Optimierung von DNA-Impfungen bei gesunden Freiwilligen (DNAVAC001)

Es ist allgemein anerkannt, dass ein global wirksamer HIV-1-Impfstoff wahrscheinlich bnAbs gegen HIV-1 induzieren muss. Die vorgeschlagene Studie basiert auf der Erkenntnis der potenziellen strategischen Bedeutung der Durchführung iterativer kleiner Humanstudien zur Beschleunigung der Entdeckung von HIV-1-Immunogenen, bei denen DNA-Impfstoffe den schnellsten und kostengünstigsten Ansatz für ein schnelles Screening mehrerer Immunogene bieten. Diese Studie zielt darauf ab, die DNA-Immunisierung als Plattform zu nutzen, um die Entdeckung von HIV-1-Immunogenen zu beschleunigen, die in der Lage sind, bnAbs beim Menschen zu induzieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, versucht diese Studie, die neuesten technologischen Fortschritte in der DNA-Impfung und Immunüberwachung sowohl auf Einzelzell- als auch auf molekularer Ebene anzuwenden, um eine detaillierte Untersuchung der sich entwickelnden impfstoffinduzierten Antikörperreaktionen zu ermöglichen. In dieser Hinsicht stellt es den ersten Versuch beim Menschen dar, einen DNA-Vakzine-Ansatz zu verwenden, um die Entwicklung und Fokussierung von B-Zell-Antworten auf eine Impfung zu untersuchen. Sollte dieser Ansatz erfolgreich sein, wird er eine wichtige neue Strategie für die schnelle Durchführung systematischer klinischer Forschungsstudien am Menschen bieten, die darauf abzielen, das Gebiet der HIV-1-Impfstoffe näher an das Hauptziel der Identifizierung von Immunogenen und Impfstoffstrategien zu bringen, die für die Induktion von bnAbs beim Menschen erforderlich sind .

Ende 2012 lebten weltweit schätzungsweise 35,3 Millionen Menschen mit HIV, 17 % mehr als 2001. Dies spiegelt die anhaltend große Zahl neuer HIV-Infektionen und eine deutliche Ausweitung des Zugangs zu antiretroviralen Therapien wider, die dazu beigetragen haben, die AIDS-bedingten Todesfälle zu reduzieren, insbesondere in den letzten Jahren (UNAIDS Report on the global AIDS epidemic 2013. Genf 2013). Die Mehrheit der HIV-Neuinfektionen tritt weiterhin in Subsahara-Afrika auf. Es besteht ein dringender Bedarf, bestehende und neue Präventionsmethoden wie HIV-Tests und -Beratung, Verhaltensinterventionen, Kondomgebrauch, Behandlung sexuell übertragbarer Krankheiten, Schadensminderung, männliche Beschneidung (Wamai, Morris et al. 2011) und antiretrovirale Medikamente zur Prävention (Granich, Gupta et al. 2011). Neue Präventionsstrategien zur Kontrolle der Epidemie und zur Verhinderung neuer Infektionen, einschließlich Präexpositionsprophylaxe (Kim, Becker et al. 2010), antivirale Behandlung zur Prävention (Granich, Lo et al. 2011), topische Mikrobizide (Krakower und Mayer 2011), und vorbeugende HIV-Impfstoffe müssen erforscht und ihr Zugang sichergestellt werden. Die Entwicklung eines wirksamen präventiven Impfstoffs gegen HIV-1 bleibt jedoch eine der größten Hoffnungen zur Bekämpfung der HIV/AIDS-Pandemie (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Daten aus einer kürzlich durchgeführten gemeinschaftsbasierten Wirksamkeitsstudie in Thailand (RV144), in der ein Impfschema getestet wurde, das aus einer Grundimmunisierung mit dem Kanarienpockenvektor ALVAC-HIV, der Expression von HIV-gag-, -pro- und -env-Genen und einer Auffrischung mit rekombinantem AIDSVAX B/E-HIV-Env-Protein besteht gezeigt bescheidenen Impfschutz gegen HIV-Erkrankung. Die Wirksamkeit des Impfstoffs verringerte sich im ersten Jahr nach der Impfung von 60 % nach einem Jahr auf 31,2 % nach 3,5 Jahren nach der ersten Impfung, was darauf hindeutet, dass der Schutz mit HIV-spezifischen Antikörpern zusammenhängen könnte, die mit der Zeit nachlassen (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009 ). Das Regime verringerte die HIV-Viruslast bei Impfstoffempfängern, die sich mit HIV infiziert hatten, nicht. CD8-T-Zell-Antworten traten bei wenigen Impfstoffempfängern auf, während bindende Antikörper bei der Mehrzahl von ihnen nachgewiesen wurden, mit sehr begrenzten nachweisbaren neutralisierenden Antikörperantworten auf HIV. Diese Ergebnisse legen nahe, dass wirksamere Impfstoffe benötigt werden, um einen signifikanten und anhaltenden Schutz gegen eine HIV-Akquisition bereitzustellen sowie um die virale Replikation zu kontrollieren.

Neutralisierende Antikörper gegen zirkulierende Isolate werden hauptsächlich durch HIV-Env induziert und könnten möglicherweise eine sterilisierende Immunität gegen HIV verleihen, wie von nichtmenschlichen Primaten-SHIV-Challenge-Studien nahegelegt (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet und Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Darüber hinaus zeigt eine kürzlich durchgeführte Studie über nichtmenschliche Primaten (NHP), dass das Env-Antigen von SIV (Simian Immunodeficiency Virus) wesentlich war, um Schutz gegen eine SIV-Herausforderung zu verleihen, und dass SIV-Env-spezifische bindende, nicht neutralisierende Antikörper eine Rolle bei diesem Schutz spielten (Barouch, Liu et al. 2012). Frühere Studien mit monomerem AIDSVAX gp120 zeigten keine Wirksamkeit in Phase-III-Studien (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Dieses Versagen war ein großer Nachteil für Env-basierte HIV-Impfstoffe, da aktuelle Immunogene nur einen sehr geringen Schutz gegen HIV-Stämme bieten, die eng mit dem Impfstoffantigen verwandt sind (Zhang und Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). Bei RV144 zeigte eine Analyse der Risikokorrelate, dass IgG3-bindende Antikörper gegen das rekombinante V1V2-Gerüstprotein umgekehrt mit der Infektionsrate korrelierten, während Env-bindendes Plasma-IgA direkt mit der Infektionsrate korrelierte (Haynes, Gilbert et al. 2012). Mehrere Beweislinien deuten darauf hin, dass Impfstoff-induzierte Antikörper Konformationsepitope im V1V2-Gerüst erkennen, das nachweislich Konformations-V1V2-Antikörper erkennt (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). Die Ergebnisse einer Analyse von Durchbruchviren von Patienten in der RV144-Studie stimmten mit einem Immundruck überein, der sich auf Aminosäuremuster in und flankierend zur V1V2-Region von HIV-1-Env konzentrierte (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Diese Region dient kritischen Funktionen, wie der Teilnahme an der CD4-Rezeptor- und Chemokinrezeptor-Bindung, der Bindung an α4β7-Integrin (Nawaz, Cicala et al. 2011) und als Bindungsstelle für neutralisierende Antikörper (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat ua 2009, Changela, Wu ua 2011, McLellan, Pancera ua 2011). Die Suche nach einem Immunogen, das breite kreuzprotektive und lang anhaltende neutralisierende/funktionale Antikörper induzieren kann, bleibt jedoch schwierig und kritisch (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Bei der überwiegenden Mehrheit der natürlichen HIV-Infektionen entwickelt sich die Antikörperantwort „zu wenig, zu spät“ – sie tritt etwa 12 Wochen nach der ersten Exposition auf, also nachdem die Virusausbreitung stattgefunden hat (McMichael, Borrow et al. 2010). Jüngste Daten deuten auch darauf hin, dass die heterosexuelle Übertragung unter normalen Umständen ein relativ seltenes Ereignis ist und dass es ein kleines „Zeitfenster“ – in der Größenordnung von Tagen – gibt, in dem es möglich sein könnte, die Etablierung einer latenten Infektion zu stoppen. Ein idealer Impfstoff würde eine sehr frühe und breite Antikörperantwort hervorrufen, die auf mehrere neutralisierende Epitope abzielt, um die frühe virale Replikation wirksam zu kontrollieren. Allerdings treten bnAbs in der Regel nur bei 1 % der chronisch infizierten Personen auf, brauchen mehrere Jahre, um sich zu entwickeln, weisen außergewöhnliche somatische Hypermutationen auf, haben ungewöhnlich lange CDR3-Regionen und weisen eine signifikante Glykanbindung auf, Eigenschaften, die von aktuellen Impfstoffkandidaten nicht induziert werden. Somit ist die Herbeiführung von breit neutralisierenden Antikörpern (bnAbs) gegen HIV-1 sowohl ein Problem des Immunogendesigns als auch der menschlichen Immunantwort.

Trotz erheblicher Fortschritte bei der Identifizierung breit neutralisierender Antikörper bei einer sehr kleinen Anzahl infizierter Personen und der detaillierten Charakterisierung ihrer verwandten Epitope sind Versuche, geeignete Immunogene zu entwerfen, die HIV-spezifische breit neutralisierende Antikörper induzieren, bisher gescheitert. Tatsächlich werden Impfstoffe der nächsten Generation wahrscheinlich entscheidend von der Entdeckung neuer Immunogene abhängen, die in der Lage sind, Schutzreaktionen beim Menschen hervorzurufen. Dies wird jedoch durch das derzeitige Unverständnis darüber, wie Immunogene schützende Antikörperreaktionen induzieren, ihre Genverwendung, ihre Reifungswege und Faktoren, die Breite und Wirksamkeit erleichtern, eingeschränkt. Während Tierversuche eine wichtige Rolle beim Verständnis der Pathogenese von HIV und verwandten Retroviren gespielt haben, sind sie aufgrund von Unterschieden in der Immungenetik und Artspezifität bei der Modellierung menschlicher Immunisierungsstudien recht begrenzt. Das Aufkommen technologischer Fortschritte, die die menschliche Immunantwort auf Einzelzell- und molekularer Ebene untersuchen, bietet nun die notwendigen Werkzeuge, um über vorklinische Modelle hinauszublicken und diese Probleme zu lösen. Tatsächlich ist ein starkes Argument für verstärkte und verbesserte frühe klinische Studien am Menschen (anstelle des derzeit langwierigen Prozesses vorheriger umfassender Tierversuche), dass Tiere, einschließlich nichtmenschlicher Primaten (NHP), die Keimbahnbeteiligung von B-Zellen möglicherweise nicht genau rekapitulieren. was für Impfstoffe entscheidend sein könnte, die zur Induktion von HIV-1-Hülle (Env) bnAbs entwickelt wurden. Um dieses Problem zu lösen, ist man sich heute allgemein einig, dass schnelle, iterative, kleine, experimentelle frühe Impfstoffstudien am Menschen erforderlich sind, um die besten Ansätze für das Immunogendesign auszuwählen und zu verfeinern. Ein solcher Ansatz würde eine schnelle Auswahl der vielversprechendsten Impfstoffstrategien in einem frühen Stadium ermöglichen und dadurch das Risiko eines Scheiterns in der fortgeschritteneren Phase der klinischen Entwicklung verringern. Die mit der Herstellung rekombinanter Proteine ​​verbundenen Kosten und langwierigen Zeitpläne bedeuten jedoch, dass es nicht möglich ist, mehrere Iterationen von HIV-1-Hüllstrukturen zu testen. Im Gegensatz dazu bieten DNA-Impfstoffe einen schnellen und durchführbaren Ansatz zum Screenen mehrerer Immunogene in Studien am Menschen, basierend auf einer einfachen Herstellung und reduzierten Kosten.

Obwohl frühe Ansätze zur DNA-Impfung keine signifikanten Antikörperreaktionen beim Menschen hervorrufen konnten, haben neuere Studien gezeigt, dass DNA-Impfstoffe neutralisierende Antikörper gegen eine Reihe von Viren induzieren können (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) und nachweisbare Antikörperantworten auf HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Verschiedene Strategien können nun verwendet werden, um die Immunogenität von DNA-Impfstoffen zu verbessern und zu steigern, einschließlich: Promotorauswahl und Codon-Optimierung; die Verwendung von Elektroporation (EP); der Verabreichungsweg (intramuskulär (IM) oder intradermal (ID)); und die Verwendung von molekularen Hilfsstoffen wie IL-12 (Sardesai und Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). Der zusätzliche Vorteil, der durch das Fehlen einer Anti-Vektor-Immunität in Verbindung mit anderen Abgabeplattformen (virale Vektoren) bereitgestellt wird, bietet die Möglichkeit für serielle Immunisierungen mit mehreren von DNA stammenden Immunogenen. In diesem Zusammenhang bietet die DNA-Impfung das Potenzial, ein gezieltes Priming der Keimbahn bereitzustellen, das die Antikörperantworten nach Proteinverstärkung entscheidend umlenken kann (Schittek und Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Darüber hinaus würde das Fehlen einer Vektorimmunität die Verwendung einer Reihe von DNA-codierten Immunogenen ermöglichen, um Keimbahn-B-Zellen anzugreifen und sie zur Erkennung von bnAb-Epitopen vor der Amplifikation durch Proteinverstärkung zu lenken. Während die Mehrfachdosis-DNA-Impfung möglicherweise keinen praktischen Ansatz für eine prophylaktische Massenimpfkampagne darstellt, kann ihr Potenzial, eine Antikörperreaktion zu induzieren, sie zu einem wichtigen klinischen Forschungsinstrument für die Entdeckung und Verfeinerung von Immunogenen beim Menschen machen. Die wahre Stärke eines solchen Ansatzes kann erst jetzt durch die Entwicklung fortschrittlicher Werkzeuge zur Überwachung der Entwicklung der Immunantwort auf Einzelzell- und molekularer Ebene voll ausgeschöpft werden. Hier bietet die Möglichkeit, Ab-Gene aus individuell reagierenden menschlichen B-Zellen zu klonieren, die Möglichkeit, neue Einblicke in die Spezifität und Funktionalität sich entwickelnder Ab-Repertoires zu gewinnen, während Ansätze der Sequenzierung der nächsten Generation (NGS) die evolutionäre Untersuchung von Antworten auf klonotypischer Ebene erleichtern. Dieses Projekt versucht, diese Werkzeuge auf Proof-of-Concept (POC)-Studien anzuwenden, die zeigen sollen, dass die DNA-Impfung ein wertvolles Werkzeug sein kann, um sich entwickelnde Ab-Repertoires beim Menschen systematisch zu untersuchen.