Optymalizacja szczepień DNA u zdrowych ochotników (DNAVAC001)

Powszechnie przyjmuje się, że globalnie skuteczna szczepionka przeciwko HIV-1 prawdopodobnie będzie musiała indukować bnAbs przeciwko HIV-1. Proponowane badanie opiera się na uznaniu potencjalnego strategicznego znaczenia przeprowadzania iteracyjnych badań na małych ludziach w celu przyspieszenia odkrycia immunogenu HIV-1, gdzie szczepionki DNA oferują najszybsze i najbardziej opłacalne podejście do szybkiego badania przesiewowego wielu immunogenów. Badanie to ma na celu wykorzystanie immunizacji DNA jako platformy do przyspieszenia odkrycia immunogenów HIV-1 zdolnych do indukowania bnAb u ludzi.

Aby osiągnąć ten cel, niniejsze badanie ma na celu zastosowanie najnowszych postępów technologicznych w szczepieniach DNA i monitorowaniu odporności, zarówno na poziomie pojedynczej komórki, jak i molekularnej, aby umożliwić szczegółowe sondowanie rozwijających się odpowiedzi przeciwciał indukowanych szczepionką. Pod tym względem jest to pierwsza próba u ludzi zastosowania szczepionki DNA do zbadania rozwoju i ukierunkowania odpowiedzi komórek B na szczepienie. Jeśli to podejście odniesie sukces, zapewni ważną nową strategię szybkiego przeprowadzania systematycznych badań klinicznych na ludziach, mających na celu przybliżenie dziedziny szczepionek przeciwko HIV-1 do osiągnięcia kluczowego celu, jakim jest identyfikacja immunogenów i strategii szczepionek wymaganych do indukcji bnAb u ludzi .

Szacuje się, że pod koniec 2012 roku na całym świecie żyło z wirusem HIV 35,3 miliona ludzi, co stanowi wzrost o 17% w porównaniu z 2001 rokiem. Odzwierciedla to utrzymującą się dużą liczbę nowych zakażeń wirusem HIV i znaczną ekspansję dostępu do terapii antyretrowirusowej, która pomogła zmniejszyć liczbę zgonów związanych z AIDS, zwłaszcza w ostatnich latach (raport UNAIDS na temat globalnej epidemii AIDS 2013. Genewa 2013). Większość nowych zakażeń wirusem HIV nadal występuje w Afryce Subsaharyjskiej. Istnieje pilna potrzeba wzmocnienia i rozszerzenia istniejących i nowych metod profilaktyki, takich jak testy na obecność wirusa HIV i poradnictwo, interwencje behawioralne, stosowanie prezerwatyw, leczenie chorób przenoszonych drogą płciową, redukcja szkód, obrzezanie mężczyzn (Wamai, Morris i in. 2011) oraz leki antyretrowirusowe do profilaktyki (Granich, Gupta i in. 2011). Nowe strategie zapobiegania epidemii i zapobiegania nowym infekcjom, w tym profilaktyka przedekspozycyjna (Kim, Becker i in. 2010), leczenie przeciwwirusowe w celu zapobiegania (Granich, Lo i in. 2011), miejscowe środki bakteriobójcze (Krakower i Mayer 2011), oraz należy zbadać szczepionki zapobiegające HIV i zapewnić do nich dostęp. Jednak opracowanie skutecznej szczepionki zapobiegawczej przeciwko HIV-1 pozostaje jedną z największych nadziei na opanowanie pandemii HIV/AIDS (Kim, Rerks-Ngarm i in. 2010, Koff 2010).

Dane z niedawnego badania skuteczności społeczności w Tajlandii (RV144) testującego schemat szczepienia składający się z szczepienia pierwotnego wektorem ospy kanarków ALVAC-HIV, ekspresji genów gag, pro i env HIV oraz szczepienia przypominającego rekombinowanym białkiem AIDSVAX B/E HIV Env wykazali skromną ochronę szczepionki przed zakażeniem wirusem HIV. Skuteczność szczepionki spadła w ciągu pierwszego roku po szczepieniu z 60% w ciągu jednego roku do 31,2% w 3,5 roku po pierwszym szczepieniu, co sugeruje, że ochrona może być związana z zanikaniem z czasem przeciwciał swoistych dla wirusa HIV (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum i in. 2009 ). Schemat nie zmniejszał miana wirusa HIV u osób zaszczepionych, które zaraziły się wirusem HIV. Odpowiedzi limfocytów T CD8 wystąpiły u kilku biorców szczepionki, podczas gdy u większości z nich wykryto przeciwciała wiążące, z bardzo ograniczoną wykrywalną odpowiedzią przeciwciał neutralizujących na HIV. Wyniki te sugerują, że potrzebne są silniejsze szczepionki, aby zapewnić znaczącą i trwałą ochronę przed zakażeniem wirusem HIV, a także kontrolować replikację wirusa.

Przeciwciała neutralizujące przeciwko krążącym izolatom są indukowane głównie przez HIV Env i mogą potencjalnie nadawać odporność na sterylizację przeciwko HIV, jak sugerują badania prowokacji SHIV na naczelnych innych niż ludzie (Mascola, Stiegler i in. 2000, Pantophlet i Burton 2006, Hessell, Poignard i in. 2009). Co więcej, niedawne badanie naczelnych innych niż ludzie (NHP) pokazuje, że antygen SIV (małpi wirus upośledzenia odporności) Env był niezbędny do nadania ochrony przed prowokacją SIV i że wiążące się nieneutralizujące przeciwciała specyficzne dla SIV Env odgrywały rolę w tej ochronie (Barouch, Liu i wsp. 2012). Poprzednie próby z użyciem monomerycznego AIDSVAX gp120 nie wykazały skuteczności w badaniach fazy III (Flynn, Forthal i in. 2005, Pitisuttithum, Gilbert i in. 2006). To niepowodzenie było główną wadą szczepionek przeciw HIV opartych na Env, ponieważ obecne immunogeny zapewniają jedynie bardzo wąską ochronę przed szczepami HIV, które są blisko spokrewnione z antygenem szczepionkowym (Zhang i Dimitrov 2007, Montero, van Houten i in. 2008). W RV144 analiza korelatów ryzyka wykazała, że ​​przeciwciała wiążące IgG3 z rekombinowanym białkiem V1V2 na rusztowaniu korelowały odwrotnie z częstością infekcji, podczas gdy IgA wiążące Env w osoczu korelowało bezpośrednio z częstością infekcji (Haynes, Gilbert i in. 2012). Kilka linii dowodów sugeruje, że przeciwciała indukowane szczepionką rozpoznają epitopy konformacyjne w odczynniku V1V2 na rusztowaniu, który, jak wykazano, wykrywa konformacyjne przeciwciała V1V2 (Pinter, Honnen i in. 1998, Zolla-Pazner, deCamp i in. 2013). Wyniki analizy przełomowych wirusów od pacjentów w badaniu RV144 były zgodne z presją immunologiczną skupioną na wzorach aminokwasów w regionie V1V2 i flankującym region HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert i in. 2013). Region ten spełnia krytyczne funkcje, takie jak udział w wiązaniu receptora CD4 i chemokiny, wiązanie z integryną α4β7 (Nawaz, Cicala i wsp. 2011) oraz służenie jako miejsce wiązania przeciwciał neutralizujących (Gorny, Stamatatos i wsp. 2005, Walker, Phogat i wsp. 2009, Changela, Wu i wsp. 2011, McLellan, Pancera i wsp. 2011). Jednak poszukiwanie immunogenu zdolnego do indukowania szeroko zakrojonych krzyżowo ochronnych i długotrwałych neutralizujących/funkcjonalnych przeciwciał pozostaje trudne i krytyczne (Burton, Desrosiers i in. 2004, Montefiori, Sattentau i in. 2007).

Podczas zdecydowanej większości naturalnych zakażeń wirusem HIV, odpowiedź przeciwciał, która się rozwija, jest „za mała, za późno” – pojawia się około 12 tygodni od początkowej ekspozycji, czyli po wystąpieniu ekspansji wirusa (McMichael, Borrow i in. 2010). Ostatnie dane sugerują również, że w normalnych okolicznościach transmisja heteroseksualna jest stosunkowo rzadkim zdarzeniem i że istnieje małe „okno możliwości” – rzędu dni – podczas którego może być możliwe powstrzymanie ustanowienia utajonej infekcji. Idealna szczepionka zapoczątkowałaby bardzo wczesną i szeroką odpowiedź przeciwciał ukierunkowaną na wiele neutralizujących epitopów w celu skutecznej kontroli wczesnej replikacji wirusa. Jednak bnAb zazwyczaj powstają tylko u 1% przewlekle zakażonych osobników, rozwijają się przez kilka lat, wykazują wyjątkowe poziomy hipermutacji somatycznych, mają niezwykle długie regiony CDR3 i wykazują znaczące właściwości wiązania glikanów, których nie indukują obecne kandydujące szczepionki. Zatem wywołanie szeroko neutralizujących przeciwciał (bnAbs) przeciwko HIV-1 jest zarówno problemem projektowania immunogenu, jak i ludzkiej odpowiedzi immunologicznej.

Pomimo znacznego postępu w identyfikacji szeroko neutralizujących przeciwciał u bardzo małej liczby zakażonych osobników i szczegółowej charakteryzacji ich pokrewnych epitopów, jak dotąd próby zaprojektowania odpowiednich immunogenów indukujących specyficzne dla HIV przeciwciała szeroko neutralizujące zakończyły się niepowodzeniem. Rzeczywiście, szczepionki nowej generacji będą prawdopodobnie w dużym stopniu zależne od odkrycia nowych immunogenów zdolnych do wywoływania odpowiedzi ochronnych u ludzi. Jest to jednak ograniczone przez obecny brak zrozumienia, w jaki sposób immunogeny indukują ochronne odpowiedzi przeciwciał, ich wykorzystanie genów, ich ścieżki dojrzewania oraz czynniki ułatwiające szerokość i siłę działania. Chociaż badania na zwierzętach odegrały ważną rolę w zrozumieniu patogenezy HIV i pokrewnych retrowirusów, są one dość ograniczone, jeśli chodzi o modelowanie badań nad immunizacją ludzi ze względu na różnice w immunogenetyce i specyficzności gatunkowej. Pojawienie się postępów technologicznych, które badają ludzką odpowiedź immunologiczną na poziomie pojedynczej komórki i na poziomie molekularnym, dostarcza obecnie niezbędnych narzędzi do wyjścia poza modele przedkliniczne w celu rozwiązania tych problemów. Istotnie, silnym argumentem przemawiającym za zwiększeniem i ulepszeniem wczesnych badań klinicznych na ludziach (zamiast obecnie długiego procesu wcześniejszych szeroko zakrojonych testów na zwierzętach) jest to, że zwierzęta, w tym naczelne inne niż ludzie (NHP), mogą nie rekapitulować dokładnie zaangażowania linii zarodkowej komórek B, co może mieć kluczowe znaczenie dla szczepionek zaprojektowanych do indukowania otoczki HIV-1 (Env) bnAbs. Aby rozwiązać ten problem, obecnie panuje powszechna zgoda co do tego, że potrzebne są szybkie, iteracyjne, małe, eksperymentalne badania wczesnych szczepionek dla ludzi, aby wybrać i udoskonalić najlepsze podejścia do projektowania immunogenów. Takie podejście pozwoliłoby na szybki wybór najbardziej obiecujących strategii szczepionek na wczesnym etapie, zmniejszając w ten sposób ryzyko niepowodzenia w bardziej zaawansowanej fazie rozwoju klinicznego. Jednak koszty i długie linie czasowe związane z wytwarzaniem rekombinowanych białek oznaczają, że nie jest możliwe przetestowanie wielu iteracji struktur otoczki HIV-1. W przeciwieństwie do tego szczepionki DNA oferują szybkie i wykonalne podejście do badań przesiewowych wielu immunogenów w badaniach na ludziach w oparciu o łatwość produkcji i obniżone koszty.

Chociaż wczesne podejścia do szczepienia DNA nie wywołały znaczącej odpowiedzi przeciwciał u ludzi, nowsze badania wykazały, że szczepionki DNA mogą indukować przeciwciała neutralizujące przeciwko wielu wirusom (Martin, Pierson i in. 2007, Martin, Louder i in. 2008, Ledgerwood , Pierson i wsp. 2011, Ledgerwood, Hu i wsp. 2012) oraz wykrywalne odpowiedzi przeciwciał na HIV-1 (Catanzaro, Roederer i wsp. 2007). Obecnie można zastosować różne strategie w celu poprawy i zwiększenia immunogenności szczepionek DNA, w tym: wybór promotora i optymalizacja kodonów; zastosowanie elektroporacji (EP); droga podania (domięśniowo (IM) lub śródskórnie (ID)); oraz zastosowanie adiuwantów molekularnych, takich jak IL-12 (Sardesai i Weiner 2011, Yin, Dai i in. 2011, Kopycinski, Cheeseman i in. 2012). Dodatkowa zaleta zapewniana przez brak odporności przeciwwektorowej związanej z innymi platformami dostarczania (wektorami wirusowymi) zapewnia możliwość seryjnych immunizacji wieloma immunogenami pochodzącymi z DNA. W tym kontekście szczepienie DNA oferuje możliwość zapewnienia ukierunkowanego primingu linii zarodkowej, który może krytycznie przekierować odpowiedzi przeciwciał po wzmocnieniu białkiem (Schittek i Rajewsky 1990, Yoshida, Mei i in. 2010). Co więcej, brak odporności na wektory umożliwiłby zastosowanie serii immunogenów kodowanych w DNA do angażowania komórek B linii zarodkowej i kierowania ich w kierunku rozpoznawania epitopów bnAb przed amplifikacją przez wzmacnianie białka. Chociaż szczepienie wieloma dawkami DNA może nie stanowić praktycznego podejścia do kampanii profilaktycznych masowych szczepień, jego potencjał do indukowania odpowiedzi przeciwciał może sprawić, że będzie to ważne narzędzie badań klinicznych do odkrywania i udoskonalania immunogenów u ludzi. Prawdziwa siła takiego podejścia może zostać w pełni wykorzystana dopiero teraz dzięki opracowaniu zaawansowanych narzędzi do monitorowania ewolucji odpowiedzi immunologicznej na poziomie pojedynczych komórek i cząsteczek. W tym przypadku zdolność do klonowania genów Ab z poszczególnych odpowiadających ludzkich komórek B daje możliwość zebrania nowych informacji na temat specyficzności i funkcjonalności ewoluujących repertuarów Ab, podczas gdy podejścia do sekwencjonowania nowej generacji (NGS) ułatwiają ewolucyjne badanie odpowiedzi na poziomie klonotypowym. Ten projekt ma na celu zastosowanie tych narzędzi do badań dowodowych koncepcji (POC), których celem jest wykazanie, że szczepienie DNA może stanowić cenne narzędzie do systematycznego badania ewoluujących repertuarów Ab u ludzi.