Optimalizace DNA očkování u zdravých dobrovolníků (DNAVAC001)

Obecně se uznává, že globálně účinná vakcína proti HIV-1 bude pravděpodobně muset indukovat bnAb proti HIV-1. Navrhovaná studie je založena na uznání potenciálního strategického významu provádění iterativních malých studií na lidech pro urychlení objevu imunogenu HIV-1, kde DNA vakcíny nabízejí nejrychlejší a cenově nejefektivnější přístup pro rychlý screening více imunogenů. Tato studie si klade za cíl využít imunizaci DNA jako platformu pro urychlení objevu imunogenů HIV-1 schopných indukovat bnAb u lidí.

Ke splnění tohoto cíle se tato studie snaží aplikovat nejnovější technologický pokrok v oblasti DNA vakcinace a imunitního monitorování, a to jak na úrovni jednotlivých buněk, tak na molekulární úrovni, aby bylo možné podrobně zkoumat vyvíjející se protilátkové odpovědi vyvolané vakcínou. V tomto ohledu představuje první pokus u lidí použít přístup DNA vakcíny ke zkoumání vývoje a zaměření reakcí B buněk na očkování. Pokud bude tento přístup úspěšný, poskytne důležitou novou strategii pro rychlé provádění systematických klinických výzkumných studií na lidech zaměřených na posunutí oblasti vakcín proti HIV-1 blíže k dosažení klíčového cíle identifikace imunogenů a vakcinačních strategií potřebných pro indukci bnAb u lidí. .

Na konci roku 2012 žilo na celém světě odhadem 35,3 milionu lidí s HIV, což je o 17 % více než v roce 2001. To odráží pokračující velký počet nových infekcí HIV a významné rozšíření přístupu k antiretrovirové terapii, což pomohlo snížit počet úmrtí souvisejících s AIDS, zejména v posledních letech (Zpráva UNAIDS o globální epidemii AIDS 2013. Ženeva 2013). Většina nových infekcí HIV se nadále vyskytuje v subsaharské Africe. Existuje naléhavá potřeba posílit a rozšířit stávající a nové metody prevence, jako je testování na HIV a poradenství, behaviorální intervence, používání kondomů, léčba sexuálně přenosných nemocí, minimalizace škod, mužská obřízka (Wamai, Morris et al. 2011) a antiretrovirová léčiva pro prevenci (Granich, Gupta et al. 2011). Nové strategie prevence pro kontrolu epidemie a prevence nových infekcí, včetně preexpoziční profylaxe (Kim, Becker et al. 2010), antivirové léčby pro prevenci (Granich, Lo et al. 2011), lokálních mikrobicidů (Krakower a Mayer 2011), Je třeba prozkoumat preventivní vakcíny proti HIV a zajistit jejich přístup. Vývoj účinné preventivní vakcíny proti HIV-1 však zůstává jednou z největších nadějí na kontrolu pandemie HIV/AIDS (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Údaje z nedávné komunitní studie účinnosti v Thajsku (RV144) testující očkovací režim sestávající z primingu canarypox vektorem ALVAC-HIV, exprese genů HIV gag, pro a env a posilování rekombinantním proteinem AIDSVAX B/E HIV Env prokázala skromnou vakcínovou ochranu proti získání HIV. Účinnost vakcíny se během prvního roku po očkování snížila ze 60 % za jeden rok na 31,2 % za 3,5 roku po první vakcinaci, což naznačuje, že ochrana může souviset s tím, že v průběhu času ubývají protilátky proti HIV (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009 ). Režim nesnížil virovou zátěž HIV u příjemců vakcíny, kteří získali HIV. CD8 T-lymfocytární reakce byly u několika příjemců vakcíny, zatímco vazebné protilátky byly detekovány u většiny z nich, s velmi omezenými detekovatelnými reakcemi neutralizačních protilátek na HIV. Tyto výsledky naznačují, že jsou zapotřebí silnější vakcíny pro zajištění významné a trvalé ochrany proti získání HIV a také pro kontrolu replikace viru.

Neutralizační protilátky proti cirkulujícím izolátům jsou indukovány hlavně HIV Env a mohly by potenciálně poskytnout sterilizační imunitu proti HIV, jak naznačují studie provokační SHIV na primátech (Mascola, Stiegler a kol. 2000, Pantophlet a Burton 2006, Hessell, Poignard a kol. 2009). Nedávná studie na nehumánních primátech (NHP) navíc prokazuje, že antigen Env SIV (viru opičí imunodeficience) byl nezbytný pro poskytnutí ochrany proti stimulaci SIV a že v této ochraně hrály roli vazebné neneutralizující protilátky specifické pro SIV Env (Barouch, Liu a kol., 2012). Předchozí studie používající monomerní AIDSVAX gp120 neukázaly žádnou účinnost ve studiích fáze III (Flynn, Forthal a kol. 2005, Pitisuttithum, Gilbert a kol. 2006). Toto selhání bylo hlavní nevýhodou HIV vakcín na bázi Env, protože současné imunogeny poskytují pouze velmi úzkou ochranu proti kmenům HIV, které jsou blízce příbuzné vakcinačnímu antigenu (Zhang a Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). V RV144 analýza korelátů rizika ukázala, že protilátky vázající IgG3 na rekombinantní protein V1V2 inverzně korelovaly s mírou infekce, zatímco IgA vázající Env v plazmě přímo korelovaly s mírou infekce (Haynes, Gilbert et al. 2012). Několik linií důkazů naznačuje, že vakcínou indukované protilátky rozpoznávají konformační epitopy v skafoldovaném činidle V1V2, u kterého bylo prokázáno, že detekuje konformační protilátky V1V2 (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). Výsledky analýzy průlomových virů od pacientů ve studii RV144 byly v souladu s imunitním tlakem zaměřeným na aminokyselinové vzorce v oblasti V1V2 a obklopující oblast HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Tato oblast slouží kritickým funkcím, jako je účast na vazbě CD4-receptoru a chemokinu-receptor, vazba na integrin α4β7 (Nawaz, Cicala et al. 2011) a slouží jako vazebné místo pro neutralizační protilátky (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat a kol., 2009, Changela, Wu a kol., 2011, McLellan, Pancera a kol., 2011). Hledání imunogenu schopného indukovat široké zkřížené ochranné a dlouhotrvající neutralizační/funkční protilátky však zůstává obtížné a kritické (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Během velké většiny přirozených infekcí HIV je protilátková odpověď, která se vyvine, „příliš malá, příliš pozdě“ – nastává přibližně 12 týdnů od počáteční expozice, což je poté, co došlo k expanzi viru (McMichael, Borrow et al. 2010). Nedávné údaje také naznačují, že za normálních okolností je heterosexuální přenos relativně vzácnou událostí a že existuje malé "okno příležitosti" - v řádu dnů - během kterých by mohlo být možné zastavit vznik latentní infekce. Ideální vakcína by aktivovala velmi časnou a širokou protilátkovou odpověď zacílenou na více neutralizačních epitopů pro účinnou kontrolu časné virové replikace. Avšak bnAb typicky vznikají pouze u 1 % chronicky infikovaných subjektů, jejich vývoj trvá několik let, vykazují výjimečné úrovně somatických hyper mutací, mají neobvykle dlouhé oblasti CDR3 a vykazují významnou vazbu glykanu, vlastnosti, které nejsou indukovány současnými kandidáty na vakcínu. Vyvolání široce neutralizujících protilátek (bnAbs) proti HIV-1 je tedy jak problémem imunogenního designu, tak i lidské imunitní odezvy.

Navzdory významnému pokroku v identifikaci široce neutralizujících protilátek u velmi malého počtu infikovaných jedinců a podrobné charakterizaci jejich příbuzných epitopů, pokusy navrhnout vhodné imunogeny indukující HIV-specifické široce neutralizační protilátky dosud selhaly. Vakcíny příští generace budou pravděpodobně kriticky závislé na objevu nových imunogenů schopných vyvolat ochranné reakce u lidí. To je však omezeno současným nedostatkem pochopení toho, jak imunogeny indukují ochranné protilátkové reakce, jejich využití genů, jejich dráhy zrání a faktory usnadňující šířku a účinnost. Zatímco studie na zvířatech hrály důležitou roli v pochopení patogeneze HIV a příbuzných retrovirů, jsou značně omezené, pokud jde o modelování lidských imunizačních studií kvůli rozdílům v imunogenetice a druhové specifitě. Nástup technologického pokroku, který testuje lidskou imunitní odezvu na úrovni jednotlivých buněk a molekulární úrovni, nyní poskytuje potřebné nástroje k řešení těchto problémů za hranice preklinických modelů. Silným argumentem pro zvýšení a zlepšení časných klinických studií na lidech (namísto aktuálně zdlouhavého procesu předchozího rozsáhlého testování na zvířatech) je skutečně to, že zvířata, včetně subhumánních primátů (NHP), nemusí přesně rekapitulovat zárodečné zapojení B buněk, což by mohlo být kritické pro vakcíny navržené k indukci HIV-1 obalových (Env) bnAb. Aby se to vyřešilo, je nyní obecně dohodnuto, že jsou zapotřebí rychlé, iterativní, malé, experimentální studie časných lidských vakcín pro výběr a zpřesnění nejlepších přístupů k návrhu imunogenu. Takový přístup by umožnil rychlý výběr nejslibnějších očkovacích strategií v rané fázi, čímž by se snížilo riziko selhání v pokročilejší fázi klinického vývoje. Avšak náklady a zdlouhavé časové linie spojené s výrobou rekombinantních proteinů znamenají, že není možné testovat více iterací obalových struktur HIV-1. Na rozdíl od toho DNA vakcíny nabízejí rychlý a proveditelný přístup pro screening více imunogenů v lidských studiích na základě snadné výroby a snížených nákladů.

Ačkoli rané přístupy k DNA vakcinaci selhaly při indukci významných protilátkových odpovědí u lidí, novější studie ukázaly, že DNA vakcíny mohou indukovat neutralizační protilátky proti řadě virů (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) a detekovatelné protilátkové odpovědi na HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Ke zlepšení a rozšíření imunogenicity DNA vakcín lze nyní použít různé strategie, včetně: selekce promotoru a optimalizace kodonů; použití elektroporace (EP); cesta podání (intramuskulární (IM) nebo intradermální (ID)); a použití molekulárních adjuvans, jako je IL-12 (Sardesai a Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). Další výhoda poskytovaná nedostatkem anti-vektorové imunity spojené s jinými aplikačními platformami (virové vektory) poskytuje příležitost pro sériovou imunizaci s více imunogeny odvozenými od DNA. V tomto kontextu DNA vakcinace nabízí potenciál poskytnout cílenou zárodečnou priming, která může kriticky přesměrovat protilátkové reakce po posílení proteinu (Schittek a Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Kromě toho by nedostatek vektorové imunity umožnil použití řady imunogenů kódovaných DNA k zapojení zárodečných B buněk a jejich nasměrování k rozpoznání bnAb epitopů před amplifikací pomocí proteinového boosteru. Zatímco vícedávková DNA vakcinace nemusí představovat praktický přístup k profylaktické hromadné vakcinační kampani, její potenciál vyvolat protilátkovou odezvu z ní může učinit důležitý klinický výzkumný nástroj pro objevování a zdokonalování imunogenů u lidí. Skutečná síla takového přístupu může být plně realizována až nyní prostřednictvím vývoje pokročilých nástrojů pro sledování vývoje imunitní odpovědi na úrovni jednotlivých buněk a na molekulární úrovni. Zde schopnost klonovat geny Ab z jednotlivých odpovídajících lidských B buněk poskytuje příležitost získat nové poznatky o specifičnosti a funkčnosti vyvíjejících se repertoárů Ab, zatímco přístupy sekvenování nové generace (NGS) usnadňují evoluční studium odpovědí na klonotypické úrovni. Tento projekt se snaží aplikovat tyto nástroje na studie proof of concept (POC), jejichž cílem je prokázat, že DNA vakcinace může poskytnout cenný nástroj k systematickému zkoumání vyvíjejících se repertoárů Ab u lidí.