Vaccin-adjuvantia – een essentieel bestanddeel van moderne vaccins!

Het onderzoeksteam voor vaccinadditieven van het Statens Serum Institut heeft als missie nieuwe vaccinadditieven te ontwikkelen.

Vaccins zijn verreweg de meest succesvolle medische interventie in de geschiedenis, en alleen de toegang tot schoon water en sanitaire voorzieningen heeft geleid tot een grotere verbetering van de levensverwachting. De eerste generatie vaccins bestond uit volledig geïnactiveerde, verzwakte of ontregelde (gesplitste) virussen of bacteriën waarmee ziekten als pokken, tuberculose (TB; BCG-vaccin), mazelen, polio (OPV/IPV-vaccins) en influenza werden voorkomen. Al deze vaccintechnologieën bevatten niet alleen de vaccinantigenen, maar ook immunostimulerende bestanddelen die het aangeboren immuunsysteem activeren om de adaptieve immuunrespons op de antigenen te versterken en te moduleren. Een andere strategie was het isoleren, zuiveren en ontgiften van toxines rechtstreeks uit de pathogenen – een methode die werd toegepast in de difterie- en tetanusvaccins.

Gemeenschappelijk voor veel van deze vaccins is dat zij de productie van de pathogenen zelf vereisen, zij het vaak in verzwakte vorm. De voor de hand liggende productiegerelateerde nadelen van deze aanpak zijn omzeild door de toepassing van recombinante productiemethoden waarbij gebruik wordt gemaakt van goedaardige expressiesystemen zoals E. coli om de eiwit-gebaseerde vaccinantigenen met hoge opbrengsten te produceren.

Vaccinadditieven

Deze sterk gezuiverde en recombinant geproduceerde vaccins zijn op zichzelf niet in staat om de immuunrespons voldoende te activeren en te versterken. Daarom worden adjuvantia toegevoegd om het “gevaar”-signaal te leveren en aangeboren immuunactivering en vaccinpotentiëring op gang te brengen.

De difterie- en tetanusvaccins bevatten de adjuvant aluminiumhydroxide, dat een antigeenspecifieke antilichaamrespons versterkt die nodig is om tegen deze infecties te beschermen. Deze hulpstof is het meest gebruikt sinds de jaren 1930, toen het voor het eerst werd geïntroduceerd. In feite is sindsdien slechts een klein aantal hulpstoffen op basis van andere minerale zouten, squaleenemulsies en virosomen goedgekeurd voor gebruik bij de mens. Een gemeenschappelijk kenmerk van deze adjuvantia is dat zij de humorale antilichaamrespons op vaccinantigenen aanzienlijk verhogen, maar niet in staat zijn het type celgemedieerde immuniteit (CMI; zie kader) tot stand te brengen dat belangrijk is voor de bescherming tegen veel van de meest uitdagende infectieziekten van vandaag, zoals tuberculose, chlamydia en pandemische griep.

Moderne adjuvantia voor vaccins, zoals het adjuvant AS01 dat wordt gebruikt in het onlangs geregistreerde Shingrix®-vaccin (GSK) tegen gordelroos veroorzaakt door het varicella-zoster-virus, bestaan uit een afgiftesysteem, meestal gebaseerd op emulsies of liposomen die speciale moleculen bevatten die door het immuunsysteem als vreemd worden herkend.

Deze immunostimulatoren zijn meestal synthetische analogen van zogenaamde “pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen”, of PAMP’s, en kunnen de immuuncellen moduleren om op een specifieke manier te reageren. Zij kunnen bijvoorbeeld de geïnduceerde antilichamen verschuiven naar speciale functies of een bepaald type T-cel induceren met een speciaal vermogen om geïnfecteerde cellen te doden (zogenaamde “killer T-cellen” of “cytotoxische T-lymfocyten” (CTL’s)) of de homing van immuuncellen naar specifieke weefsels, zoals de darmen of de longen, moduleren.

De meeste immunostimulatoren in klinische ontwikkeling activeren receptoren van de zogenaamde “toll-like receptoren” (TLR’s) of “C-type lectin receptor (CLR) familie” en zullen een grote invloed hebben op de werkzaamheid van nieuwe vaccins, vooral in die gevallen waarin een sterke CMI-respons vereist is voor bescherming.

Statens Serum Institut

Het Deense Statens Serum Institut is een staatsbedrijf dat onder auspiciën van de minister van Volksgezondheid staat en dicht bij het stadscentrum van Kopenhagen, Denemarken, is gevestigd. Het Statens Serum Institut is verantwoordelijk voor de Deense paraatheid tegen infectieziekten, met ziektebewaking via internationale samenwerking, en overleg met de Deense gezondheidszorg en autoriteiten in geval van epidemieën die dringend om actie vragen.

Vaccinonderzoek bij het Statens Serum Institut

Vaccinonderzoek bij het Statens Serum Institut gaat terug tot de oprichting van het instituut in 1902, toen het werd opgericht om antisera tegen difterie te produceren. Het onderzoek werd al snel uitgebreid tot andere epidemische ziekten. Het vaccinonderzoek in het Statens Serum Institut is gericht op ziekten die een grote bedreiging vormen voor de wereldgezondheid. Tegenwoordig wordt vooral gewerkt aan vaccins tegen tuberculose, chlamydia, HIV en pandemische influenza.

Het programma voor vaccinonderzoek is een integraal onderdeel van de kerntaak van het SSI met betrekking tot de paraatheid voor en levering van vaccins. Het grootste deel van het vaccinonderzoek dat in het Statens Serum Institut wordt verricht, is ondergebracht bij het Centrum voor Vaccinonderzoek en bestrijkt de gehele ontwikkeling van vaccins, van het genereren van hypothesen en fundamenteel onderzoek tot de klinische evaluatie van vaccins bij mensen. Het centrum richt zich op immunologische reacties op infecties en zowel fundamenteel als translationeel vaccinonderzoek, waarbij gedetailleerde antigeenontdekkingsprogramma’s worden uitgevoerd die gericht zijn op het identificeren van de eiwitten die door de doelpathogenen tot expressie worden gebracht en door het immuunsysteem worden herkend.

Momenteel zijn de twee belangrijkste strategische vaccinprogramma’s gericht op de ontwikkeling van nieuwe vaccins tegen tuberculose en chlamydia.

Tuberculose is momenteel een van de belangrijkste infectieuze moordenaars ter wereld en veroorzaakte in 2017 ongeveer 1,6 miljoen sterfgevallen, waaronder 230.000 kinderen. Het Bacillus Calmette-Guérin-vaccin beschermt kinderen effectief en wordt zo dicht mogelijk bij de geboorte aan baby’s gegeven in landen waar tuberculose veel voorkomt. De werkzaamheid van BCG neemt echter in de loop der jaren af en het vaccin heeft doorgaans weinig beschermend effect wanneer de kinderen de tienerleeftijd bereiken. Er is daarom dringend behoefte aan vaccins die de bescherming tegen tuberculose kunnen verbeteren, vooral bij adolescenten en volwassenen.

Chlamydia trachomatis is een van de meest voorkomende seksueel overdraagbare infecties en er waren alleen al 1,7 miljoen gemelde gevallen in de Verenigde Staten in 2017.

Helaas wordt deze infectie schijnbaar zwaar ondergediagnosticeerd, waarbij veel landen geen ziektecijfers rapporteren, waardoor het moeilijk is om een exact overzicht van de last te krijgen. Het kan permanente schade toebrengen aan het voortplantingssysteem van vrouwen, mogelijk leidend tot een fatale buitenbaarmoederlijke zwangerschap of onvruchtbaarheid.

Sommige serotypen van Chlamydia trachomatis veroorzaken bovendien trachoom, infectie onder de oogleden, wat uiteindelijk tot blindheid kan leiden. Deze ziekte is een belangrijk gezondheidsprobleem in Afrika, Azië en Midden- en Zuid-Amerika, waar zij bij 1,2 miljoen mensen blindheid en bij nog eens 1 miljoen mensen verminderd gezichtsvermogen veroorzaakt.

Beide ziekteverwekkers infecteren cellen en de vaccins tegen hen vereisen dus hulpstoffen die een sterke CMI-respons induceren.

Vaccin adjuvant onderzoek

In de afgelopen tien jaar heeft het Statens Serum Institut nieuwe vaccin adjuvantia ontwikkeld naast zijn betrokkenheid bij de ontwikkeling van vaccins tegen zowel tuberculose als chlamydia.

Het doel van ons onderzoek is om de adjuvant op maat te maken om de exacte immuunrespons te induceren die nodig is om de ziekteverwekker in kwestie te bestrijden. Dit is mogelijk door de constructie van adjuvantia op basis van liposomen waarin immunostimulatoren zijn opgenomen. De immunostimulatoren zijn afgeleid van natuurlijk voorkomende PAMP-moleculen van micro-organismen die verschillende delen van het immuunsysteem triggeren. De eigenschappen van deze liposomen kunnen worden gewijzigd, en ze kunnen worden geproduceerd in verschillende grootten en met verschillende moleculen erin verwerkt, afhankelijk van de immuunrespons die nodig is voor een specifiek vaccin. De op maat gemaakte liposomen worden gecombineerd met het vaccinantigeen in het uiteindelijke vaccin. Het liposoom zorgt ervoor dat het vaccinantigeen aan de juiste cellen van het immuunsysteem wordt aangeboden en dat de gewenste immuunrespons wordt opgewekt.

In ons streven naar de ideale adjuvans voor een vaccinantigeen wijzigen wij systematisch de samenstelling van het toedieningssysteem van het vaccin en/of de immunostimulatoren. We wijzigen de samenstelling van de toedieningsdeeltjes om de fysieke kenmerken van het toedieningssysteem van het vaccin te veranderen, bijv. in termen van grootte, vloeibaarheid of lading. Dergelijke modificaties kunnen worden gebruikt om een optimale antigeenadsorptie, vaccindepot, in vivo opname en presentatie enz. te garanderen. De vloeibaarheid van de liposomen kan bijvoorbeeld een grote invloed hebben op de verdeling van de vaccinbestanddelen en het niveau van de CMI- en antilichaamresponsen.

In onze zoektocht naar de optimale immunomodulator hebben wij ontdekt dat verschillende mycobacteriële lipiden sterke immunomodulerende effecten hebben die voor de ontwikkeling van vaccins kunnen worden benut. Wij zijn betrokken geweest bij de ontdekking van α, α´ trehalose 6,6´ dibehenaat (TDB) als een effectieve immunomodulator voor de inductie van celgemedieerde immuunreacties en bij de ontleding van de betrokken signaalwegen.

In het kader van het programma voor de ontdekking van immunomodulatoren is ook het mycobacteriële monomycoloylglycerol (MMG) geïdentificeerd als een effectieve activator van menselijke dendritische cellen en als een immunomodulator, die in diermodellen een prominente Th1-respons teweegbrengt. In dit ontdekkingsprogramma was het voor ons ook belangrijk om inzicht te krijgen in de aangeboren mechanismen die door deze nieuwe immunomodulatoren worden geactiveerd. Tenslotte wordt in de groep ook de route van vaccinatie geëvalueerd en is gebleken dat deze een grote invloed heeft op de geïnduceerde immuunrespons. Daarom werken wij met verschillende immunisatiestrategieën, waaronder toediening aan de bovenste luchtwegen, om de beschermende immuunrespons aan mucosale oppervlakken te verbeteren.

De CAF-adjuvantia van SSI

Onze adjuvantia zijn allemaal gebaseerd op positief geladen liposomen en worden daarom kationische adjuvantformuleringen (CAF’s) genoemd. De eerste adjuvante formulering die in ons lab is ontwikkeld, bestaat uit liposomen gevormd uit dimethyldioctadecylammonium (DDA) gestabiliseerd met de synthetische mycobacteriële immunomodulator TDB, die in de lipide bilayers is ingebracht.

DDA fungeert als een afleveringsmedium dat de opname en presentatie van het vaccinantigeen in de relevante subset van antigeenpresenterende cellen (APC’s) bevordert, terwijl TDB fungeert als een immunomodulator die APC’s activeert om gecombineerde Th1 en Th17 CMI-responsen te induceren. Samen werken de twee componenten, DDA en TDB, in synergie om zeer krachtige T-cel- en antilichaamreacties op te wekken waarvan is aangetoond dat ze effectief zijn in vaccins tegen een reeks verschillende ziekten, bijv. in diermodellen van melanoom, influenza, chlamydia, tuberculose, groep A-streptokokken en malaria.

CAF01 is getest in vijf klinische fase I-studies ter evaluatie van de veiligheid, verdraagbaarheid en immunogeniciteit van verschillende doses van CAF01 toegediend in combinatie met verschillende eiwit- en peptide-gebaseerde vaccins (klinische studie nrs. NCT00922363, NCT01009762, NCT01141205, NCT02787109). Deze studies toonden aan dat CAF01 zowel veilig als effectief is bij het induceren van vaccinspecifieke T-cellen, die een belangrijke rol spelen bij de bescherming tegen bijvoorbeeld tuberculose, chlamydia, malaria en pandemische influenza.

Onze tweede-generatie adjuvans, CAF09, die bestaat uit DDA, MMG en polyIC, bleek zeer effectief te zijn bij het induceren van antigeenspecifieke cytotoxische T-cellen tegen eiwit- en peptide-gebaseerde antigenen. Deze hulpstof is derhalve een potentiële kandidaat voor vaccins tegen bijvoorbeeld HIV, kanker, pandemische griep enz. Het wordt nu klinisch geëvalueerd bij mensen in een therapeutisch vaccin tegen prostaatkanker (NCT03412786) en een neo-antigeen-gebaseerd kankervaccin tegen verschillende soorten kanker (een zogenaamde “basket trial”, NCT03715985).

Voortbouwend op de principes van CAF01 en CAF09 kunnen we de formulering verder moduleren bij het ontwerpen van op maat gemaakte hulpstoffen voor specifieke ziektedoelwitten door de kationische liposomen te veranderen of door er verschillende immunostimulatorcombinaties in op te nemen.

Momenteel combineren we mycobacteriële nietTLR-liganden met conventionele TLR-liganden in de verschillende hulpstoffen. Ons doel is om zeer diverse en complexe immuunreacties te induceren, en door de verschillende parameters aan te passen hebben we aangetoond dat we het antilichaamisotype, de duur van het vaccindepot, en de CTL/Th1/Th17 balans kunnen beïnvloeden.

Onderzoeksdisciplines

Vaccin toediening en formulering is een multidisciplinair project dat zowel toegepast als fundamenteel onderzoek op het hoogste internationale niveau omvat. Dit omvat:

• Biochemische en fysisch-chemische karakteriseringen van adjuvansystemen
• Studies naar de distributie en het lot van vaccinformuleringen in vivo
• Basis immunologische karakteriseringen van adjuvansfunctie in vivo en in vitro
• Karakteriseringen van vaccin-geïnduceerde immuunresponsen bij mensen en diermodellen
• Beschermende immuunresponsen in verschillende challenge-modellen.

Wij hebben momenteel op proteïnen en peptiden gebaseerde vaccinprojecten op het gebied van TB, influenza, chlamydia, HIV en groep A-streptokokken, alsmede therapeutische melanoom- en humaan papillomavirusvaccins in evaluatie. Daarnaast hebben wij uitgebreide ervaring met de preklinische ontwikkeling van subunitvaccins met hulpstoffen en zijn wij betrokken bij de ondersteuning van first-in-man-proeven met nieuwe hulpstoffen.

Samenwerkingen

Het onderzoek wordt uitgevoerd in samenwerking met onderzoeksgroepen van Deense en internationale universiteiten, biotechbedrijven en overheidsinstellingen.
Belangrijke eerdere en huidige
samenwerkingen zijn onder andere:

ADITEC

Dit project met grote impact liep van 2011-2017 om nieuwe vaccinatiestrategieën te ontwikkelen. Het doel van het project, dat werd gefinancierd via het zevende kaderprogramma (FP7) van de Europese Commissie, was de ontwikkeling van nieuwe en krachtige immuniseringstechnologieën voor de volgende generatie menselijke vaccins te versnellen. ADITEC heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van nieuwe immuniseringstechnologieën, adjuvanten, vectoren en toedieningssystemen, formuleringen en vaccinatiemethoden die voor verschillende leeftijdsgroepen zijn geoptimaliseerd.

TRANSVAC2

Dit infrastructuurproject in samenwerkingsverband werd gefinancierd door het Horizon 2020-programma van de Europese Commissie. Het is een gezamenlijke inspanning van toonaangevende Europese groepen die werkzaam zijn op het gebied van de ontwikkeling van vaccins en is bedoeld om de ontwikkeling van vaccins te versnellen door het Europese onderzoek en de opleiding op het gebied van vaccins te verbeteren, en om de duurzaamheid van vaccinprojecten van de Europese Commissie te vergroten door een permanente onderzoeksinfrastructuur voor de ontwikkeling van vroege vaccins te implementeren.

BIOVACSAFE

Dit door het Initiatief inzake innovatieve geneesmiddelen (IMI) gefinancierde project liep van 2012-2018 en had tot doel geavanceerde instrumenten te ontwikkelen om het testen en bewaken van de veiligheid van vaccins te versnellen en te verbeteren, zowel vóór als na het op de markt brengen. Door drie van Europa’s toonaangevende bedrijven op het gebied van de ontwikkeling en productie van vaccins samen te brengen met topexperts van academische instellingen en het mkb, heeft het project een enorme hoeveelheid resultaten gegenereerd die de ontwikkeling van een nieuwe generatie veiligere, effectievere vaccins kunnen versnellen.

TBVAC2020

Dit Horizon 2020-onderzoeksproject is gericht op het innoveren en diversifiëren van de huidige pijplijn voor TB-vaccins. Het project bouwt voort op de zeer succesvolle en langdurige samenwerking in latere door de Europese Commissie FP5-, FP6- en FP7-gefinancierde TB-vaccin- en biomarkerprojecten en brengt wetenschappers en ontwikkelaars van 40 onderzoekspartners bijeen om samen te werken aan de ontwikkeling van nieuwe TB-vaccins.

NeoPepVac

Dit project, dat wordt gefinancierd door het Innovatiefonds Denemarken en waarbij vier partners betrokken zijn, is gericht op het genereren van gepersonaliseerde immuuntherapievaccins op basis van peptide-neo-antigenen in combinatie met het adjuvans CAF09b, dat is ontworpen om optimale immuuntherapie te bieden via CTL-inductie.

Het project zal een fase l-studie met neoepitope-gebaseerde immuuntherapie bij kankerpatiënten voltooien en proof of concept leveren voor de algemene strategie, veiligheid en klinische haalbaarheid. Op basis van een grondige analyse van de immuunreactiviteit bij gevaccineerde patiënten en de identificatie van neoepitopen met behulp van syngene muismodellen, zullen we de neoepitoopvoorspellingsalgoritmen voor toekomstige behandelingen verbeteren.

UNISEC

Dit door de Europese Commissie FP7-gefinancierde consortium omvatte 11 partners uit de academische wereld, volksgezondheidsinstituten en de vaccinindustrie.

Het combineerde expertise op het gebied van de productie van influenzavirus en -vaccins, de formulering van vaccins, de toediening van vaccins, preklinische diermodellen, immunologische read-outs, de organisatie en uitvoering van klinische proeven, gegevensbeheer en gegevensanalyse om verschillende nieuwe concepten van influenzavaccins te vergelijken met het oog op de identificatie, ontwikkeling en klinische test van de meest veelbelovende aanknopingspunten voor een universeel influenzavaccin.

ENOVA

Dit wetenschappelijke en technologische “netwerk voor vaccinadjuvantia” werd gefinancierd door COST via het EU-programma Horizon 2020. ENOVA brengt Europese deskundigen en belanghebbenden samen die werkzaam zijn op verschillende gebieden van adjuvant en vaccin R&D, met inbegrip van zowel profylactische als therapeutische toepassingen, alsook humane en veterinaire vaccins.

De uiteindelijke doelstellingen van het netwerk zijn de communicatie en de uitwisseling van informatie tussen de leden te vergemakkelijken, ervoor te zorgen dat nieuwe ontdekkingen op grote schaal worden verspreid zodat hun potentieel optimaal kan worden benut, het beste gebruik van bestaande adjuvantechnologieën te bevorderen en de ontwikkeling van nieuwe adjuvantia aan te moedigen en te ondersteunen.

De in dit artikel genoemde SSI-eigen adjuvantia kunnen voor zowel preklinisch als klinisch gebruik worden aangeschaft door contact op te nemen met het Statens Serum Institut. Zie contactinformatie hieronder.

Facts on adjuvants

Adjuvant: Van het Latijnse adjuva¯re; helpen. Een stof die de immuunrespons versterkt die door een antigeen wordt gestimuleerd wanneer het met het antigeen wordt geïnjecteerd (Collins English Dictionary).

Over de auteur

Dennis Christensen is senior wetenschapper en leider van het onderzoek naar adjuvanten voor vaccins bij het Statens Serum Institut. Daarnaast is hij gasthoogleraar aan de Universiteit van Strathclyde, Institute of Pharmacy & Biomedical Science, in Glasgow, UK.
Hij is gepromoveerd in de farmaceutische wetenschappen en houdt zich de laatste 15 jaar bezig met farmaceutische en immunologische aspecten van vaccine adjuvants en afgiftesystemen, waaronder gerichte aflevering van immunostimulatoren en antigenen.

Highlighted recent publications

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 Conferial Cross-Protection against Heterologous Influenza Virus in Ferrets When Combined with the CAF01 Adjuvant. Front Immunol 2018; 8:1928
5. Christensen D et al. Vaccin-geïnduceerde Th17-cellen zijn gevestigd als residente geheugencellen in de long en bevorderen lokale IgA-responsen. Mucosal Immunol 2017;10(1):260-270
6. Schmidt ST et al. De toedieningsroute is bepalend voor het vermogen van het vaccin-adjuvans CAF09 om antigeenspecifieke CD8+ T-celresponsen te induceren: De immunologische gevolgen van het biodistributieprofiel. 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

Let op, dit artikel zal verschijnen in nummer 8 van Health Europa Quarterly, dat nu te lezen is.