Optimalisatie van DNA-vaccinaties bij gezonde vrijwilligers (DNAVAC001)

Het is algemeen aanvaard dat een wereldwijd effectief hiv-1-vaccin waarschijnlijk bnAbs tegen hiv-1 zal moeten induceren. De voorgestelde studie is gebaseerd op de erkenning van het potentiële strategische belang van het uitvoeren van iteratieve studies bij kleine mensen om de ontdekking van HIV-1-immunogenen te versnellen, waarbij DNA-vaccins de snelste en meest kosteneffectieve benadering bieden voor snelle screening van meerdere immunogenen. Deze studie heeft tot doel DNA-immunisatie te gebruiken als een platform om de ontdekking van HIV-1-immunogenen die bnAbs bij mensen kunnen induceren, te versnellen.

Om dit doel te bereiken, tracht deze studie recente geavanceerde technologische vooruitgang in DNA-vaccinatie en immuunmonitoring toe te passen, zowel op het niveau van een enkele cel als op moleculair niveau, om gedetailleerd onderzoek naar de ontwikkeling van vaccin-geïnduceerde antilichaamresponsen mogelijk te maken. In dit opzicht vertegenwoordigt het de eerste poging bij mensen om een ​​DNA-vaccinbenadering te gebruiken om de ontwikkeling en focus van B-celreacties op vaccinatie te onderzoeken. Mocht deze aanpak succesvol zijn, dan zal dit een belangrijke nieuwe strategie bieden voor het snel uitvoeren van systematisch klinisch onderzoek bij mensen, gericht op het dichter brengen van het HIV-1-vaccinveld bij het bereiken van de hoofddoelstelling van identificatie van immunogenen en vaccinstrategieën die nodig zijn voor de inductie van bnAbs bij mensen. .

Eind 2012 leefden naar schatting 35,3 miljoen mensen wereldwijd met hiv, 17% meer dan in 2001. Dit weerspiegelt het aanhoudend grote aantal nieuwe hiv-infecties en een aanzienlijke uitbreiding van de toegang tot antiretrovirale therapie, wat heeft bijgedragen aan het terugdringen van aan aids gerelateerde sterfgevallen, vooral in recentere jaren (UNAIDS-rapport over de wereldwijde aids-epidemie 2013. Genève 2013). Het merendeel van de nieuwe hiv-infecties komt nog steeds voor in Afrika bezuiden de Sahara. Er is dringend behoefte aan versterking en opschaling van bestaande en nieuwe preventiemethoden zoals hiv-testen en -counseling, gedragsinterventies, condoomgebruik, behandeling van seksueel overdraagbare aandoeningen, schadebeperking, besnijdenis van mannen (Wamai, Morris et al. 2011) en antiretrovirale geneesmiddelen voor preventie (Granich, Gupta et al. 2011). Nieuwe preventiestrategieën om de epidemie te beheersen en nieuwe infecties te voorkomen, waaronder profylaxe vóór blootstelling (Kim, Becker et al. 2010), antivirale behandeling voor preventie (Granich, Lo et al. 2011), lokale microbiciden (Krakower en Mayer 2011), en HIV-preventieve vaccins moeten worden onderzocht en hun toegang moet worden gegarandeerd. De ontwikkeling van een effectief preventief vaccin tegen hiv-1 blijft echter een van de beste verwachtingen voor het beheersen van de hiv/aids-pandemie (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Gegevens van een recent op de gemeenschap gebaseerd werkzaamheidsonderzoek in Thailand (RV144) waarbij een vaccinatieregime werd getest dat bestaat uit priming met de kanariepokkenvector ALVAC-HIV, het tot expressie brengen van de gag-, pro- en env-genen van HIV en boosting met recombinant AIDSVAX B/E HIV Env-eiwit toonden een bescheiden vaccinbescherming tegen HIV-acquisitie. De werkzaamheid van het vaccin nam in het eerste jaar na vaccinatie af van 60% één jaar na de eerste vaccinatie tot 31,2% na 3,5 jaar na de eerste vaccinatie. ). Het regime verminderde de hiv-virale belasting niet bij ontvangers van het vaccin die hiv hadden opgelopen. CD8-T-celresponsen waren bij weinig ontvangers van het vaccin, terwijl bij de meerderheid van hen bindende antilichamen werden gedetecteerd, met zeer beperkte detecteerbare neutraliserende antilichaamresponsen tegen HIV. Deze resultaten suggereren dat krachtigere vaccins nodig zijn om significante en duurzame bescherming te bieden tegen HIV-acquisitie en om virale replicatie te beheersen.

Neutraliserende antilichamen tegen circulerende isolaten worden voornamelijk geïnduceerd door HIV Env en zouden mogelijk steriliserende immuniteit tegen HIV kunnen verlenen, zoals gesuggereerd door niet-menselijke primaat SHIV challenge studies (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet en Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Bovendien toont een recent onderzoek naar niet-menselijke primaten (NHP) aan dat SIV (Simian Immunodeficiency Virus) Env-antigeen essentieel was om bescherming te bieden tegen SIV-challenge en dat SIV Env-specifieke bindende niet-neutraliserende antilichamen een rol speelden bij deze bescherming (Barouch, Liu et al. 2012). Eerdere onderzoeken met monomeer AIDSVAX gp120 toonden geen werkzaamheid in fase III-onderzoeken (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Dit falen is een groot nadeel geweest voor op Env gebaseerde hiv-vaccins, aangezien de huidige immunogenen slechts een zeer beperkte bescherming bieden tegen hiv-stammen die nauw verwant zijn aan het vaccinantigeen (Zhang en Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). In RV144 toonde een analyse van de correlaten van risico aan dat IgG3-bindende antilichamen tegen scaffolded-V1V2 recombinant eiwit omgekeerd correleerden met het infectiepercentage, terwijl Env-bindend plasma-IgA direct correleerde met het infectiepercentage (Haynes, Gilbert et al. 2012). Verschillende bewijslijnen suggereren dat vaccin-geïnduceerde antilichamen conformationele epitopen herkennen in het scaffolded V1V2-reagens, waarvan is aangetoond dat het conformationele V1V2-antilichamen detecteert (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). De resultaten van een analyse van doorbraakvirussen van patiënten in de RV144-studie kwamen overeen met immuundruk gericht op aminozuurpatronen in en flankerend het V1V2-gebied van HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Deze regio heeft kritieke functies, zoals deelname aan CD4-receptor- en chemokine-receptorbinding, binding aan α4β7-integrine (Nawaz, Cicala et al. 2011) en dienen als de bindingsplaats van neutraliserende antilichamen (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat et al. 2009, Changela, Wu et al. 2011, McLellan, Pancera et al. 2011). De zoektocht naar een immunogeen dat brede kruisbeschermende en langdurige neutraliserende/functionele antilichamen kan induceren, blijft echter moeilijk en cruciaal (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Tijdens de overgrote meerderheid van natuurlijke hiv-infecties is de antilichaamrespons die zich ontwikkelt "te weinig, te laat" - ongeveer 12 weken na de eerste blootstelling, dus nadat de virale expansie heeft plaatsgevonden (McMichael, Borrow et al. 2010). Recente gegevens suggereren ook dat onder normale omstandigheden heteroseksuele overdracht een relatief zeldzame gebeurtenis is en dat er een kleine "window of opportunity" is - in de orde van dagen - waarin het mogelijk zou kunnen zijn om het ontstaan ​​van een latente infectie te stoppen. Een ideaal vaccin zou een zeer vroege en brede antilichaamrespons opwekken die gericht is op meerdere neutraliserende epitopen voor effectieve controle van vroege virale replicatie. BnAbs ontstaan ​​echter doorgaans slechts bij slechts 1% van de chronisch geïnfecteerde proefpersonen, hebben meerdere jaren nodig om zich te ontwikkelen, vertonen uitzonderlijke niveaus van somatische hypermutatie, hebben ongewoon lange CDR3-regio's en vertonen significante glycanbinding, eigenschappen die niet worden veroorzaakt door de huidige kandidaat-vaccins. Het opwekken van breed neutraliserende antilichamen (bnAbs) tegen HIV-1 is dus zowel een probleem van Immunogen Design als Human Immune Responsiveness.

Ondanks significante vooruitgang bij het identificeren van breed neutraliserende antilichamen in een zeer klein aantal geïnfecteerde individuen, en gedetailleerde karakterisering van hun verwante epitopen, zijn pogingen om geschikte immunogenen te ontwerpen die HIV-specifieke breed neutraliserende antilichamen induceren tot nu toe mislukt. Het is waarschijnlijk dat de volgende generatie vaccins in kritieke mate afhankelijk zal zijn van de ontdekking van nieuwe immunogenen die in staat zijn om beschermende reacties bij mensen op te wekken. Dit wordt echter beperkt door het huidige gebrek aan begrip over hoe immunogenen beschermende antilichaamreacties induceren, hun gengebruik, hun rijpingsroutes en factoren die breedte en potentie vergemakkelijken. Hoewel dierstudies een belangrijke rol hebben gespeeld bij het begrijpen van de pathogenese van HIV en verwante retrovirussen, zijn ze vrij beperkt als het gaat om het modelleren van menselijke immunisatiestudies vanwege verschillen in immunogenetica en soortspecificiteit. De komst van technologische vooruitgang die de menselijke immuunrespons op het niveau van een enkele cel en op moleculair niveau onderzoekt, biedt nu de nodige hulpmiddelen om verder te kijken dan preklinische modellen om deze problemen op te lossen. Een sterk argument voor toegenomen en verbeterde vroege klinische studies bij mensen (in plaats van het momenteel langdurige proces van voorafgaande uitgebreide dierproeven) is inderdaad dat dieren, inclusief niet-menselijke primaten (NHP), mogelijk niet nauwkeurig de kiembaanbinding van B-cellen recapituleren, wat van cruciaal belang zou kunnen zijn voor vaccins die zijn ontworpen om hiv-1-envelop (Env) bnAbs te induceren. Om dit op te lossen, is men het er nu algemeen over eens dat snelle, iteratieve, kleine, experimentele vroege menselijke vaccinstudies nodig zijn om de beste benaderingen voor het ontwerpen van immunogenen te selecteren en te verfijnen. Een dergelijke aanpak zou een snelle selectie van de meest veelbelovende vaccinstrategieën in een vroeg stadium mogelijk maken, waardoor het risico op falen in een meer gevorderde fase van klinische ontwikkeling wordt verminderd. Door de kosten en de lange tijdlijnen die gepaard gaan met de vervaardiging van recombinante eiwitten, is het echter niet haalbaar om meerdere iteraties van hiv-1-envelopstructuren te testen. DNA-vaccins bieden daarentegen een snelle en haalbare aanpak voor het screenen van meerdere immunogenen in proeven bij mensen op basis van gemakkelijke vervaardiging en lagere kosten.

Hoewel vroege benaderingen van DNA-vaccinatie geen significante antilichaamresponsen bij mensen opwekten, hebben recentere onderzoeken aangetoond dat DNA-vaccins neutraliserende antilichamen tegen een aantal virussen kunnen induceren (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) en detecteerbare antilichaamresponsen op HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Er kunnen nu verschillende strategieën worden gebruikt om de immunogeniciteit van DNA-vaccins te verbeteren en te vergroten, waaronder: promotorselectie en codonoptimalisatie; het gebruik van elektroporatie (EP); de toedieningsweg (intramusculair (IM) of intradermaal (ID)); en het gebruik van moleculaire adjuvantia zoals IL-12 (Sardesai en Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). Het extra voordeel dat wordt geboden door het ontbreken van immuniteit tegen vectoren geassocieerd met andere afleveringsplatforms (virale vectoren) biedt de mogelijkheid voor seriële immunisaties met meerdere van DNA afgeleide immunogenen. In deze context biedt DNA-vaccinatie de mogelijkheid om gerichte kiembaanpriming te bieden die antilichaamreacties kritisch kan ombuigen na eiwitboost (Schittek en Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Verder zou het ontbreken van vectorimmuniteit het gebruik mogelijk maken van een reeks van DNA-gecodeerde immunogenen om B-cellen in de kiemlijn te betrekken en ze te sturen naar herkenning van bnAb-epitopen voorafgaand aan amplificatie door eiwitboost. Hoewel DNA-vaccinatie met meerdere doses mogelijk geen praktische benadering is van een profylactische massale vaccinatiecampagne, kan het potentieel om antilichaamrespons op te wekken het tot een belangrijk klinisch onderzoeksinstrument maken voor de ontdekking en verfijning van immunogenen bij mensen. De echte kracht van een dergelijke aanpak kan nu pas volledig worden gerealiseerd door de ontwikkeling van geavanceerde hulpmiddelen voor het volgen van de evolutie van de immuunrespons op het niveau van een enkele cel en op moleculair niveau. Hier biedt het vermogen om Ab-genen van individuele reagerende menselijke B-cellen te klonen de mogelijkheid om nieuwe inzichten te verwerven in de specificiteit en functionaliteit van evoluerende Ab-repertoires, terwijl benaderingen van de volgende generatie sequencing (NGS) evolutionaire studie van reacties op het clonotypische niveau vergemakkelijken. Dit project probeert deze tools toe te passen op proof of concept (POC)-studies om aan te tonen dat DNA-vaccinatie een waardevol hulpmiddel kan zijn om op systematische wijze evoluerende Ab-repertoires bij mensen te onderzoeken.