Adiuwanty szczepionkowe – niezbędny składnik współczesnych szczepionek!

Zespół badawczy ds. adiuwantów szczepionkowych w Statens Serum Institut ma za zadanie opracowanie nowych adiuwantów szczepionkowych.

Szczepionki są zdecydowanie najbardziej udaną interwencją medyczną w historii i tylko dostęp do czystej wody i urządzeń sanitarnych doprowadził do większej poprawy średniej długości życia. Pierwsza generacja szczepionek składała się z całych inaktywowanych, atenuowanych lub uszkodzonych (rozszczepionych) wirusów lub bakterii zapobiegających chorobom takim jak ospa wietrzna, gruźlica (TB; szczepionka BCG), odra, polio (szczepionki OPV/IPV) i grypa. Poza zawartością antygenów szczepionkowych, wszystkie te technologie szczepionkowe zawierają również składniki immunostymulujące, które aktywują wrodzony układ odpornościowy w celu zwiększenia i modulowania adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej na antygeny. Inną strategią jest izolowanie, oczyszczanie i detoksykacja toksyn bezpośrednio z patogenów – metoda ta została zastosowana w szczepionkach przeciwko błonicy i tężcowi.

Wspólną cechą wielu z tych szczepionek jest to, że wymagają one produkcji samych patogenów, choć często w formie atenuowanej. Oczywiste wady tego podejścia związane z produkcją zostały ominięte dzięki wdrożeniu metod produkcji rekombinowanej, wykorzystujących łagodne systemy ekspresji, takie jak E. coli, do wytwarzania antygenów szczepionkowych opartych na białkach z dużą wydajnością.

Adiuwanty szczepionkowe

Te wysoce oczyszczone i rekombinowane szczepionki nie są w stanie same w sobie wystarczająco aktywować i wzmacniać odpowiedzi immunologicznej. Dlatego dodaje się adiuwanty, aby dostarczyć sygnał „zagrożenia” i wywołać wrodzoną aktywację immunologiczną i wzmocnienie szczepionki.

Szczepionki przeciwko błonicy i tężcowi zawierają adiuwant wodorotlenku glinu, który wzmacnia specyficzną dla antygenu odpowiedź przeciwciał potrzebną do ochrony przed tymi infekcjami. Adiuwant ten jest najpowszechniej stosowany od lat 30-tych XX wieku, kiedy to został po raz pierwszy wprowadzony. W rzeczywistości, od tego czasu tylko niewielka liczba adiuwantów opartych na innych solach mineralnych, emulsjach skwalenowych i wirosomach została zatwierdzona do stosowania u ludzi. Wspólną cechą tych adiuwantów jest to, że znacznie zwiększają humoralną odpowiedź przeciwciał na antygeny szczepionki, ale nie są w stanie wytworzyć odporności komórkowej (CMI; patrz ramka), która jest ważna dla ochrony przed wieloma z najbardziej wymagających obecnie chorób zakaźnych, takich jak gruźlica, chlamydia i grypa pandemiczna.

Nowoczesne adiuwanty szczepionkowe, takie jak adiuwant AS01 stosowany w nowo zarejestrowanej szczepionce Shingrix® (GSK) przeciwko półpaścowi wywołanemu wirusem ospy wietrznej i półpaśca, składają się z systemu dostarczania, zwykle opartego na emulsjach lub liposomach zawierających specjalne cząsteczki rozpoznawane przez układ odpornościowy jako obce.

Te immunostymulatory są zazwyczaj syntetycznymi analogami tak zwanych „wzorców molekularnych związanych z patogenami” lub PAMP i mogą modulować komórki odpornościowe, aby reagowały w określony sposób. Mogą one, na przykład, przesuwać indukowane przeciwciała w kierunku specjalnych funkcji lub indukować pewien typ komórek T o specjalnej zdolności do zabijania zakażonych komórek (tak zwane „zabójcze komórki T” lub „cytotoksyczne limfocyty T” (CTL)) lub modulować naprowadzanie komórek odpornościowych do określonych tkanek, takich jak jelita lub płuca.

Większość immunostymulatorów będących w fazie rozwoju klinicznego aktywuje receptory z tak zwanej rodziny „receptorów toll-podobnych” (TLR) lub „receptorów lektyn typu C (CLR)” i będzie miała duży wpływ na skuteczność nowych szczepionek, szczególnie w tych przypadkach, w których do ochrony wymagana jest silna odpowiedź CMI.

Statens Serum Institut

Duński Statens Serum Institut jest przedsiębiorstwem państwowym działającym pod auspicjami ministra zdrowia i zlokalizowanym w pobliżu centrum Kopenhagi w Danii. Statens Serum Institut jest odpowiedzialny za gotowość Danii na wypadek chorób zakaźnych, obejmującą nadzór nad chorobami w ramach współpracy międzynarodowej oraz konsultacje z duńskim systemem opieki zdrowotnej i władzami w przypadku epidemii wymagających podjęcia pilnych działań.

Badania nad szczepionkami w Statens Serum Institut

Badania nad szczepionkami w Statens Serum Institut sięgają czasów założenia instytutu w 1902 r., kiedy to założono go w celu produkcji antysurowic na błonicę. Wkrótce badania rozszerzyły się na inne choroby epidemiczne. Badania nad szczepionkami w Statens Serum Institut koncentrują się na chorobach, które stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia na świecie. Obecnie główny wysiłek poświęcony jest szczepionkom przeciwko gruźlicy, chlamydii, HIV i pandemicznej grypie.

Program badań nad szczepionkami jest integralną częścią głównej misji SSI w odniesieniu do gotowości i dostaw szczepionek. Większa część badań nad szczepionkami prowadzonych w Statens Serum Institut znajduje się w Centrum Badań nad Szczepionkami i obejmuje cały proces opracowywania szczepionek, od tworzenia hipotez i badań podstawowych do klinicznej oceny szczepionek u ludzi. Centrum koncentruje się na odpowiedziach immunologicznych na zakażenie oraz zarówno na podstawowych, jak i translacyjnych badaniach nad szczepionkami, obejmujących szczegółowe programy odkrywania antygenów, mające na celu identyfikację białek wyrażanych przez docelowe patogeny i rozpoznawanych przez układ odpornościowy.

Obecnie dwa główne strategiczne programy szczepionkowe są ukierunkowane na opracowanie nowatorskich szczepionek przeciwko gruźlicy i chlamydii.

Gruźlica jest jednym z wiodących zakaźnych zabójców na świecie w dzisiejszych czasach i spowodowała około 1,6 miliona zgonów w 2017 roku, w tym 230 000 dzieci. Szczepionka Bacillus Calmette-Guérin skutecznie chroni dzieci i jest podawana niemowlętom jak najbliżej momentu urodzenia w krajach, w których gruźlica jest powszechna. Skuteczność szczepionki BCG maleje jednak z upływem lat, a jej działanie ochronne jest zwykle niewielkie, gdy dzieci wchodzą w wiek nastoletni. Dlatego istnieje pilna potrzeba szczepionek, które mogą poprawić ochronę przed gruźlicą, zwłaszcza u młodzieży i dorosłych.

Chlamydia trachomatis jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych infekcji przenoszonych drogą płciową, a w 2017 roku w samych Stanach Zjednoczonych odnotowano 1,7 miliona zgłoszonych przypadków.

Niestety, zakażenie to wydaje się być mocno niedodiagnozowane, a wiele krajów nie zgłasza wskaźników zachorowań, co utrudnia uzyskanie dokładnego przeglądu obciążenia. Może powodować trwałe uszkodzenie układu rozrodczego kobiet, potencjalnie prowadząc do śmiertelnej ciąży pozamacicznej lub niepłodności.

Niektóre serotypy Chlamydia trachomatis ponadto powodują trachomę, infekcję pod powiekami, która może ostatecznie prowadzić do ślepoty. Choroba ta stanowi poważny problem zdrowotny w Afryce, Azji oraz Ameryce Środkowej i Południowej, gdzie powoduje ślepotę u 1,2 miliona osób i ograniczenie widzenia u dodatkowego miliona osób.

Oba patogeny infekują komórki, a szczepionki przeciwko nim wymagają zatem adiuwantów, które wywołują silną odpowiedź CMI.

Badania nad adiuwantami szczepionek

Przez ostatnią dekadę Statens Serum Institut opracowywał nowe adiuwanty szczepionek, uczestnicząc jednocześnie w opracowywaniu szczepionek zarówno przeciwko gruźlicy, jak i chlamydii.

Celem naszych badań jest dostosowanie adiuwantu w taki sposób, aby wywoływał dokładną odpowiedź immunologiczną potrzebną do zwalczania danego patogenu. Jest to możliwe dzięki konstrukcji adiuwantów opartych na liposomach, które zawierają immunostymulatory. Immunostymulatory pochodzą z naturalnie występujących cząsteczek PAMP pochodzących z mikroorganizmów, które pobudzają różne części układu odpornościowego. Właściwości tych liposomów mogą być modyfikowane i mogą być one produkowane w różnych rozmiarach i z różnymi cząsteczkami, w zależności od odpowiedzi immunologicznej wymaganej dla konkretnej szczepionki. Dostosowane do potrzeb liposomy są łączone z antygenem szczepionkowym w końcowej szczepionce. Liposom zapewni, że antygen szczepionkowy zostanie przedstawiony właściwym komórkom układu odpornościowego i że zostanie wygenerowana pożądana odpowiedź immunologiczna.

W naszym dążeniu do idealnego adiuwanta dla antygenu szczepionkowego systematycznie modyfikujemy skład systemu dostarczania szczepionki i/lub immunostymulatorów. Modyfikujemy skład cząstek dostarczających w celu zmiany właściwości fizycznych układu dostarczającego szczepionkę, np. w zakresie rozmiaru, płynności lub ładunku. Takie modyfikacje mogą być stosowane w celu zapewnienia optymalnej adsorpcji antygenu, depot szczepionki, absorpcji i prezentacji in vivo itp. Płynność liposomów może, na przykład, mieć głęboki wpływ na dystrybucję składników szczepionki i poziom CMI i odpowiedzi przeciwciał.

W naszych poszukiwaniach optymalnego immunomodulatora odkryliśmy, że kilka lipidów prątków ma silne efekty immunomodulacyjne, które mogą być wykorzystane do rozwoju szczepionki. Uczestniczyliśmy w odkryciu α, α´ dibehenianu trehalozy 6,6´ (TDB) jako skutecznego immunomodulatora do indukcji odpowiedzi immunologicznej pośredniczonej przez komórki oraz w rozbiórce zaangażowanych w to ścieżek sygnalizacyjnych.

Program odkrywania immunomodulatorów zidentyfikował również prątkowy monomycoloyl glicerolu (MMG) jako skuteczny aktywator ludzkich komórek dendrytycznych i immunomodulator, dający początek wybitnej odpowiedzi Th1 w modelach zwierzęcych. W tym programie odkryć ważne było dla nas również zrozumienie wrodzonych mechanizmów aktywowanych przez te nowe immunomodulatory. Wreszcie, droga szczepienia jest również poddawana ocenie w naszej grupie i wykazano, że ma ona duży wpływ na indukowaną odpowiedź immunologiczną. Dlatego pracujemy nad różnymi strategiami immunizacji, w tym nad podawaniem szczepionki do górnych dróg oddechowych, aby poprawić ochronne odpowiedzi immunologiczne na powierzchniach błon śluzowych.

Adiuwanty CAF z SSI

Nasze adiuwanty są oparte na dodatnio naładowanych liposomach i dlatego nazywane są kationowymi preparatami adiuwantowymi (CAF). Pierwszy preparat adiuwantowy opracowany w naszym laboratorium składa się z liposomów utworzonych z dimetylodioktadecyloamoniowego (DDA) stabilizowanego syntetycznym immunomodulatorem prątków TDB, który jest wprowadzany do dwuwarstw lipidowych.

DDA działa jako nośnik służący do promowania wychwytu i prezentacji antygenu szczepionkowego w odpowiednim podzbiorze komórek prezentujących antygen (APC), podczas gdy TDB działa jako immunomodulator, aktywując APC w celu indukowania połączonych odpowiedzi Th1 i Th17 CMI. Razem te dwa składniki, DDA i TDB, działają synergicznie w celu wytworzenia wysoce silnych odpowiedzi komórek T i przeciwciał, które okazały się skuteczne w szczepionkach przeciwko wielu różnym chorobom, np. w zwierzęcych modelach czerniaka, grypy, chlamydii, gruźlicy, paciorkowca grupy A i malarii.

CAF01 był badany w pięciu badaniach klinicznych I fazy w celu oceny bezpieczeństwa, tolerancji i immunogenności różnych dawek CAF01 podawanych w skojarzeniu z różnymi szczepionkami białkowymi i peptydowymi (badania kliniczne nr NCT00922363, NCT01009762, NCT01141205, NCT02787109). Badania te wykazały, że CAF01 jest zarówno bezpieczny, jak i skuteczny w indukowaniu swoistych dla szczepionki limfocytów T, które odgrywają ważną rolę w ochronie przed, na przykład, gruźlicą, chlamydią, malarią i grypą pandemiczną.

Nasz adiuwant drugiej generacji, CAF09, który składa się z DDA, MMG i polyIC, okazał się bardzo skuteczny w indukowaniu swoistych dla antygenu cytotoksycznych limfocytów T przeciwko antygenom białkowym i peptydowym. Adiuwant ten jest zatem potencjalnym kandydatem do szczepionek przeciwko, na przykład, HIV, rakowi, pandemicznej grypie itp. Obecnie przechodzi on oceny kliniczne u ludzi w szczepionce terapeutycznej przeciwko rakowi prostaty (NCT03412786) i opartej na neoantygenach szczepionce przeciwko różnym typom nowotworów (tak zwane „badanie koszyka”, NCT03715985).

Budując na zasadach CAF01 i CAF09, możemy dalej modulować formułę przy projektowaniu adiuwantów dostosowanych do konkretnych celów chorobowych poprzez zmianę liposomów kationowych lub włączenie do nich różnych kombinacji immunostymulatorów.

Obecnie łączymy prątkowe ligandy nie-TLR z konwencjonalnymi ligandami TLR w różnych nośnikach. Naszym celem jest wywołanie wysoce zróżnicowanych i złożonych odpowiedzi immunologicznych, a poprzez dostosowanie różnych parametrów wykazaliśmy, że możemy wpływać na izotyp przeciwciał, czas trwania depot szczepionki i równowagę CTL/Th1/Th17.

Dyscypliny badawcze

Dostarczanie i formowanie szczepionek to multidyscyplinarny projekt obejmujący zarówno badania stosowane, jak i podstawowe na najwyższym międzynarodowym poziomie. Obejmuje on:

• Biochemiczną i fizykochemiczną charakterystykę systemów adiuwantów
• Badania dystrybucji i losów preparatów szczepionkowych in vivo
• Podstawowe immunologiczne charakterystyki funkcji adiuwantów in vivo i in vitro
• Charakterystykę odpowiedzi immunologicznych wywołanych szczepionką u ludzi i w modelach zwierzęcych
• Ochronne odpowiedzi immunologiczne w różnych modelach wyzwań.

Obecnie prowadzimy projekty szczepionek opartych na białkach i peptydach w zakresie gruźlicy, grypy, chlamydii, HIV i paciorkowca grupy A, a także terapeutyczne szczepionki przeciwko czerniakowi i wirusowi brodawczaka ludzkiego, które są w trakcie oceny. Ponadto posiadamy bogate doświadczenie w przedklinicznym rozwoju szczepionek podjednostkowych z adiuwantem i jesteśmy zaangażowani we wspieranie badań typu first-in-man nad nowymi adiuwantami.

Współpraca

Badania są prowadzone we współpracy z grupami badawczymi z duńskich i międzynarodowych uniwersytetów, firmami biotechnologicznymi i instytucjami rządowymi.
Ważne poprzednie i obecne
współprace obejmują:

ADITEC

Ten projekt o dużym wpływie trwał w latach 2011-2017 i miał na celu opracowanie nowych strategii szczepień. Zakres projektu, finansowanego w ramach Siódmego Programu Ramowego (7PR) Komisji Europejskiej, obejmował przyspieszenie rozwoju nowych i skutecznych technologii szczepień dla następnej generacji szczepionek dla ludzi. ADITEC poczynił znaczące postępy w rozwoju nowych technologii uodparniania, adiuwantów, wektorów i systemów dostarczania, preparatów i metod szczepień zoptymalizowanych dla różnych grup wiekowych.

TRANSVAC2

Ten wspólny projekt infrastrukturalny został sfinansowany przez program Komisji Europejskiej Horizon 2020. Jest to wspólny wysiłek wiodących grup europejskich pracujących w dziedzinie rozwoju szczepionek i ma na celu przyspieszenie rozwoju szczepionek poprzez wzmocnienie europejskich badań i szkoleń w zakresie szczepionek, a także zwiększenie trwałości projektów Komisji Europejskiej dotyczących szczepionek poprzez wdrożenie stałej infrastruktury badawczej dla wczesnego rozwoju szczepionek.

BIOVACSAFE

Projekt ten, finansowany przez Innovative Medicines Initiative (IMI), był realizowany w latach 2012-2018, a jego celem było opracowanie najnowocześniejszych narzędzi do przyspieszenia i usprawnienia testowania i monitorowania bezpieczeństwa szczepionek, zarówno przed, jak i po wprowadzeniu ich na rynek. Dzięki połączeniu trzech wiodących europejskich przedsiębiorstw zajmujących się opracowywaniem i produkcją szczepionek, a także najlepszych ekspertów z instytucji akademickich i MŚP, projekt ten przyniósł ogromną ilość wyników, które mogą przyspieszyć opracowanie nowej generacji bezpieczniejszych i skuteczniejszych szczepionek.

TBVAC2020

Ten projekt badawczy w ramach programu Horyzont 2020 ma na celu wprowadzenie innowacji i zróżnicowanie obecnej linii szczepionek przeciwko gruźlicy. Projekt opiera się na bardzo udanej i długotrwałej współpracy w kolejnych projektach Komisji Europejskiej finansowanych w ramach 5PR, 6PR i 7PR dotyczących szczepionek przeciwko gruźlicy i biomarkerów. Skupia naukowców i twórców z 40 partnerów badawczych w celu współpracy nad opracowaniem nowych szczepionek przeciwko gruźlicy.

NeoPepVac

Projekt ten, finansowany przez Innovation Fund Denmark i obejmujący czterech partnerów, ma na celu wytworzenie spersonalizowanych szczepionek do terapii immunologicznej opartych na neoantygenach peptydowych w połączeniu z adiuwantem CAF09b, zaprojektowanych w celu zapewnienia optymalnej immunoterapii poprzez indukcję CTL.

W ramach projektu zostanie zakończone badanie fazy 1 z immunoterapią opartą na neoepitopach u pacjentów z nowotworami oraz zostanie przedstawiony dowód koncepcji ogólnej strategii, bezpieczeństwa i wykonalności klinicznej. W oparciu o dogłębną analizę reaktywności immunologicznej u zaszczepionych pacjentów oraz identyfikację neoepitopów przy użyciu syngenicznych modeli mysich, udoskonalimy algorytmy przewidywania neoepitopów dla przyszłych terapii.

UNISEC

To finansowane przez Komisję Europejską 7PR konsorcjum obejmowało 11 partnerów ze środowisk akademickich, instytutów zdrowia publicznego i przemysłu szczepionkowego.

Połączyło ono doświadczenie w produkcji wirusa grypy i szczepionki, formulacji szczepionki, podawaniu szczepionki, przedklinicznych modelach zwierzęcych, odczytach immunologicznych, organizacji i przeprowadzaniu badań klinicznych, zarządzaniu danymi i analizie danych w celu porównania różnych nowych koncepcji szczepionek przeciwko grypie, aby zidentyfikować, opracować i przetestować klinicznie najbardziej obiecujące tropy uniwersalnej szczepionki przeciwko grypie.

ENOVA

Ta naukowo-technologiczna „Sieć na rzecz adiuwantów szczepionkowych” została sfinansowana przez COST w ramach programu UE „Horyzont 2020”. ENOVA skupia europejskich ekspertów i zainteresowane strony pracujące w różnych obszarach R&D adiuwantów i szczepionek, w tym zarówno zastosowań profilaktycznych i terapeutycznych, jak i szczepionek ludzkich i weterynaryjnych.

Najważniejsze cele sieci to ułatwienie komunikacji i wymiany informacji pomiędzy jej członkami, zapewnienie, że nowe odkrycia są szeroko rozpowszechniane, tak aby ich potencjał mógł przynieść optymalne korzyści, promowanie najlepszego wykorzystania istniejących technologii adiuwantów oraz zachęcanie i wspieranie rozwoju nowych adiuwantów.

Zastrzeżone adiuwanty SSI wymienione w tym artykule można nabyć do zastosowań przedklinicznych i klinicznych kontaktując się z Statens Serum Institut. Patrz informacje kontaktowe poniżej.

Fakty dotyczące adiuwantów

Adiuwant: Od łacińskiego adjuva¯re; pomagać. Substancja, która wzmacnia odpowiedź immunologiczną stymulowaną przez antygen, gdy jest wstrzykiwana z antygenem (Collins English Dictionary).

O autorze

Dennis Christensen jest starszym naukowcem i liderem badań nad adiuwantami szczepionek w Statens Serum Institut. He is furthermore visiting professor at the University of Strathclyde, Institute of Pharmacy & Biomedical Science, in Glasgow, UK.
Posiada tytuł doktora nauk farmaceutycznych i przez ostatnie 15 lat zajmował się farmaceutycznymi i immunologicznymi aspektami adiuwantów szczepionkowych i systemów dostarczania, w tym ukierunkowanym dostarczaniem immunostymulatorów i antygenów.

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. 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. Droga podania ma decydujące znaczenie dla zdolności adiuwanta szczepionkowego CAF09 do indukowania antygenowo swoistych odpowiedzi komórek T CD8+: Immunologiczne konsekwencje profilu biodystrybucji. 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

Uwaga, ten artykuł ukaże się w numerze 8 kwartalnika Health Europa, który jest dostępny do przeczytania już teraz.

.