vírus vakcinák értékelése terén. Ezenkívül kiterjedt tapasztalattal rendelkezünk az adjuvánsokkal ellátott alegység-vakcinák preklinikai fejlesztése terén, és részt veszünk az új adjuvánsok first-in-man vizsgálatainak támogatásában.

Kooperációk

A kutatásokat dán és nemzetközi egyetemek, biotechnológiai vállalatok és kormányzati intézmények kutatócsoportjaival együttműködve végezzük.
Fontos korábbi és jelenlegi
kollaborációk:

ADITEC

Ez a nagy hatású projekt 2011-2017 között zajlott új vakcinázási stratégiák kifejlesztésére. Az Európai Bizottság hetedik keretprogramja (FP7) által finanszírozott projekt célja az volt, hogy felgyorsítsa az új és hatékony immunizációs technológiák kifejlesztését a humán vakcinák következő generációjához. Az ADITEC jelentős előrelépést ért el az új immunizációs technológiák, adjuvánsok, vektorok és hordozórendszerek, formulációk és különböző korcsoportokra optimalizált vakcinázási módszerek kifejlesztésében.

TRANSVAC2

Ez az együttműködésen alapuló infrastrukturális projekt az Európai Bizottság Horizont 2020 programjának finanszírozásával valósult meg. A vakcinafejlesztés területén dolgozó vezető európai csoportok közös erőfeszítése, amelynek célja a vakcinák fejlesztésének felgyorsítása az európai vakcinakutatás és -képzés fokozásával, valamint az Európai Bizottság vakcinaprojektjeinek fenntarthatóságának növelése a korai vakcinafejlesztés állandó kutatási infrastruktúrájának megvalósításával.

BIOVACSAFE

Az Innovatív Gyógyszerek Kezdeményezés (IMI) által finanszírozott projekt 2012-2018 között zajlott, és célja olyan élvonalbeli eszközök kifejlesztése volt, amelyek felgyorsítják és javítják a vakcinák biztonságosságának vizsgálatát és ellenőrzését a forgalomba hozatal előtt és után. A projekt Európa három vezető vakcinafejlesztő és -gyártó vállalatának, valamint a felsőoktatási intézmények és a kkv-k vezető szakértőinek összefogásával hatalmas mennyiségű eredményt hozott létre, amely felgyorsíthatja a biztonságosabb és hatékonyabb vakcinák új generációjának kifejlesztését.

TBVAC2020

Ez a Horizont 2020 kutatási projekt célja a jelenlegi tbc-vakcinák innovációja és diverzifikálása. A projekt az Európai Bizottság későbbi, az 5., 6. és 7. kutatási keretprogramból finanszírozott tbc-vakcina- és biomarker-projektjeinek rendkívül sikeres és hosszú ideje tartó együttműködésére épül, és 40 kutatási partner tudósait és fejlesztőit hozza össze, hogy együtt dolgozzanak új tbc-vakcinák kifejlesztésén.

NeoPepVac

Ez a Dán Innovációs Alap által finanszírozott, négy partner részvételével zajló projekt célja személyre szabott immunterápiás vakcinák előállítása, amelyek peptid neoantigéneken alapulnak a CAF09b adjuvánssal kombinálva, és amelyek célja, hogy CTL indukció révén optimális immunterápiát biztosítsanak.

A projekt egy l. fázisú vizsgálatot fog elvégezni rákbetegeken a neoepitop alapú immunterápiával, és bizonyítani fogja az általános stratégia koncepcióját, biztonságosságát és klinikai megvalósíthatóságát. A beoltott betegek immunreaktivitásának mélyreható elemzése és a neoepitópok szingén egérmodellek segítségével történő azonosítása alapján javítani fogjuk a neoepitópokat előrejelző algoritmusokat a jövőbeli kezelésekhez.

UNISEC

Az Európai Bizottság FP7 által finanszírozott konzorciumban 11 partner vett részt a tudományos életből, közegészségügyi intézetekből és a vakcinaiparból.

Ez egyesítette az influenzavírus és a vakcina előállítása, a vakcina formulálása, a vakcina beadása, a preklinikai állatmodellek, az immunológiai kiértékelések, a klinikai vizsgálatok szervezése és végrehajtása, az adatkezelés és az adatelemzés terén szerzett szakértelmet, hogy összehasonlítsa a különböző új influenza elleni vakcinakoncepciókat annak érdekében, hogy azonosítsa, fejlessze és klinikailag tesztelje az egyetemes influenza elleni vakcina legígéretesebb vezetőit.

ENOVA

Az oltóanyag-adjuvánsokkal foglalkozó tudományos és technológiai hálózatot a COST az EU Horizont 2020 programján keresztül finanszírozta. Az ENOVA az adjuvánsok és vakcinák K&D különböző területein dolgozó európai szakértőket és érdekelteket tömöríti, beleértve mind a profilaktikus, mind a terápiás alkalmazásokat, valamint a humán és állatgyógyászati vakcinákat.

A hálózat végső céljai közé tartozik a tagok közötti kommunikáció és információcsere megkönnyítése, az új felfedezések széles körű terjesztésének biztosítása, hogy a bennük rejlő lehetőségek optimális hasznot hozhassanak, a meglévő adjuváns technológiák legjobb felhasználásának elősegítése, valamint az új adjuvánsok kifejlesztésének ösztönzése és támogatása.

A cikkben említett SSI saját fejlesztésű adjuvánsok preklinikai és klinikai felhasználásra egyaránt beszerezhetők a Statens Serum Instituttól. Lásd az alábbi elérhetőségeket.

Tények az adjuvánsokról

Adjuváns: A latin adjuva¯re; segíteni. Olyan anyag, amely az antigénnel együtt befecskendezve fokozza az antigén által serkentett immunválaszt (Collins English Dictionary).

A szerzőről

Dennis Christensen a Statens Serum Institut vezető kutatója és a vakcina-adjuvánsok kutatásának vezetője. Emellett vendégprofesszor a Strathclyde Egyetem Gyógyszerészeti & Biomedicinális Tudományok Intézetében, Glasgowban, az Egyesült Királyságban.
A gyógyszerészeti tudományok doktora, és az elmúlt 15 évben a vakcina adjuvánsok és átviteli rendszerek gyógyszerészeti és immunológiai vonatkozásaival foglalkozott, beleértve az immunstimulátorok és antigének célzott átvitelét.

Kiemelt közelmúltbeli publikációk

1. Pedersen GK et al. Immunocorrelates of CAF family adjuvants. Semin Immunol 2018;39:4-13
2. Schmidt ST et al. Cytotoxikus T-limfocita válaszok indukciója a Toll-Like Receptor 3 ligandumot tartalmazó poli(I:C) emulzióval adjuvált alegység-vakcina szubkután beadásakor. 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. A beadási útvonal döntő a CAF09 vakcina adjuváns antigénspecifikus CD8+ T-sejt válaszok kiváltására való képességében: A biodisztribúciós profil immunológiai következményei. 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

A cikk a Health Europa Quarterly 8. számában jelenik meg, amely már olvasható.