Optimering af DNA-vaccinationer hos raske frivillige (DNAVAC001)

Det er almindeligt accepteret, at globalt effektiv HIV-1-vaccine sandsynligvis vil skulle inducere bnAbs mod HIV-1. Den foreslåede undersøgelse er baseret på erkendelsen af ​​den potentielle strategiske betydning af at udføre iterative små menneskelige undersøgelser for at accelerere HIV-1 immunogen opdagelse, hvor DNA-vacciner tilbyder den hurtigste og mest omkostningseffektive tilgang til hurtig screening af flere immunogener. Denne undersøgelse har til formål at udnytte DNA-immunisering som en platform til at accelerere opdagelsen af ​​HIV-1-immunogener, der er i stand til at inducere bnAbs hos mennesker.

For at opfylde dette mål søger denne undersøgelse at anvende de seneste teknologiske fremskridt inden for DNA-vaccination og immunovervågning, både på enkeltcelle- og molekylært niveau, for at muliggøre detaljeret sondering af udvikling af vaccine-inducerede antistofresponser. I denne henseende repræsenterer det det første forsøg hos mennesker på at bruge en DNA-vaccinetilgang til at undersøge udviklingen og fokuseringen af ​​B-celleresponser på vaccination. Hvis denne tilgang lykkes, vil den give en vigtig ny strategi for hurtigt at udføre systematiske kliniske forskningsstudier i mennesker med det formål at flytte HIV-1-vaccineområdet tættere på at nå hovedmålet med identifikation af immunogener og vaccinestrategier, der kræves til induktion af bnAbs hos mennesker .

Ved udgangen af ​​2012 levede anslået 35,3 millioner mennesker med hiv på verdensplan, en stigning på 17 % fra 2001. Dette afspejler det fortsatte store antal nye hiv-infektioner og en betydelig udvidelse af adgangen til antiretroviral behandling, som har hjulpet med at reducere AIDS-relaterede dødsfald, især i de senere år (UNAIDS Report on the global AIDS epidemic 2013. Genève 2013). Størstedelen af ​​nye hiv-infektioner forekommer fortsat i Afrika syd for Sahara. Der er et presserende behov for at styrke og opskalere eksisterende og nye forebyggelsesmetoder såsom HIV-testning og rådgivning, adfærdsmæssige interventioner, kondombrug, behandling af seksuelt overførte sygdomme, skadesreduktion, mandlig omskæring (Wamai, Morris et al. 2011) og antiretrovirale lægemidler til forebyggelse (Granich, Gupta et al. 2011). Nye forebyggelsesstrategier til at kontrollere epidemien og forebygge nye infektioner, herunder præ-eksponeringsprofylakse (Kim, Becker et al. 2010), antiviral behandling til forebyggelse (Granich, Lo et al. 2011), topiske mikrobicider (Krakower og Mayer 2011), og HIV-forebyggende vacciner skal udforskes og deres adgang sikres. Udviklingen af ​​en effektiv forebyggende vaccine mod HIV-1 er dog stadig blandt de bedste håb for at kontrollere HIV/AIDS-pandemien (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Data fra et nyligt samfundsbaseret effektforsøg i Thailand (RV144), der tester et vaccinationsregime bestående af priming med kanariekopper-vektoren ALVAC-HIV, udtrykker HIV gag-, pro- og env-gener og boosting med rekombinant AIDSVAX B/E HIV Env-protein demonstreret beskeden vaccinebeskyttelse mod HIV-erhvervelse. Vaccineeffektiviteten faldt i løbet af det første år efter vaccination fra 60 % efter et år til 31,2 % 3,5 år efter første vaccination, hvilket tyder på, at beskyttelsen kan være relateret til HIV-specifikke antistoffer, der aftager over tid (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009 ). Kurset reducerede ikke HIV-virusmængden hos vaccinemodtagere, som fik HIV. CD8 T-celleresponser var hos få vaccinemodtagere, mens bindingsantistoffer blev påvist i størstedelen af ​​dem, med meget begrænsede påviselige neutraliserende antistofresponser mod HIV. Disse resultater tyder på, at mere potente vacciner er nødvendige for at give betydelig og vedvarende beskyttelse mod HIV-optagelse såvel som til at kontrollere viral replikation.

Neutraliserende antistoffer mod cirkulerende isolater induceres hovedsageligt af HIV Env og kunne potentielt give steriliserende immunitet mod HIV, som foreslået af ikke-humane primater SHIV challenge undersøgelser (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet og Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Desuden viser en nylig undersøgelse af ikke-humane primater (NHP), at SIV (Simian Immunodeficiency Virus) Env-antigen var afgørende for at give beskyttelse mod SIV-udfordring, og at SIV Env-specifikke bindende ikke-neutraliserende antistoffer spillede en rolle i denne beskyttelse (Barouch, Liu et al. 2012). Tidligere forsøg med monomer AIDSVAX gp120 viste ingen effekt i et fase III forsøg (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Denne fiasko har været en stor ulempe for Env-baserede HIV-vacciner, da nuværende immunogener kun giver meget snæver beskyttelse mod HIV-stammer, der er tæt beslægtet med vaccineantigenet (Zhang og Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). I RV144 viste en analyse af risikokorrelaterne, at IgG3-bindende antistoffer mod scaffolded-V1V2-rekombinant protein korrelerede omvendt med infektionsraten, mens Env-bindende plasma-IgA korrelerede direkte med infektionshastigheden (Haynes, Gilbert et al. 2012). Flere beviser tyder på, at vaccineinducerede antistoffer genkender konformationelle epitoper i det stilladserede V1V2-reagens, som har vist sig at påvise konformationelle V1V2-antistoffer (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). Resultaterne af en analyse af gennembrudsvira fra patienter i RV144-forsøget var i overensstemmelse med immuntrykket fokuseret på aminosyremønstre i og flankerende V1V2-regionen af ​​HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Denne region tjener kritiske funktioner, såsom at deltage i CD4-receptor- og kemokin-receptorbinding, binding til α4β7-integrin (Nawaz, Cicala et al. 2011) og tjene som bindingssted for neutraliserende antistoffer (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat et al. 2009, Changela, Wu et al. 2011, McLellan, Pancera et al. 2011). Søgningen efter et immunogen, der er i stand til at inducere brede krydsbeskyttende og langvarige neutraliserende/funktionelle antistoffer, forbliver imidlertid vanskelig og kritisk (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Under langt de fleste naturlige HIV-infektioner er det antistofrespons, der udvikles, "for lidt, for sent" - forekommende ca. 12 uger fra den første eksponering, hvilket er efter, at viral ekspansion har fundet sted (McMichael, Borrow et al. 2010). Nylige data tyder også på, at heteroseksuel overførsel under normale omstændigheder er en relativt sjælden begivenhed, og at der er et lille "vindue af muligheder" - i størrelsesordenen af ​​dage - hvor det måske er muligt at stoppe etableringen af ​​en latent infektion. En ideel vaccine ville prime et meget tidligt og bredt antistofrespons rettet mod flere neutraliserende epitoper til effektiv kontrol af tidlig viral replikation. Imidlertid opstår bnAbs typisk kun hos kun 1 % af kronisk inficerede forsøgspersoner, det tager flere år at udvikle sig, udviser exceptionelle niveauer af somatisk hypermutation, har usædvanligt lange CDR3-regioner og udviser signifikant glycan-binding, egenskaber, der ikke induceres af nuværende vaccinekandidater. Fremkaldelse af bredt neutraliserende antistoffer (bnAbs) mod HIV-1 er således både et problem med immunogendesign og human immunrespons.

På trods af betydelige fremskridt med at identificere bredt neutraliserende antistoffer i et meget lille antal inficerede individer og detaljeret karakterisering af deres beslægtede epitoper, har forsøg på at designe passende immunogener, der inducerer HIV-specifikke bredt neutraliserende antistoffer, hidtil mislykkedes. Faktisk vil næste generations vacciner sandsynligvis være kritisk afhængig af opdagelsen af ​​nye immunogener, der er i stand til at fremkalde beskyttende responser hos mennesker. Dette er imidlertid begrænset af den nuværende mangel på forståelse for, hvordan immunogener inducerer beskyttende antistofresponser, deres genbrug, deres modningsveje og faktorer, der letter bredde og styrke. Mens dyreforsøg har spillet en vigtig rolle i at forstå patogenesen af ​​HIV og relaterede retrovira, er de ret begrænsede, når det kommer til modellering af humane immuniseringsundersøgelser på grund af forskelle i immunogenetik og artsspecificitet. Fremkomsten af ​​teknologiske fremskridt, der undersøger menneskets immunrespons på enkeltcelle- og molekylært niveau, giver nu de nødvendige værktøjer til at se ud over prækliniske modeller for at løse disse problemer. Faktisk er et stærkt argument for øgede og forbedrede tidlige kliniske undersøgelser hos mennesker (i stedet for den i øjeblikket langvarige proces med forudgående omfattende dyreforsøg), at dyr, herunder ikke-menneskelige primater (NHP), muligvis ikke nøjagtigt rekapitulerer kimlinjeengagement af B-celler, hvilket kunne være kritisk for vacciner designet til at inducere HIV-1-kappe (Env) bnAbs. For at løse dette er der nu generelt enighed om, at hurtige, iterative, små, eksperimentelle tidlige humane vaccineundersøgelser er nødvendige for at udvælge og forfine de bedste tilgange til immunogendesign. En sådan tilgang ville muliggøre hurtig udvælgelse af de mest lovende vaccinestrategier på et tidligt stadium og derved reducere risikoen for fejl i mere avanceret fase af klinisk udvikling. Imidlertid betyder omkostningerne og de lange tidslinjer forbundet med fremstillingen af ​​rekombinante proteiner, at det ikke er muligt at teste flere iterationer af HIV-1-kappestrukturer. I modsætning hertil tilbyder DNA-vacciner en hurtig og gennemførlig tilgang til screening af flere immunogener i humane forsøg baseret på let fremstilling og reducerede omkostninger.

Selvom tidlige tilgange til DNA-vaccination ikke kunne inducere signifikante antistofresponser hos mennesker, har nyere forsøg vist, at DNA-vacciner kan inducere neutraliserende antistoffer mod en række vira (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) og påviselige antistofresponser på HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Forskellige strategier kan nu anvendes til at forbedre og forøge immunogeniciteten af ​​DNA-vacciner, herunder: promotorselektion og kodonoptimering; anvendelse af elektroporation (EP); indgivelsesvejen (intramuskulær (IM) eller intradermal (ID)); og anvendelsen af ​​molekylære adjuvanser såsom IL-12 (Sardesai og Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). Den yderligere fordel, som manglen på anti-vektor immunitet associeret med andre leveringsplatforme (virale vektorer) giver mulighed for serieimmuniseringer med multiple DNA-afledte immunogener. I denne sammenhæng tilbyder DNA-vaccination potentialet til at give målrettet kimlinie-priming, der kritisk kan omdirigere antistofreaktioner efter proteinforøgelse (Schittek og Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Ydermere ville manglen på vektorimmunitet tillade anvendelsen af ​​en række DNA-kodede immunogener til at engagere kimlinje B-celler og lede dem mod genkendelse af bnAb-epitoper før amplifikation ved proteinforstærkning. Selvom multidosis-DNA-vaccination måske ikke repræsenterer en praktisk tilgang til en profylaktisk massevaccinationskampagne, kan dens potentiale til at inducere antistofrespons gøre det til et vigtigt klinisk forskningsværktøj til immunogenopdagelse og -forfining hos mennesker. Den virkelige kraft af en sådan tilgang kan først nu realiseres fuldt ud gennem udvikling af avancerede værktøjer til overvågning af immunresponsudvikling på enkeltcelle- og molekylært niveau. Her giver evnen til at klone Ab-gener fra individuelle reagerende humane B-celler muligheden for at skaffe ny indsigt i specificiteten og funktionaliteten af ​​udviklende Ab-repertoirer, mens næste generations sekventeringstilgange (NGS) letter evolutionær undersøgelse af responser på det klonotypiske niveau. Dette projekt søger at anvende disse værktøjer til proof of concept (POC) undersøgelser med det formål at demonstrere, at DNA-vaccination kan være et værdifuldt værktøj til systematisk at undersøge udviklende Ab-repertoirer hos mennesker.