Optimalisering av DNA-vaksinasjoner hos friske frivillige (DNAVAC001)

Det er generelt akseptert at globalt effektiv HIV-1-vaksine sannsynligvis vil trenge å indusere bnAbs mot HIV-1. Den foreslåtte studien er basert på erkjennelsen av den potensielle strategiske viktigheten av å utføre iterative små menneskelige studier for å akselerere HIV-1-immunogenfunn, der DNA-vaksiner tilbyr den raskeste og mest kostnadseffektive tilnærmingen for rask screening av flere immunogener. Denne studien tar sikte på å utnytte DNA-immunisering som en plattform for å akselerere oppdagelsen av HIV-1-immunogener som er i stand til å indusere bnAbs hos mennesker.

For å nå dette målet søker denne studien å anvende nyere teknologiske fremskritt innen DNA-vaksinasjon og immunovervåking, både på enkeltcelle- og molekylært nivå, for å muliggjøre detaljert undersøkelse av utvikling av vaksineinduserte antistoffresponser. I denne forbindelse representerer det det første forsøket hos mennesker på å bruke en DNA-vaksinetilnærming for å undersøke utviklingen og fokuseringen av B-celleresponser på vaksinasjon. Skulle denne tilnærmingen lykkes, vil den gi en viktig ny strategi for raskt å gjennomføre systematiske kliniske forskningsstudier på mennesker med sikte på å flytte HIV-1-vaksinefeltet nærmere å nå hovedmålet om identifisering av immunogener og vaksinestrategier som kreves for induksjon av bnAbs hos mennesker .

På slutten av 2012 levde anslagsvis 35,3 millioner mennesker med HIV over hele verden, en økning på 17 % fra 2001. Dette gjenspeiler det fortsatt store antallet nye HIV-infeksjoner og en betydelig utvidelse av tilgangen til antiretroviral terapi, som har bidratt til å redusere AIDS-relaterte dødsfall, spesielt de siste årene (UNAIDS Report on the global AIDS epidemic 2013. Genève 2013). Flertallet av nye HIV-infeksjoner fortsetter å forekomme i Afrika sør for Sahara. Det er et presserende behov for å styrke og oppskalere eksisterende og nye forebyggingsmetoder som HIV-testing og rådgivning, atferdsintervensjoner, kondombruk, behandling av seksuelt overførbare sykdommer, skadereduksjon, omskjæring av menn (Wamai, Morris et al. 2011) og antiretrovirale legemidler for forebygging (Granich, Gupta et al. 2011). Nye forebyggingsstrategier for å kontrollere epidemien og forhindre nye infeksjoner, inkludert pre-eksponeringsprofylakse (Kim, Becker et al. 2010), antiviral behandling for forebygging (Granich, Lo et al. 2011), aktuelle mikrobicider (Krakower og Mayer 2011), og hiv-forebyggende vaksiner må utforskes og deres tilgang sikres. Utviklingen av en effektiv forebyggende vaksine mot HIV-1 er imidlertid fortsatt blant de beste håpene for å kontrollere HIV/AIDS-pandemien (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Data fra en nylig samfunnsbasert effektstudie i Thailand (RV144) som tester et vaksinasjonsregime som består av priming med kanarikoppvektoren ALVAC-HIV, uttrykker HIV gag-, pro- og env-gener, og boosting med rekombinant AIDSVAX B/E HIV Env-protein demonstrert beskjeden vaksinebeskyttelse mot HIV-anskaffelse. Vaksineeffekten sank i løpet av det første året etter vaksinasjon fra 60 % ved ett år til 31,2 % 3,5 år etter første vaksinasjon, noe som tyder på at beskyttelse kan være relatert til HIV-spesifikke antistoffer som avtar over tid (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009 ). Kurset reduserte ikke HIV-virusmengden hos vaksinemottakere som fikk HIV. CD8 T-celleresponser var hos få vaksinemottakere, mens bindende antistoffer ble påvist i de fleste av dem, med svært begrensede påvisbare nøytraliserende antistoffresponser mot HIV. Disse resultatene tyder på at mer potente vaksiner er nødvendig for å gi betydelig og vedvarende beskyttelse mot HIV-ervervelse så vel som for å kontrollere viral replikasjon.

Nøytraliserende antistoffer mot sirkulerende isolater induseres hovedsakelig av HIV Env og kan potensielt gi steriliserende immunitet mot HIV, som foreslått av ikke-menneskelige primater SHIV-utfordringsstudier (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet og Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Dessuten viser en nylig ikke-menneskelig primater (NHP) studie at SIV (Simian Immunodeficiency Virus) Env-antigen var avgjørende for å gi beskyttelse mot SIV-utfordring og at SIV Env-spesifikke bindende ikke-nøytraliserende antistoffer spilte en rolle i denne beskyttelsen (Barouch, Liu et al. 2012). Tidligere studier med monomer AIDSVAX gp120 viste ingen effekt i fase III-studier (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Denne feilen har vært en stor ulempe for Env-baserte HIV-vaksiner, siden dagens immunogener gir kun svært snever beskyttelse mot HIV-stammer som er nært beslektet med vaksineantigenet (Zhang og Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). I RV144 viste en analyse av risikokorrelatene at IgG3-bindende antistoffer mot stillas-V1V2-rekombinant protein korrelerte omvendt med infeksjonsraten mens Env-bindende plasma-IgA korrelerte direkte med infeksjonshastigheten (Haynes, Gilbert et al. 2012). Flere bevis antyder at vaksineinduserte antistoffer gjenkjenner konformasjonsepitoper i stillaset V1V2-reagens, som har vist seg å oppdage konformasjons-V1V2-antistoffer (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). Resultatene av en analyse av gjennombruddsvirus fra pasienter i RV144-studien var i samsvar med immuntrykk fokusert på aminosyremønstre i og flankerende V1V2-regionen til HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Denne regionen tjener kritiske funksjoner, som å delta i CD4-reseptor- og kjemokin-reseptorbinding, binding til α4β7-integrin (Nawaz, Cicala et al. 2011) og tjene som bindingsstedet for nøytraliserende antistoffer (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat et al. 2009, Changela, Wu et al. 2011, McLellan, Pancera et al. 2011). Men letingen etter et immunogen som er i stand til å indusere brede kryssbeskyttende og langvarige nøytraliserende/funksjonelle antistoffer er fortsatt vanskelig og kritisk (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Under de aller fleste naturlige HIV-infeksjoner er antistoffresponsen som utvikles "for lite, for sent" - oppstår ca. 12 uker fra den første eksponeringen som er etter at viral ekspansjon har skjedd (McMichael, Borrow et al. 2010). Nyere data tyder også på at heteroseksuell overføring under normale omstendigheter er en relativt sjelden hendelse, og at det er et lite "vindu av muligheter" - i størrelsesorden dager - der det kan være mulig å stoppe etableringen av en latent infeksjon. En ideell vaksine vil prime en veldig tidlig og bred antistoffrespons rettet mot flere nøytraliserende epitoper for effektiv kontroll av tidlig viral replikasjon. Imidlertid oppstår bnAbs vanligvis bare hos bare 1% av kronisk infiserte individer, tar flere år å utvikle, viser eksepsjonelle nivåer av somatisk hypermutasjon, har uvanlig lange CDR3-regioner og viser betydelig glykanbinding, egenskaper som ikke induseres av nåværende vaksinkandidater. Dermed er fremkalling av bredt nøytraliserende antistoffer (bnAbs) mot HIV-1 både et problem med immunogendesign og human immunrespons.

Til tross for betydelig fremgang med å identifisere bredt nøytraliserende antistoffer i et svært lite antall infiserte individer, og detaljert karakterisering av deres beslektede epitoper, har forsøk på å designe passende immunogener som induserer HIV-spesifikke bredt nøytraliserende antistoffer så langt mislyktes. Faktisk vil neste generasjons vaksiner sannsynligvis være kritisk avhengig av oppdagelsen av nye immunogener som er i stand til å fremkalle beskyttende responser hos mennesker. Dette er imidlertid begrenset av den nåværende mangelen på forståelse for hvordan immunogener induserer beskyttende antistoffresponser, deres genbruk, deres modningsveier og faktorer som letter bredde og styrke. Mens dyrestudier har spilt en viktig rolle i å forstå patogenesen til HIV og relaterte retrovirus, er de ganske begrensede når det gjelder modellering av humane immuniseringsstudier på grunn av forskjeller i immunogenetikk og artsspesifisitet. Fremkomsten av teknologiske fremskritt som undersøker menneskelig immunrespons på enkeltcelle- og molekylært nivå, gir nå de nødvendige verktøyene for å se forbi prekliniske modeller for å løse disse problemene. Faktisk er et sterkt argument for økte og forbedrede tidlige kliniske studier på mennesker (i stedet for den for tiden langvarige prosessen med tidligere omfattende dyreforsøk) at dyr, inkludert ikke-menneskelige primater (NHP), kanskje ikke nøyaktig rekapitulerer kimlinjeengasjement av B-celler, som kan være kritisk for vaksiner designet for å indusere HIV-1-kappe (Env) bnAbs. For å løse dette er det nå generelt enighet om at raske, iterative, små, eksperimentelle tidlige humane vaksinestudier er nødvendige for å velge og avgrense de beste tilnærmingene til immunogendesign. En slik tilnærming vil muliggjøre rask utvelgelse av de mest lovende vaksinestrategiene på et tidlig stadium og dermed redusere risikoen for svikt i mer avansert fase av klinisk utvikling. Imidlertid betyr kostnadene og de lange tidslinjene forbundet med fremstilling av rekombinante proteiner at det ikke er mulig å teste flere iterasjoner av HIV-1-konvoluttstrukturer. I motsetning til dette tilbyr DNA-vaksiner en rask og gjennomførbar tilnærming for screening av flere immunogener i humane forsøk basert på enkel produksjon og reduserte kostnader.

Selv om tidlige tilnærminger til DNA-vaksinering ikke klarte å indusere signifikante antistoffresponser hos mennesker, har nyere forsøk vist at DNA-vaksiner kan indusere nøytraliserende antistoffer mot en rekke virus (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) og påvisbare antistoffresponser mot HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Ulike strategier kan nå brukes for å forbedre og forsterke immunogenisiteten til DNA-vaksiner, inkludert: promoterseleksjon og kodonoptimalisering; bruk av elektroporasjon (EP); administrasjonsveien (intramuskulær (IM) eller intradermal (ID)); og bruk av molekylære adjuvanser som IL-12 (Sardesai og Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). Den ekstra fordelen gitt av mangel på anti-vektorimmunitet assosiert med andre leveringsplattformer (virale vektorer) gir muligheten for serieimmuniseringer med flere DNA-avledede immunogener. I denne sammenheng tilbyr DNA-vaksinasjon potensialet til å gi målrettet priming av kimlinje som kan omdirigere antistoffresponser på kritisk måte ved proteinforsterkning (Schittek og Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Videre vil mangelen på vektorimmunitet tillate bruken av en serie DNA-kodede immunogener for å engasjere kimlinje B-celler og lede dem mot gjenkjennelse av bnAb-epitoper før amplifikasjon ved proteinforsterkning. Selv om flerdose-DNA-vaksinasjon kanskje ikke representerer en praktisk tilnærming til en profylaktisk massevaksinasjonskampanje, kan dens potensiale til å indusere antistoffrespons gjøre det til et viktig klinisk forskningsverktøy for immunogenoppdagelse og foredling hos mennesker. Den virkelige kraften til en slik tilnærming kan først nå fullt ut realiseres gjennom utvikling av avanserte verktøy for å overvåke immunresponsutviklingen på enkeltcelle- og molekylært nivå. Her gir evnen til å klone Ab-gener fra individuelle reagerende humane B-celler muligheten til å skaffe ny innsikt i spesifisiteten og funksjonaliteten til utviklende Ab-repertoarer, mens neste generasjons sekvensering (NGS)-tilnærminger letter evolusjonær studie av responser på klonotypisk nivå. Dette prosjektet søker å bruke disse verktøyene til proof of concept-studier (POC) som har som mål å demonstrere at DNA-vaksinasjon kan være et verdifullt verktøy for systematisk å undersøke utviklende Ab-repertoarer hos mennesker.