DNA-rokotusten optimointi terveillä vapaaehtoisilla (DNAVAC001)

On yleisesti hyväksyttyä, että maailmanlaajuisesti tehokkaan HIV-1-rokotteen on todennäköisesti indusoitava bnAb:t HIV-1:tä vastaan. Ehdotettu tutkimus perustuu iteratiivisten pienten ihmistutkimusten mahdollisen strategisen merkityksen tunnustamiseen HIV-1-immunogeenien löytämisen nopeuttamiseksi. DNA-rokotteet tarjoavat nopeimman ja kustannustehokkaimman menetelmän useiden immunogeenien nopeaan seulomiseen. Tämän tutkimuksen tavoitteena on hyödyntää DNA-immunisaatiota alustana nopeuttamaan sellaisten HIV-1-immunogeenien löytämistä, jotka kykenevät indusoimaan bnAb:itä ihmisissä.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi tässä tutkimuksessa pyritään soveltamaan viimeaikaista teknologista edistystä DNA-rokotuksissa ja immuunijärjestelmän seurannassa sekä yksisolu- että molekyylitasolla, jotta rokotteen indusoimien vasta-ainevasteiden kehittyminen olisi mahdollista yksityiskohtaisesti. Tässä suhteessa se edustaa ensimmäistä yritystä ihmisillä käyttää DNA-rokotelähestymistapaa tutkimaan B-soluvasteiden kehittymistä ja keskittymistä rokotuksiin. Jos tämä lähestymistapa onnistuu, se tarjoaa tärkeän uuden strategian järjestelmällisten kliinisten tutkimusten nopealle suorittamiselle ihmisillä, joilla pyritään siirtämään HIV-1-rokotealaa lähemmäksi keskeistä tavoitetta eli immunogeenien tunnistamista ja rokotestrategioita, joita tarvitaan bnAb:iden induktioon ihmisissä. .

Vuoden 2012 lopussa maailmanlaajuisesti arviolta 35,3 miljoonalla HIV-tartunnalla oli 17 % enemmän kuin vuonna 2001. Tämä kuvastaa uusien HIV-tartuntojen jatkuvaa suurta määrää ja antiretroviraalisen hoidon saatavuuden merkittävää lisääntymistä, mikä on auttanut vähentämään AIDSiin liittyviä kuolemia etenkin viime vuosina (UNAIDS-raportti maailmanlaajuisesta AIDS-epidemiasta 2013. Geneve 2013). Suurin osa uusista HIV-tartunnoista esiintyy edelleen Saharan eteläpuolisessa Afrikassa. On kiireesti vahvistettava ja laajennettava olemassa olevia ja uusia ehkäisymenetelmiä, kuten HIV-testaus ja -neuvonta, käyttäytymistoimenpiteet, kondomin käyttö, sukupuolitautien hoito, haittojen vähentäminen, miesten ympärileikkaus (Wamai, Morris ym. 2011) ja antiretroviraaliset lääkkeet ennaltaehkäisyyn (Granich, Gupta et al. 2011). Uudet ehkäisystrategiat epidemian hallitsemiseksi ja uusien infektioiden ehkäisemiseksi, mukaan lukien altistumista edeltävä profylaksi (Kim, Becker ym. 2010), viruslääkitys ennaltaehkäisyyn (Granich, Lo et al. 2011), paikalliset mikrobisidit (Krakower ja Mayer 2011), ja HIV:tä ehkäiseviä rokotteita on tutkittava ja niiden saatavuus on varmistettava. Tehokkaan ehkäisevän rokotteen kehittäminen HIV-1:tä vastaan ​​on kuitenkin edelleen yksi parhaista toiveista HIV/AIDS-pandemian hallinnassa (Kim, Rerks-Ngarm ym. 2010, Koff 2010).

Tiedot äskettäin tehdystä yhteisöpohjaisesta tehokkuustutkimuksesta Thaimaassa (RV144), jossa testattiin rokotusohjelmaa, joka koostuu kanarianpox-vektorin ALVAC-HIV-pohjustuksesta, HIV gag-, pro- ja env-geenien ilmentämisestä ja tehostehoidosta rekombinantilla AIDSVAX B/E HIV Env -proteiinilla. osoitti vaatimattoman rokotussuojan HIV:n saamista vastaan. Rokotteen teho heikkeni ensimmäisen vuoden aikana rokotuksen jälkeisenä 60 prosentista 31,2 prosenttiin 3,5 vuoden kuluttua ensimmäisestä rokotuksesta, mikä viittaa siihen, että suoja saattaa liittyä HIV-spesifisten vasta-aineiden vähenemiseen ajan myötä (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009). ). Hoito-ohjelma ei vähentänyt HIV-viruskuormaa rokotteen saajilla, jotka ovat saaneet HIV:n. CD8-T-soluvasteet olivat muutamilla rokotteen saajilla, kun taas sitoutuvia vasta-aineita havaittiin suurimmassa osassa heistä, ja hyvin rajallisesti havaittavissa olevia neutraloivia vasta-ainevasteita HIV:lle. Nämä tulokset viittaavat siihen, että tarvitaan tehokkaampia rokotteita merkittävän ja jatkuvan suojan tarjoamiseksi HIV-tartuntaa vastaan ​​sekä viruksen replikaation hallintaan.

Neutraloivia vasta-aineita kiertäviä isolaatteja vastaan ​​indusoi pääasiassa HIV Env, ja ne voivat mahdollisesti antaa steriloivan immuniteetin HIV:tä vastaan, kuten kädellisten SHIV-altistustutkimukset viittaavat (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet ja Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Lisäksi äskettäinen Non Human Primates (NHP) -tutkimus osoittaa, että SIV (Simian Immunodeficiency Virus) Env-antigeeni oli välttämätön suojan antamiseksi SIV-altistusta vastaan ​​ja että SIV:n Env-spesifiset sitovat ei-neutralisoivat vasta-aineet vaikuttivat suojaukseen (Barouch, Liu). et al. 2012). Aiemmat kokeet, joissa käytettiin monomeerista AIDSVAX gp120:aa, eivät osoittaneet tehoa vaiheen III kokeissa (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Tämä epäonnistuminen on ollut suuri haitta Env-pohjaisille HIV-rokotteille, koska nykyiset immunogeenit tarjoavat vain hyvin kapea-alaisen suojan HIV-kantoja vastaan, jotka ovat läheistä sukua rokotteen antigeenille (Zhang ja Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). RV144:ssä riskin korrelaattien analyysi osoitti, että IgG3:a sitovat vasta-aineet scaffolded-V1V2-rekombinanttiproteiinia vastaan ​​korreloivat käänteisesti infektionopeuden kanssa, kun taas Env:tä sitova plasman IgA korreloi suoraan infektionopeuden kanssa (Haynes, Gilbert et al. 2012). Useat todisteet viittaavat siihen, että rokotteen indusoimat vasta-aineet tunnistavat konformaatioepitooppeja telineessä olevasta V1V2-reagenssista, jonka on osoitettu havaitsevan konformationaalisia V1V2-vasta-aineita (Pinter, Honnen et ai. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). RV144-tutkimuksen potilaiden läpimurtovirusten analyysin tulokset olivat yhdenmukaisia ​​HIV-1 Env:n V1V2-alueen aminohappomalleihin keskittyneen immuunipaineen kanssa (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Tämä alue palvelee kriittisiä toimintoja, kuten osallistuminen CD4-reseptoriin ja kemokiinireseptoriin, sitoutuminen α4β7-integriiniin (Nawaz, Cicala et al. 2011) ja toimii neutraloivien vasta-aineiden sitoutumiskohtana (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat et ai. 2009, Changela, Wu ym. 2011, McLellan, Pancera ym. 2011). Kuitenkin sellaisen immunogeenin etsiminen, joka pystyy indusoimaan laajoja ristiinsuojaavia ja pitkäkestoisia neutraloivia/toiminnallisia vasta-aineita, on edelleen vaikeaa ja kriittistä (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Suurimman osan luonnollisista HIV-infektioista kehittyvä vasta-ainevaste on "liian vähän, liian myöhään" - se tapahtuu noin 12 viikon kuluttua ensimmäisestä altistumisesta eli viruksen leviämisen jälkeen (McMichael, Borrow et al. 2010). Viimeaikaiset tiedot viittaavat myös siihen, että normaalioloissa heteroseksuaalinen tartunta on suhteellisen harvinainen tapahtuma ja että on olemassa pieni "mahdollisuuksien ikkuna" - päivien luokkaa -, jonka aikana piilevän tartunnan muodostuminen saattaa olla mahdollista pysäyttää. Ihanteellinen rokote pohjustaisi hyvin varhaisen ja laajan vasta-ainevasteen, joka kohdistuu useisiin neutraloiviin epitooppeihin viruksen varhaisen replikaation tehokkaan hallinnan varmistamiseksi. Kuitenkin bnAb:ita esiintyy tyypillisesti vain 1 %:lla kroonisesti infektoituneista potilaista, niiden kehittyminen kestää useita vuosia, niillä on poikkeuksellisen pitkät somaattiset hypermutaatiot, niillä on epätavallisen pitkät CDR3-alueet ja niillä on merkittävää glykaaniin sitoutumista, joita nykyiset rokoteehdokkaat eivät indusoi. Siten laajasti neutraloivien vasta-aineiden (bnAb:t) saaminen esiin HIV-1:tä vastaan ​​on sekä immunogeenisuunnittelun että ihmisen immuunivasteen ongelma.

Huolimatta merkittävästä edistyksestä laajasti neutraloivien vasta-aineiden tunnistamisessa hyvin pienessä määrässä infektoituneita yksilöitä ja niiden sukulaisepitooppien yksityiskohtaisessa karakterisoinnissa, yritykset suunnitella sopivia immunogeenejä, jotka indusoivat HIV-spesifisiä laajasti neutraloivia vasta-aineita, ovat toistaiseksi epäonnistuneet. Itse asiassa seuraavan sukupolven rokotteet ovat todennäköisesti kriittisesti riippuvaisia ​​uusien immunogeenien löytämisestä, jotka pystyvät saamaan aikaan suojaavia vasteita ihmisissä. Tätä rajoittaa kuitenkin nykyinen ymmärryksen puute siitä, kuinka immunogeenit indusoivat suojaavia vasta-ainevasteita, niiden geenien käyttöä, niiden kypsymisreittejä ja tekijöitä, jotka helpottavat leveyttä ja tehoa. Vaikka eläinkokeilla on ollut tärkeä rooli HIV:n ja siihen liittyvien retrovirusten patogeneesin ymmärtämisessä, ne ovat melko rajallisia ihmisen immunisaatiotutkimusten mallintamisessa immunogeneettisten erojen ja lajispesifisyyden vuoksi. Teknologiset edistysaskeleet, jotka tutkivat ihmisen immuunivastetta yksittäissolu- ja molekyylitasolla, tarjoavat nyt tarvittavat työkalut esikliinisten mallien ulkopuolelle näiden ongelmien ratkaisemiseksi. Vahva argumentti ihmisillä tehtyjen varhaisten kliinisten tutkimusten lisääntymiselle ja parantamiselle (nykyisen pitkällisen aikaisempien laajojen eläinkokeiden sijaan) on todellakin se, että eläimet, mukaan lukien kädelliset (NHP), eivät välttämättä kuvaa tarkasti B-solujen sitoutumista iturajoon. mikä saattaa olla kriittistä rokotteille, jotka on suunniteltu indusoimaan HIV-1-vaippa (Env) bnAb:ita. Tämän ratkaisemiseksi on nykyään yleisesti sovittu, että tarvitaan nopeita, iteratiivisia, pieniä, kokeellisia varhaisia ​​ihmisrokotetutkimuksia, jotta voidaan valita ja jalostaa parhaita lähestymistapoja immunogeenien suunnitteluun. Tällainen lähestymistapa mahdollistaisi lupaavimpien rokotestrategioiden nopean valinnan varhaisessa vaiheessa, mikä vähentäisi epäonnistumisen riskiä edistyneemmässä vaiheessa kliinisessä kehityksessä. Rekombinanttiproteiinien valmistukseen liittyvät kustannukset ja pitkät aikajanat tarkoittavat kuitenkin, että HIV-1-vaipparakenteiden useiden iteraatioiden testaaminen ei ole mahdollista. Sitä vastoin DNA-rokotteet tarjoavat nopean ja käyttökelpoisen lähestymistavan useiden immunogeenien seulomiseen ihmiskokeissa perustuen valmistuksen helppouteen ja alennettuihin kustannuksiin.

Vaikka DNA-rokotuksen varhaiset lähestymistavat eivät onnistuneet indusoimaan merkittäviä vasta-ainevasteita ihmisissä, uudemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että DNA-rokotteet voivat indusoida neutraloivia vasta-aineita useita viruksia vastaan ​​(Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu ym. 2012) ja havaittavissa olevat vasta-ainevasteet HIV-1:lle (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Erilaisia ​​strategioita voidaan nyt käyttää parantamaan ja lisäämään DNA-rokotteiden immunogeenisyyttä, mukaan lukien: promoottorin valinta ja kodonin optimointi; elektroporaation (EP) käyttö; antoreitti (lihaksensisäinen (IM) tai intradermaalinen (ID)); ja molekyyliadjuvanttien, kuten IL-12:n, käyttö (Sardesai ja Weiner 2011, Yin, Dai et ai. 2011, Kopycinski, Cheeseman et ai. 2012). Lisäetu, jonka tarjoaa anti-vektoriimmuniteetin puute, joka liittyy muihin kuljetusalustoihin (virusvektorit), tarjoaa mahdollisuuden sarjaimmunisoinneille useilla DNA-peräisillä immunogeeneillä. Tässä yhteydessä DNA-rokotus tarjoaa mahdollisuuden tarjota kohdennettua ituradan esikäsittelyä, joka voi kriittisesti ohjata vasta-ainevasteita proteiinin tehostamiseen (Schittek ja Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Lisäksi vektorin immuniteetin puute mahdollistaisi DNA:n koodaamien immunogeenien sarjan käytön ituradan B-solujen kytkemiseksi ja niiden ohjaamiseksi kohti bnAb-epitooppien tunnistamista ennen monistusta proteiinitehosteella. Vaikka usean annoksen DNA-rokotus ei ehkä edusta käytännöllistä lähestymistapaa profylaktiseen joukkorokotuskampanjaan, sen potentiaali indusoida vasta-ainevastetta voi tehdä siitä tärkeän kliinisen tutkimustyökalun immunogeenien löytämiseksi ja parantamiseksi ihmisillä. Tällaisen lähestymistavan todellinen voima voidaan toteuttaa täysin vasta nyt kehittämällä kehittyneitä työkaluja immuunivasteen kehityksen seurantaan yksittäissolu- ja molekyylitasolla. Tässä kyky kloonata Ab-geenejä yksittäisistä reagoivista ihmisen B-soluista tarjoaa mahdollisuuden poimia uusia näkemyksiä kehittyvien Ab-repertuaarien spesifisyydestä ja toimivuudesta, kun taas seuraavan sukupolven sekvensointi (NGS) -lähestymistavat helpottavat vasteiden evoluutiotutkimusta klonotyyppitasolla. Tämä projekti pyrkii soveltamaan näitä työkaluja proof of concept (POC) -tutkimuksiin, joiden tarkoituksena on osoittaa, että DNA-rokotteet voivat tarjota arvokkaan työkalun ihmisten kehittyvien Ab-repertuaarien järjestelmälliseen tutkimiseen.