Effektene av GLA på menneskelige frivillige

Vaksiner mot infeksjonssykdommer har vært medvirkende til forbedring av menneskers helse og er fortsatt en bærebjelke i moderne folkehelsestrategier. Allikevel er alvorlige livstruende infeksjoner inkludert HIV, malaria og tuberkulose fortsatt et globalt problem, og pandemiske sykdommer som influensa fortsetter å true menneskers liv. I tillegg forfølges det nå vaksiner innen forebygging og behandling av kreft. En grunnleggende barriere som har forhindret effektive vaksiner for mange sykdommer er at konvensjonelle proteinbaserte vaksiner ikke fremkaller det kritiske kravet til T-cellemediert immunitet. En tilnærming til å generere en forbedret T-cellerespons på en vaksine har vært å identifisere nye proteinmålkandidater. Denne tilnærmingen har ikke resultert i betydelige fremskritt i vaksineutvikling. Vi er interessert i en ny tilnærming som kombinerer spesifikke immunstimulerende midler, eller adjuvanser, med et vaksinemål for å optimalisere og forbedre ønsket T-celle-immunrespons. Utviklingen og studiet av nye adjuvanser som GLA vil tillate oss å videreføre vår undersøkelse av dendrittiske cellemålrettede vaksiner som fører til forbedrede vaksiner for mange forskjellige sykdommer.

Toll-Like Receptor (TLR) Bakgrunn TLR-ene er type 1 transmembrane reseptorer som deler et leucinrikt repeterende domene (LRR) i den ekstracellulære sløyfen og et Toll/IL-1 reseptor (TIR) ​​homologidomene i den intracellulære halen. Betydningen av TLR-er for å være vert for forsvar og immunitet ble først verdsatt i Drosophila som ble mottakelig for soppinfeksjoner etter genetisk sletting av tollgenene. Pattedyrhomologer ble identifisert kort tid etter bruk av en musestamme som var velkjent for å være svært mottakelig for gramnegative infeksjoner og var hyporesponsive på lipopolysakkarid (LPS). Disse musene ble funnet å ha en mutasjonsendring på TLR4-genet, noe som gjør det ikke-funksjonelt, og denne oppdagelsen størknet eksistensen og viktigheten av Toll-proteinene hos pattedyr. Mus med genetiske slettinger av TLR4 demonstrerte betydningen av TLR for bakterielle infeksjoner og ga klare bevis på at TLR4 var spesifikt for gramnegative infeksjoner. For tiden er 10 funksjonelle TLR-er oppdaget hos mennesker, og omfattende forskning har identifisert en rekke patogenavledede agonister for spesifikke TLR-er. Det er generelt akseptert at TLRs funksjon ved å gjenkjenne konserverte strukturer av en organisme eller patogenassosierte molekylære mønstre (PAMPs). Det er klart at disse medfødte reseptorene er avgjørende for å overleve en mikrobiell fornærmelse, da de gir en første forsvarslinje som ikke er avhengig av å generere en spesifikk T-celle- og B-celle-respons, en prosess som kan ta uker. Til tross for deres klare rolle i medfødt immunitet, akkumuleres bevis for at TLR-stimulering har sterk innflytelse på utviklingen av T- og B-cellemediert immunitet gjennom aktivering og modning av dendritiske celler (DC). Denne kunnskapen har ført til utviklingen av TLR-baserte vaksineadjuvanser som aktiverer og modner DC.

Monocytt- og dendrittiske celleoversikt Dendrittiske celler (DC) er en del av det medfødte og adaptive immunsystemet og befinner seg ved vert-mikrobielle grensesnitt inkludert overflatene av tarm, lunge og i huden. Disse cellene undersøker hele tiden miljøet sitt på jakt etter mikrobielle patogener gjennom uttrykket av flere familier av mønstergjenkjenningsreseptorer (PRR) inkludert Toll-lignende reseptorer (TLR). Umodne DC er spesielt effektive i antigenopptak og prosessering, mens aktiverte DC modnes og blir potente antigenpresenterende celler for T-lymfocytter. Viktigere, umodne DC har potensial til å indusere immuntoleranse ved å slette antigenspesifikke T-celler, noe som resulterer i ingen immunrespons. Aktivert DC styrer imidlertid immunresponsen gjennom frigjøring av bestemte cytokiner. Ulike initiale stimuli vil påvirke DC til å drive CD4+ T-celler til å differensiere langs svært divergerende funksjonelle veier inkludert Th1, Th2, Th17 og Treg. Derfor er DC avgjørende for passende medfødt vertsforsvar så vel som for å orkestrere en adaptiv respons. Gitt deres sentrale rolle i vertsforsvar, er DC relativt sjeldne celler som, ved steady state, utvikler seg uavhengig av andre blodceller. Å forbedre og styre funksjonen og kvantiteten til DC vil gi fordeler for både vertsforsvar og vaksinevitenskap. Steinman-laboratoriet har vært banebrytende for en ny vaksinasjonsmetode ved å målrette antigenet av interesse spesifikt til DC-populasjonen. DC-målrettede vaksiner har vist lovende i dyremodeller, og en DC-målrettet HIV-vaksine har nylig blitt administrert til mennesker for første gang.

Monocytter er en mer rikelig celletype som utgjør omtrent 10 % av blodleukocyttene hos mennesker og 4 % hos mus. Monocytter er perifere blodeffektorceller som deltar i vertsforsvaret og er effektive renseceller. De tjener som forløpere til vevsmakrofager. Hos mennesker er 3 undergrupper av monocytter foreslått basert på celleoverflateekspresjon av CD14 og CD16, mens 2 undergrupper eksisterer i mus og er merket med CD115 og Ly6C. Rollen til disse undergruppene under medfødt immunitet krever ytterligere undersøkelser. Bevis tyder på at monocytter kan induseres til å differensiere til DC, men definitivt in vivo bevis på dette manglet tidligere. Nylig arbeid i Steinman-laboratoriet har vist at in vivo autentisk DC kan raskt differensieres og mobiliseres fra det større monocyttbassenget i tider med akutt betennelse og infeksjon. Denne raske omdistribueringen kunne induseres av enten gramnegative bakterier eller LPS og var helt avhengig av TLR4. På samme måte kan humane monocytter induseres til å differensiere til DC, men forståelsen av denne prosessen er begrenset til in vitro cellekultur med store hull i vår forståelse av in vivo human monocytt-avledet-DC. Foreløpige data tyder på at GLA-administrasjon i mus, som LPS, kan mobilisere monocyttbassenget til å bli Mo-DC. Det er ukjent om humane monocytter in vivo raskt utvider DC-populasjonen etter administrering av TLR4-adjuvans GLA. Å forstå mekanismene for denne re-distribusjonen vil fremme vår forståelse av hvordan vi raskt kan utvide og utnytte nytten av DC ved å bruke adjuvanser. Til syvende og sist forventer vi at adjuvansspesifikke DC-responser vil forbedre T-celleimmuniteten og øke vaksinens effektivitet.

Begrunnelse for å undersøke en adjuvans i isolasjon Standard adjuvansstudien består av adjuvansen som undersøkes kombinert med en kjent lisensiert vaksine, men ikke isolert. Som tidligere beskrevet håper vi imidlertid at GLA kan bli en viktig adjuvans for vår DC-målrettede HIV-vaksine som for tiden er under utvikling. DC representerer den mest potente antigenpresenterende cellen og spesifikt målretting mot et antigen av interesse for denne cellen genererer forbedrede immunresponser. Det er imidlertid viktige hensyn når man målretter antigen mot DC. Umoden ustimulert DC som møter et antigen har evnen til å slette antigenspesifikke T-celler og dermed forårsake toleranse og en DC-målrettet antigenvaksine alene kan forårsake immuntoleranse. I motsetning til DC som har modnet er i stand til å indusere potente effektor-T-celleresponser på det målrettede antigenet. DC kan aktiveres ved TLR-stimulering, og derfor vil en kombinasjon av TLR-stimulert DC-modning med et DC-målrettet antigen resultere i optimal T-cellemediert immunitet. I teorien kunne den DC-målrettede vaksinen aldri gis uten en DC-modningsadjuvans, og de spesifikke effektene og virkningene av GLA ville ikke være kjent med mindre den ble studert først isolert. For å planlegge en eventuell DC-målrettet HIV-vaksineforsøk med en adjuvans, vil det også være avgjørende å vite de tidsmessige immuneffektene av isolert GLA.

GLA Bakgrunnsinformasjon GLA er et nytt fullstendig syntetisk lipid A (aktiv komponent av naturlig LPS) molekyl som kombinerer 6 acylkjeder med et enkelt fosforyleringssted. Fordelen med dette LPS-lignende molekylet er at det ikke er renset fra en bakteriekilde og dermed tillater en homogen løsning som kun inneholder molekyler med 6 acylkjeder. Dette er viktig fordi 6 acylkjeder resulterer i maksimal TLR4-aktivering mens lipid A-molekyler med 5 eller 7 acylkjeder er 100 ganger mindre aktive og 4 acylkjeder er immunhemmende. MPL er en eksisterende TLR4-vaksineadjuvans som er avledet fra salmonella LPS og representerer en heterogen blanding av 3, 4, 5 og 6 acylerte molekyler. MPL induserer effektiv humoral antistoffrespons under vaksinasjon, men den genererer ikke CD4 T-celleimmunitet, noe som gjør den til en uønsket adjuvans for mange proteinbaserte vaksiner. I dyremodeller forbedrer GLA tilsatt Fluzone-vaksinen humoral og cellulær immunitet mot influensa. GLA har blitt testet på mennesker for sikkerhet i kombinasjon med en influensavaksine, men dens individuelle effekter er ikke studert. Spesielt de isolerte effektene på cytokin, kjemokin og genregulering hos mennesker er ikke kjent, og monocytter-undergrupper ble ikke tidligere undersøkt.

Den optimale formuleringen og administrasjonsmåten er ikke kjent; derfor vil en viktig del av denne undersøkelsen være å bestemme en sikker og tolererbar formulering og rute. GLA har blitt administrert til mennesker i kombinasjon med Fluzone-vaksinen i doser fra 0,5 μg til 5 μg intramuskulært; den har imidlertid ikke blitt testet isolert, og bare den olje-i-vann-stabile emulsjonen (GLA-SE) ble brukt. Fluzon er en reaktogen vaksine og dosebegrensende toksisitet oppstod hos 3 av 4 pasienter som fikk Fluzone + høy dose GLA-SE (5μg), men en god sikkerhetsprofil ble observert mellom 0,5-2,5μg. Den stabile emulsjonen (SE) inneholder squalen og ble brukt ved 2% (vol:vol). Vi vil fortsette å bruke denne prosentandelen i vår GLA-SE-formulering. En andre formulering av GLA har senere blitt utviklet for å unngå behovet for en emulsjon; GLA-AF er vandig og skal teoretisk ha redusert bivirkningsprofil og mindre reaktogenisitet enn GLA-SE. Vi planlegger å sammenligne de to formuleringene av GLA isolert; GLA-SE (stabil emulsjon) og GLA-AF (vandig formulering). GLA-AF har aldri blitt administrert til mennesker, og derfor representerer denne versjonen en første-i-menneske-prøve. Av sikkerhetsmessige årsaker må GLA-AF-injeksjoner skilles med en dag og siden det ikke vil være mulig å vite hvem som skal få GLA-AF, vil vi injisere de første ni forsøkspersonene i hvert kull med en dags mellomrom. På grunn av kompleksiteten i antall grupper i denne studien, vil vi registrere og fullføre hver rute sekvensielt som en kohort. Den subkutane kohorten vil være den første gruppen som screenes, innrulleres, randomiseres og injiseres, etterfulgt av intramuskulær.

Sammendrag Denne studien vil være en fase-1, randomisert, placebokontrollert, dobbeltblindet klinisk studie for å sammenligne GLA-formulering og administreringsvei hos mennesker. Sikkerhet og toleranse for de forskjellige formuleringene (GLA-SE vs. GLA-AF) og ruter (SC, IM, ID) vil være hovedfokus. Vårt andre fokus vil være å detaljere den globale immunresponsen ved å måle systemiske cytokiner, kjemokiner og global genregulering. Det tredje fokuset vil være å undersøke effekten av GLA på immuncellene i perifert blod, inkludert monocytter og dendrittiske celler. Denne studien vil legge til første-i-menneskelige data om GLA-AF og detaljere de isolerte effektene av GLA på det medfødte immunsystemet. Resultatene av denne studien vil legge grunnlaget for en ekte adjuvansstudie med GLA + antigen og til slutt å bruke GLA for å adjuvanse vår DC-målrettede vaksine hos mennesker.