Ottimizzazione delle vaccinazioni del DNA in volontari sani (DNAVAC001)

È generalmente accettato che un vaccino contro l'HIV-1 efficace a livello globale dovrà probabilmente indurre bnAbs contro l'HIV-1. Lo studio proposto si basa sul riconoscimento della potenziale importanza strategica dell'esecuzione di piccoli studi umani iterativi per accelerare la scoperta dell'immunogeno dell'HIV-1, in cui i vaccini a DNA offrono l'approccio più rapido ed economico per lo screening rapido di più immunogeni. Questo studio mira a sfruttare l'immunizzazione del DNA come piattaforma per accelerare la scoperta di immunogeni dell'HIV-1 in grado di indurre bnAbs negli esseri umani.

Per raggiungere questo obiettivo, questo studio cerca di applicare i recenti progressi tecnologici all'avanguardia nella vaccinazione del DNA e nel monitoraggio immunitario, sia a livello di singola cellula che molecolare, per consentire un sondaggio dettagliato dello sviluppo di risposte anticorpali indotte dal vaccino. A questo proposito rappresenta il primo tentativo nell'uomo di utilizzare un approccio di vaccino a DNA per studiare lo sviluppo e la messa a fuoco delle risposte delle cellule B alla vaccinazione. Se questo approccio avrà successo, fornirà una nuova importante strategia per condurre rapidamente studi sistematici di ricerca clinica negli esseri umani volti ad avvicinare il campo del vaccino HIV-1 al raggiungimento dell'obiettivo chiave dell'identificazione degli immunogeni e delle strategie vaccinali necessarie per l'induzione di bnAbs negli esseri umani .

Alla fine del 2012, circa 35,3 milioni di persone vivevano con l'HIV in tutto il mondo, con un aumento del 17% rispetto al 2001. Ciò riflette il continuo numero elevato di nuove infezioni da HIV e una significativa espansione dell'accesso alla terapia antiretrovirale, che ha contribuito a ridurre i decessi correlati all'AIDS, soprattutto negli anni più recenti (UNAIDS Report on the global AIDS epidemic 2013. Ginevra 2013). La maggior parte delle nuove infezioni da HIV continua a verificarsi nell'Africa subsahariana. C'è un urgente bisogno di rafforzare e potenziare metodi di prevenzione esistenti e nuovi come test HIV e consulenza, interventi comportamentali, uso del preservativo, trattamento delle malattie sessualmente trasmissibili, riduzione del danno, circoncisione maschile (Wamai, Morris et al. 2011) e farmaci antiretrovirali per la prevenzione (Granich, Gupta et al. 2011). Nuove strategie di prevenzione per controllare l'epidemia e prevenire nuove infezioni, compresa la profilassi pre-esposizione (Kim, Becker et al. 2010), trattamento antivirale per la prevenzione (Granich, Lo et al. 2011), microbicidi topici (Krakower e Mayer 2011), e occorre esplorare i vaccini preventivi contro l'HIV e garantirne l'accesso. Tuttavia lo sviluppo di un efficace vaccino preventivo contro l'HIV-1 rimane tra le migliori speranze per controllare la pandemia di HIV/AIDS (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Dati di un recente studio di efficacia su base comunitaria in Tailandia (RV144) che testa un regime di vaccinazione che consiste nel priming con il vettore del vaiolo canarino ALVAC-HIV, che esprime i geni HIV gag, pro e env e il potenziamento con la proteina ricombinante AIDSVAX B/E HIV Env dimostrato una modesta protezione vaccinale contro l'acquisizione dell'HIV. L'efficacia del vaccino è diminuita durante il primo anno dopo la vaccinazione dal 60% a un anno al 31,2% a 3,5 anni dopo la prima vaccinazione, suggerendo che la protezione può essere correlata agli anticorpi specifici per l'HIV che diminuiscono nel tempo (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009 ). Il regime non ha diminuito la carica virale dell'HIV nei destinatari del vaccino che hanno contratto l'HIV. Le risposte delle cellule T CD8 si sono verificate in pochi destinatari del vaccino, mentre gli anticorpi leganti sono stati rilevati nella maggior parte di essi, con risposte anticorpali neutralizzanti rilevabili molto limitate all'HIV. Questi risultati suggeriscono che sono necessari vaccini più potenti per fornire una protezione significativa e sostenuta contro l'acquisizione dell'HIV e per controllare la replicazione virale.

Gli anticorpi neutralizzanti contro gli isolati circolanti sono indotti principalmente dall'HIV Env e potrebbero potenzialmente conferire immunità sterilizzante contro l'HIV, come suggerito da studi di provocazione SHIV su primati non umani (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet e Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Inoltre, un recente studio sui primati non umani (NHP) dimostra che l'antigene SIV (Simian Immunodeficiency Virus) Env era essenziale per conferire protezione contro la sfida SIV e che gli anticorpi non neutralizzanti leganti specifici per SIV Env hanno svolto un ruolo in questa protezione (Barouch, Liu et al., 2012). Studi precedenti che utilizzavano AIDSVAX gp120 monomerico non hanno mostrato efficacia in studi di fase III (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Questo fallimento è stato un grave svantaggio per i vaccini HIV basati su Env, poiché gli attuali immunogeni offrono solo una protezione molto limitata contro i ceppi di HIV che sono strettamente correlati all'antigene del vaccino (Zhang e Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). In RV144, un'analisi dei correlati di rischio ha mostrato che gli anticorpi leganti IgG3 alla proteina ricombinante V1V2 scaffolded erano inversamente correlati al tasso di infezione, mentre le IgA plasmatiche leganti Env erano direttamente correlate al tasso di infezione (Haynes, Gilbert et al. 2012). Diverse linee di evidenza suggeriscono che gli anticorpi indotti dal vaccino riconoscono gli epitopi conformazionali nel reagente V1V2 scaffolded, che ha dimostrato di rilevare gli anticorpi V1V2 conformazionali (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). I risultati di un'analisi dei virus rivoluzionari dei pazienti nello studio RV144 erano coerenti con la pressione immunitaria focalizzata sui modelli di aminoacidi all'interno e ai lati della regione V1V2 dell'HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Questa regione svolge funzioni critiche, come partecipare al legame del recettore CD4 e del recettore delle chemochine, legarsi all'integrina α4β7 (Nawaz, Cicala et al. 2011) e fungere da sito di legame degli anticorpi neutralizzanti (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat e altri 2009, Changela, Wu e altri 2011, McLellan, Pancera e altri 2011). Tuttavia, la ricerca di un immunogeno in grado di indurre anticorpi neutralizzanti/funzionali ad ampia protezione incrociata e di lunga durata rimane difficile e critica (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Durante la stragrande maggioranza delle infezioni naturali da HIV, la risposta anticorpale che si sviluppa è "troppo scarsa, troppo tardi" - si verifica circa 12 settimane dall'esposizione iniziale, ovvero dopo che si è verificata l'espansione virale (McMichael, Borrow et al. 2010). Dati recenti suggeriscono anche che in circostanze normali la trasmissione eterosessuale è un evento relativamente raro e che esiste una piccola "finestra di opportunità" - nell'ordine di giorni - durante la quale potrebbe essere possibile fermare l'instaurarsi di un'infezione latente. Un vaccino ideale innescherebbe una risposta anticorpale molto precoce e ampia mirata a più epitopi neutralizzanti per un controllo efficace della replicazione virale precoce. Tuttavia, i bnAb in genere si presentano solo nell'1% dei soggetti con infezione cronica, impiegano diversi anni per svilupparsi, mostrano livelli eccezionali di ipermutazione somatica, hanno regioni CDR3 insolitamente lunghe e mostrano proprietà significative di legame con i glicani, non indotte dagli attuali candidati al vaccino. Pertanto, l'attivazione di anticorpi ampiamente neutralizzanti (bnAbs) contro l'HIV-1 è sia un problema di progettazione dell'immunogeno che di risposta immunitaria umana.

Nonostante i progressi significativi nell'identificazione di anticorpi ampiamente neutralizzanti in un numero molto ridotto di individui infetti e la caratterizzazione dettagliata dei loro epitopi affini, finora i tentativi di progettare immunogeni appropriati che inducono anticorpi ampiamente neutralizzanti specifici per l'HIV sono falliti. In effetti, è probabile che i vaccini di prossima generazione dipendano in modo critico dalla scoperta di nuovi immunogeni in grado di suscitare risposte protettive negli esseri umani. Tuttavia, ciò è limitato dall'attuale mancanza di comprensione su come gli immunogeni inducano risposte anticorpali protettive, il loro utilizzo dei geni, i loro percorsi di maturazione e i fattori che facilitano l'ampiezza e la potenza. Sebbene gli studi sugli animali abbiano svolto un ruolo importante nella comprensione della patogenesi dell'HIV e dei relativi retrovirus, sono piuttosto limitati quando si tratta di modellare gli studi di immunizzazione umana a causa delle differenze nell'immunogenetica e nella specificità delle specie. L'avvento dei progressi tecnologici che sondano la risposta immunitaria umana a livello di singola cellula e molecolare ora fornisce gli strumenti necessari per guardare oltre i modelli preclinici per risolvere questi problemi. In effetti, un forte argomento per aumentare e migliorare i primi studi clinici sugli esseri umani (invece del processo attualmente lungo di precedenti estesi test sugli animali) è che gli animali, compresi i primati non umani (NHP), potrebbero non ricapitolare accuratamente l'impegno della linea germinale delle cellule B, che potrebbe essere fondamentale per i vaccini progettati per indurre l'involucro dell'HIV-1 (Env) bnAbs. Per risolvere questo problema, è ormai generalmente accettato che siano necessari studi sui primi vaccini umani rapidi, iterativi, piccoli e sperimentali per selezionare e perfezionare i migliori approcci alla progettazione dell'immunogeno. Un tale approccio consentirebbe una rapida selezione delle strategie vaccinali più promettenti in una fase iniziale, riducendo così il rischio di fallimento nella fase più avanzata dello sviluppo clinico. Tuttavia, il costo e le lunghe tempistiche associate alla produzione di proteine ​​ricombinanti significano che non è possibile testare più iterazioni delle strutture dell'involucro dell'HIV-1. Al contrario, i vaccini a DNA offrono un approccio rapido e fattibile per lo screening di più immunogeni nelle sperimentazioni umane basato sulla facilità di produzione e sui costi ridotti.

Sebbene i primi approcci alla vaccinazione a DNA non siano riusciti a indurre risposte anticorpali significative negli esseri umani, studi più recenti hanno dimostrato che i vaccini a DNA possono indurre anticorpi neutralizzanti contro una serie di virus (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al., 2011, Ledgerwood, Hu et al., 2012) e risposte anticorpali rilevabili all'HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al., 2007). Varie strategie possono ora essere utilizzate per migliorare e aumentare l'immunogenicità dei vaccini a DNA, tra cui: selezione del promotore e ottimizzazione del codone; l'uso dell'elettroporazione (EP); la via di somministrazione (intramuscolare (IM) o intradermica (ID)); e l'uso di coadiuvanti molecolari come IL-12 (Sardesai e Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). Il vantaggio aggiuntivo fornito dalla mancanza di immunità anti-vettore associata ad altre piattaforme di somministrazione (vettori virali) offre l'opportunità di immunizzazioni seriali con più immunogeni derivati ​​dal DNA. In questo contesto la vaccinazione del DNA offre il potenziale per fornire un priming mirato della linea germinale che può reindirizzare in modo critico le risposte anticorpali al potenziamento delle proteine ​​(Schittek e Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Inoltre, la mancanza di immunità al vettore consentirebbe l'uso di una serie di immunogeni codificati dal DNA per coinvolgere le cellule B della linea germinale e indirizzarle verso il riconoscimento degli epitopi bnAb prima dell'amplificazione mediante potenziamento proteico. Mentre la vaccinazione a DNA a dose multipla potrebbe non rappresentare un approccio pratico a una campagna di vaccinazione profilattica di massa, il suo potenziale di indurre la risposta anticorpale potrebbe renderla un importante strumento di ricerca clinica per la scoperta e il perfezionamento dell'immunogeno nell'uomo. Il vero potere di un tale approccio può essere pienamente realizzato solo ora attraverso lo sviluppo di strumenti avanzati per il monitoraggio dell'evoluzione della risposta immunitaria a livello di singola cellula e molecolare. Qui la capacità di clonare i geni Ab da singole cellule B umane che rispondono offre l'opportunità di raccogliere nuove informazioni sulla specificità e sulla funzionalità dei repertori Ab in evoluzione, mentre gli approcci di sequenziamento di nuova generazione (NGS) facilitano lo studio evolutivo delle risposte a livello clonotipico. Questo progetto cerca di applicare questi strumenti a studi POC (proof of concept) volti a dimostrare che la vaccinazione del DNA può fornire uno strumento prezioso per sondare sistematicamente i repertori Ab in evoluzione negli esseri umani.