De effecten van GLA op menselijke vrijwilligers

Vaccins tegen infectieziekten hebben een belangrijke rol gespeeld bij de verbetering van de menselijke gezondheid en blijven een pijler van moderne volksgezondheidsstrategieën. Toch blijven ernstige levensbedreigende infecties, waaronder HIV, malaria en tuberculose, een wereldwijd probleem en blijven pandemische ziekten zoals griep het menselijk leven bedreigen. Ook wordt er nu gestreefd naar vaccins op het gebied van kankerpreventie en -behandeling. Een fundamentele barrière die effectieve vaccins voor veel ziekten heeft verhinderd, is dat conventionele op eiwitten gebaseerde vaccins niet de kritische vereiste van T-cel-gemedieerde immuniteit opwekken. Een benadering voor het genereren van een verbeterde T-celrespons op een vaccin was het identificeren van nieuwe eiwitdoelkandidaten. Deze benadering heeft niet geresulteerd in significante vooruitgang in de ontwikkeling van vaccins. We zijn geïnteresseerd in een nieuwe aanpak die specifieke immuunstimulantia, of adjuvantia, combineert met een vaccindoelwit om de gewenste T-cel immuunrespons te optimaliseren en te verbeteren. De ontwikkeling en studie van nieuwe adjuvantia zoals GLA zal ons in staat stellen ons onderzoek naar op dendritische cellen gerichte vaccins voort te zetten, wat zal leiden tot verbeterde vaccins voor veel verschillende ziekten.

Toll-Like Receptor (TLR) Achtergrond De TLR's zijn type 1 transmembraanreceptoren die een leucine-rijk herhalingsdomein (LRR) delen in de extracellulaire lus en een Toll/IL-1 receptor (TIR) ​​homologiedomein in de intracellulaire staart. Het belang van TLR's voor verdediging en immuniteit werd voor het eerst onderkend in Drosophila, die vatbaar werd voor schimmelinfecties na genetische deletie van de tolgenen. Homologen van zoogdieren werden snel geïdentificeerd na het gebruik van een muizenstam waarvan bekend was dat deze zeer gevoelig was voor Gram-negatieve infecties en hyporeagerend was voor lipopolysaccharide (LPS). Deze muizen bleken een mutatieverandering op het TLR4-gen te hebben, waardoor het niet-functioneel werd en deze ontdekking bevestigde het bestaan ​​en het belang van de Toll-eiwitten bij zoogdieren. Muizen met genetische deleties van TLR4 toonden het belang aan van TLR voor bacteriële infecties en leverden duidelijk bewijs dat TLR4 specifiek was voor Gram-negatieve infecties. Momenteel zijn er 10 functionele TLR's bij mensen ontdekt en uitgebreid onderzoek heeft een aantal van pathogenen afgeleide agonisten voor specifieke TLR's geïdentificeerd. Het is algemeen aanvaard dat de TLR werkt door geconserveerde structuren van een organisme of pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP's) te herkennen. Het is duidelijk dat deze aangeboren receptoren cruciaal zijn om een ​​microbieel letsel te overleven, aangezien ze een eerste verdedigingslinie bieden die niet afhankelijk is van het genereren van een specifieke T-cel- en B-celrespons, een proces dat weken kan duren. Ondanks hun duidelijke rol in aangeboren immuniteit, stapelt het bewijs zich op dat TLR-stimulatie een krachtige invloed heeft op de ontwikkeling van door T- en B-cellen gemedieerde immuniteit door de activering en rijping van dendritische cellen (DC). Deze kennis heeft geleid tot de ontwikkeling van TLR-gebaseerde vaccinadjuvantia die DC activeren en laten rijpen.

Overzicht van monocyten en dendritische cellen Dendritische cellen (DC) maken deel uit van het aangeboren en adaptieve immuunsysteem en bevinden zich op gastheer-microbiële interfaces, waaronder de oppervlakken van de darm, de longen en in de huid. Deze cellen onderzoeken constant hun omgeving op zoek naar microbiële pathogenen door de expressie van verschillende families van patroonherkenningsreceptoren (PRR), waaronder de Toll-like receptoren (TLR). Onrijpe DC zijn bijzonder efficiënt in de opname en verwerking van antigeen, terwijl geactiveerde DC volwassen worden en krachtige antigeenpresenterende cellen worden voor T-lymfocyten. Belangrijk is dat onrijpe DC het potentieel hebben om immuuntolerantie te induceren door antigeenspecifieke T-cellen te verwijderen, wat resulteert in geen immuunrespons. Geactiveerde DC sturen echter de immuunrespons door de afgifte van bepaalde cytokines. Verschillende initiële stimuli zullen DC beïnvloeden om CD4+ T-cellen aan te drijven om te differentiëren langs zeer uiteenlopende functionele paden, waaronder Th1, Th2, Th17 en Treg. Daarom zijn DC van cruciaal belang voor de juiste aangeboren verdediging van de gastheer en voor het orkestreren van een adaptieve reactie. Gezien hun cruciale rol in de afweer van de gastheer, zijn DC relatief zeldzame cellen die zich in een stabiele toestand onafhankelijk van andere bloedcellen ontwikkelen. Het verbeteren en sturen van de functie en hoeveelheid DC zal zowel de afweer van de gastheer als de vaccinwetenschap ten goede komen. Het Steinman-laboratorium is een pionier in een nieuwe vaccinatiemethode door het antigeen van belang specifiek op de DC-populatie te richten. DC-gerichte vaccins zijn veelbelovend gebleken in diermodellen en een DC-gericht HIV-vaccin is onlangs voor het eerst aan mensen toegediend.

Monocyten zijn een meer overvloedig celtype dat goed is voor ongeveer 10% van de bloedleukocyten bij mensen en 4% bij muizen. Monocyten zijn perifere bloedeffectorcellen die deelnemen aan de afweer van de gastheer en zijn efficiënte wegvangende cellen. Ze dienen als voorlopers van weefselmacrofagen. Bij mensen zijn 3 subsets van monocyten voorgesteld op basis van celoppervlakexpressie van CD14 en CD16, terwijl er 2 subsets bestaan ​​bij muizen en worden gemarkeerd door CD115 en Ly6C. De rol van deze subsets tijdens aangeboren immuniteit vereist nader onderzoek. Er zijn aanwijzingen dat monocyten kunnen worden geïnduceerd om te differentiëren tot DC, maar definitief in vivo bewijs hiervoor ontbrak voorheen. Recent werk in het Steinman-lab heeft aangetoond dat in vivo authentieke DC snel kan worden gedifferentieerd en gemobiliseerd uit de grotere monocytenpool in tijden van acute ontsteking en infectie. Deze snelle herplaatsing kon worden veroorzaakt door gramnegatieve bacteriën of LPS en was volledig afhankelijk van TLR4. Evenzo kunnen menselijke monocyten worden geïnduceerd om te differentiëren tot DC, maar het begrip van dit proces is beperkt tot in vitro celkweek met grote hiaten in ons begrip van in vivo van menselijke monocyten afgeleide DC. Voorlopige gegevens suggereren dat GLA-toediening bij muizen, zoals LPS, de monocytenpool kan mobiliseren om Mo-DC te worden. Het is niet bekend of menselijke monocyten in vivo de DC-populatie snel uitbreiden na toediening van TLR4-adjuvans GLA. Het begrijpen van de mechanismen van deze herplaatsing zal ons begrip vergroten van hoe we snel kunnen uitbreiden en het nut van DC kunnen benutten met behulp van adjuvantia. Uiteindelijk verwachten we dat adjuvans-specifieke DC-responsen de T-celimmuniteit zullen verbeteren en de effectiviteit van het vaccin zullen verbeteren.

Rationale voor het onderzoeken van een adjuvans in isolatie De standaardadjuvansproef bestaat uit het adjuvans dat wordt onderzocht in combinatie met een bekend vergund vaccin, maar niet geïsoleerd. Zoals eerder beschreven, hopen we echter dat GLA een belangrijk adjuvans kan worden van ons op DC gerichte hiv-vaccin dat momenteel in ontwikkeling is. De DC vertegenwoordigt de krachtigste antigeenpresenterende cel en het specifiek richten op een antigeen van belang voor deze cel genereert verbeterde immuunresponsen. Er zijn echter belangrijke overwegingen bij het richten van antigeen op DC. Onrijpe niet-gestimuleerde DC die een antigeen tegenkomen, hebben het vermogen om antigeenspecifieke T-cellen te verwijderen, waardoor tolerantie wordt veroorzaakt en alleen een DC-gericht antigeenvaccin kan immuuntolerantie veroorzaken. Daarentegen zijn DC die volwassen zijn geworden in staat krachtige effector-T-celreacties op het beoogde antigeen te induceren. DC kan worden geactiveerd door TLR-stimulatie en daarom zou het combineren van TLR-gestimuleerde DC-rijping met een DC-gericht antigeen resulteren in optimale T-cel-gemedieerde immuniteit. In theorie zou het DC-gerichte vaccin nooit kunnen worden gegeven zonder een DC-rijpend adjuvans en de specifieke effecten en acties van GLA zouden niet bekend zijn tenzij het eerst afzonderlijk werd bestudeerd. Om een ​​eventuele DC-gerichte HIV-vaccinstudie met een adjuvans te plannen, zal het ook van cruciaal belang zijn om de temporele immuuneffecten van geïsoleerde GLA te kennen.

Achtergrondinformatie over GLA GLA is een nieuw volledig synthetisch lipide A-molecuul (actieve component van natuurlijk LPS) dat 6 acylketens combineert met een enkele fosforyleringsplaats. Het voordeel van dit LPS-achtige molecuul is dat het niet wordt gezuiverd uit een bacteriële bron, waardoor een homogene oplossing mogelijk wordt die alleen moleculen met 6 acylketens bevat. Dit is belangrijk omdat 6 acylketens resulteren in maximale TLR4-activering, terwijl lipide A-moleculen met 5 of 7 acylketens 100 keer minder actief zijn en 4 acylketens immuno-remmend zijn. MPL is een bestaand TLR4-vaccinadjuvans dat is afgeleid van salmonella-LPS en een heterogeen mengsel van 3, 4, 5 en 6 geacyleerde moleculen vertegenwoordigt. MPL induceert een effectieve humorale antilichaamrespons tijdens vaccinatie, maar genereert geen CD4 T-cel-immuniteit, waardoor het een ongewenst adjuvans is voor veel op eiwitten gebaseerde vaccins. In diermodellen verbetert GLA toegevoegd aan het Fluzone-vaccin de humorale en cellulaire immuniteit tegen griep. GLA is bij mensen getest op veiligheid in combinatie met een griepvaccin, maar de individuele effecten ervan zijn niet onderzocht. Met name de geïsoleerde effecten op cytokine, chemokine en genregulatie bij mensen zijn niet bekend en subgroepen van monocyten zijn niet eerder onderzocht.

De optimale formulering en toedieningsweg zijn niet bekend; daarom zal een belangrijk onderdeel van dit onderzoek het bepalen van een veilige en aanvaardbare formulering en route zijn. GLA is aan mensen toegediend in combinatie met het Fluzone-vaccin, variërend in doses van 0,5 μg tot 5 μg intramusculair; het is echter niet geïsoleerd getest en alleen de olie-in-water-stabiele emulsie (GLA-SE) werd gebruikt. Fluzone is een reactogeen vaccin en dosisbeperkende toxiciteit trad op bij 3 van de 4 patiënten die Fluzone + hoge dosis GLA-SE (5 μg) kregen, maar er werd een goed veiligheidsprofiel waargenomen tussen 0,5-2,5 μg. De stabiele emulsie (SE) bevat squaleen en werd gebruikt bij 2% (vol:vol). We zullen dit percentage blijven gebruiken in onze GLA-SE formulering. Vervolgens is een tweede formulering van GLA ontwikkeld om de noodzaak van een emulsie te vermijden; GLA-AF is waterig en zou theoretisch een verminderd bijwerkingenprofiel en minder reactogeniciteit moeten hebben dan GLA-SE. We zijn van plan om de twee formuleringen van GLA afzonderlijk te vergelijken; GLA-SE (stabiele emulsie) en GLA-AF (waterige formulering). GLA-AF is nooit aan mensen toegediend en daarom vertegenwoordigt deze versie een eerste proef bij mensen. Om veiligheidsredenen moeten GLA-AF-injecties een dag uit elkaar liggen en aangezien het niet mogelijk zal zijn om te weten wie GLA-AF zal krijgen, injecteren we de eerste negen proefpersonen in elk cohort met een tussenpoos van één dag. Vanwege de complexiteit van het aantal groepen in deze studie, zullen we elke route opeenvolgend inschrijven en voltooien als een cohort. Het subcutane cohort zal de eerste groep zijn die wordt gescreend, ingeschreven, gerandomiseerd en geïnjecteerd, gevolgd door intramusculair.

Samenvatting Deze studie zal een fase 1, gerandomiseerde, placebogecontroleerde, dubbelblinde klinische studie zijn om GLA-formulering en toedieningsroute bij mensen te vergelijken. Veiligheid en verdraagbaarheid van de verschillende formuleringen (GLA-SE vs. GLA-AF) en routes (SC, IM, ID) zullen de primaire focus zijn. Onze tweede focus zal zijn om de globale immuunrespons in detail te beschrijven door het meten van systemische cytokines, chemokines en globale genregulatie. De derde focus zal zijn om de effecten van GLA op de immuuncellen van het perifere bloed, waaronder monocyten en dendritische cellen, te onderzoeken. Deze studie zal first-in-human data over GLA-AF toevoegen en de geïsoleerde effecten van GLA op het aangeboren immuunsysteem in detail beschrijven. De resultaten van deze studie zullen de basis leggen voor een echte adjuvante studie met GLA + antigeen en uiteindelijk om GLA te gebruiken als adjuvans voor ons DC-gerichte vaccin bij mensen.