Otimizando Vacinações de DNA em Voluntários Saudáveis (DNAVAC001)

É geralmente aceito que a vacina contra o HIV-1 globalmente eficaz provavelmente precisará induzir bnAbs contra o HIV-1. O estudo proposto é baseado no reconhecimento da potencial importância estratégica de realizar pequenos estudos iterativos em humanos para acelerar a descoberta de imunógenos do HIV-1, onde as vacinas de DNA oferecem a abordagem mais rápida e econômica para a triagem rápida de múltiplos imunógenos. Este estudo visa alavancar a imunização de DNA como uma plataforma para acelerar a descoberta de imunógenos HIV-1 capazes de induzir bnAbs em humanos.

Para atender a esse objetivo, este estudo busca aplicar avanços tecnológicos recentes de última geração na vacinação de DNA e monitoramento imunológico, tanto no nível celular quanto molecular, para permitir a sondagem detalhada do desenvolvimento de respostas de anticorpos induzidas por vacinas. A esse respeito, representa a primeira tentativa em humanos de usar uma abordagem de vacina de DNA para investigar o desenvolvimento e o foco das respostas das células B à vacinação. Se essa abordagem for bem-sucedida, ela fornecerá uma nova estratégia importante para a condução rápida de estudos sistemáticos de pesquisa clínica em humanos, com o objetivo de aproximar o campo da vacina contra o HIV-1 do objetivo principal de identificação de imunógenos e estratégias vacinais necessárias para a indução de bnAbs em humanos .

No final de 2012, cerca de 35,3 milhões de pessoas viviam com HIV em todo o mundo, um aumento de 17% em relação a 2001. Isso reflete o grande número contínuo de novas infecções por HIV e uma expansão significativa do acesso à terapia antirretroviral, que ajudou a reduzir as mortes relacionadas à AIDS, especialmente nos anos mais recentes (Relatório do UNAIDS sobre a epidemia global de AIDS 2013. Genebra 2013). A maioria das novas infecções por HIV continua a ocorrer na África subsaariana. Há uma necessidade urgente de fortalecer e ampliar métodos de prevenção existentes e novos, como testagem e aconselhamento de HIV, intervenções comportamentais, uso de preservativos, tratamento de doenças sexualmente transmissíveis, redução de danos, circuncisão masculina (Wamai, Morris et al. 2011) e medicamentos antirretrovirais para prevenção (Granich, Gupta et al. 2011). Novas estratégias de prevenção para controlar a epidemia e prevenir novas infecções, incluindo profilaxia pré-exposição (Kim, Becker et al. 2010), tratamento antiviral para prevenção (Granich, Lo et al. 2011), microbicidas tópicos (Krakower e Mayer 2011), e vacinas preventivas contra o HIV devem ser exploradas e seu acesso garantido. No entanto, o desenvolvimento de uma vacina preventiva eficaz contra o HIV-1 permanece entre as melhores esperanças para controlar a pandemia de HIV/AIDS (Kim, Rerks-Ngarm et al. 2010, Koff 2010).

Dados de um recente ensaio de eficácia baseado na comunidade na Tailândia (RV144) testando um regime de vacinação que consiste em priming com o vetor canarypox ALVAC-HIV, expressando os genes gag, pro e env do HIV e reforçando com a proteína AIDSVAX B/E HIV Env recombinante demonstraram proteção vacinal modesta contra a aquisição do HIV. A eficácia da vacina diminuiu ao longo do primeiro ano após a vacinação de 60% em um ano para 31,2% em 3,5 anos após a primeira vacinação, sugerindo que a proteção pode estar relacionada à diminuição dos anticorpos específicos do HIV ao longo do tempo (Rerks-Ngarm, Pitisuttithum et al. 2009 ). O regime não diminuiu a carga viral do HIV em receptores de vacina que contraíram o HIV. As respostas das células T CD8 ocorreram em poucos receptores da vacina, enquanto os anticorpos de ligação foram detectados na maioria deles, com respostas de anticorpos neutralizantes detectáveis ​​muito limitadas ao HIV. Esses resultados sugerem que vacinas mais potentes são necessárias para fornecer proteção significativa e sustentada contra a aquisição do HIV, bem como para controlar a replicação viral.

Anticorpos neutralizantes contra isolados circulantes são induzidos principalmente por HIV Env e podem potencialmente conferir imunidade esterilizante contra HIV, conforme sugerido por estudos de desafio de SHIV em primatas não humanos (Mascola, Stiegler et al. 2000, Pantophlet e Burton 2006, Hessell, Poignard et al. 2009). Além disso, um estudo recente de primatas não humanos (NHP) demonstra que o antígeno Env do SIV (vírus da imunodeficiência símia) foi essencial para conferir proteção contra o desafio do SIV e que os anticorpos não neutralizantes de ligação específica do SIV Env desempenharam um papel nessa proteção (Barouch, Liu e outros 2012). Ensaios anteriores usando monomérico AIDSVAX gp120 não mostraram eficácia em ensaios de fase III (Flynn, Forthal et al. 2005, Pitisuttithum, Gilbert et al. 2006). Esta falha tem sido uma grande desvantagem para as vacinas contra o HIV baseadas em Env, uma vez que os imunógenos atuais oferecem apenas proteção muito estreita contra cepas de HIV que estão intimamente relacionadas ao antígeno da vacina (Zhang e Dimitrov 2007, Montero, van Houten et al. 2008). No RV144, uma análise dos correlatos de risco mostrou que os anticorpos de ligação IgG3 à proteína recombinante V1V2 estruturada correlacionaram-se inversamente com a taxa de infecção, enquanto a IgA plasmática de ligação a Env se correlacionou diretamente com a taxa de infecção (Haynes, Gilbert et al. 2012). Várias linhas de evidência sugerem que os anticorpos induzidos pela vacina reconhecem epítopos conformacionais no reagente V1V2 montado, que demonstrou detectar anticorpos V1V2 conformacionais (Pinter, Honnen et al. 1998, Zolla-Pazner, deCamp et al. 2013). Os resultados de uma análise de vírus inovadores de pacientes no estudo RV144 foram consistentes com a pressão imunológica focada nos padrões de aminoácidos e flanqueando a região V1V2 do HIV-1 Env (Edlefsen, Gilbert et al. 2013). Esta região desempenha funções críticas, como participação no receptor CD4 e na ligação do receptor de quimiocina, ligação à integrina α4β7 (Nawaz, Cicala et al. 2011) e servindo como o local de ligação de anticorpos neutralizantes (Gorny, Stamatatos et al. 2005, Walker, Phogat et al. 2009, Changela, Wu et al. 2011, McLellan, Pancera et al. 2011). No entanto, a busca por um imunógeno capaz de induzir ampla proteção cruzada e anticorpos neutralizantes/funcionais de longa duração permanece difícil e crítica (Burton, Desrosiers et al. 2004, Montefiori, Sattentau et al. 2007).

Durante a grande maioria das infecções naturais por HIV, a resposta de anticorpos que se desenvolve é "muito pouco, muito tarde" - ocorrendo aproximadamente 12 semanas a partir da exposição inicial, que ocorre após a ocorrência da expansão viral (McMichael, Borrow et al. 2010). Dados recentes também sugerem que, em circunstâncias normais, a transmissão heterossexual é um evento relativamente raro e que existe uma pequena "janela de oportunidade" - da ordem de dias - durante a qual pode ser possível interromper o estabelecimento de uma infecção latente. Uma vacina ideal iniciaria uma resposta de anticorpo muito precoce e ampla visando múltiplos epítopos neutralizantes para controle efetivo da replicação viral inicial. No entanto, os bnAbs normalmente surgem em apenas 1% dos indivíduos cronicamente infectados, levam vários anos para se desenvolver, exibem níveis excepcionais de hipermutação somática, têm regiões CDR3 incomumente longas e exibem ligação significativa a glicanos, propriedades não induzidas pelas vacinas candidatas atuais. Assim, a elicitação de anticorpos amplamente neutralizantes (bnAbs) contra o HIV-1 é um problema de design de imunogênio e capacidade de resposta imunológica humana.

Apesar do progresso significativo na identificação de anticorpos amplamente neutralizantes em um número muito pequeno de indivíduos infectados e na caracterização detalhada de seus epítopos cognatos, as tentativas de projetar imunógenos apropriados induzindo anticorpos amplamente neutralizantes específicos para HIV falharam até agora. De fato, é provável que as vacinas da próxima geração dependam criticamente da descoberta de novos imunógenos capazes de provocar respostas protetoras em humanos. No entanto, isso é limitado pela atual falta de compreensão de como os imunógenos induzem respostas protetoras de anticorpos, seu uso de genes, suas vias de maturação e fatores que facilitam a amplitude e a potência. Embora os estudos em animais tenham desempenhado um papel importante na compreensão da patogênese do HIV e dos retrovírus relacionados, eles são bastante limitados quando se trata de modelar estudos de imunização humana devido a diferenças na imunogenética e especificidade da espécie. O advento dos avanços tecnológicos que investigam a capacidade de resposta imunológica humana no nível celular e molecular agora fornece as ferramentas necessárias para olhar além dos modelos pré-clínicos para resolver esses problemas. De fato, um forte argumento para aumentar e melhorar os estudos clínicos iniciais em humanos (em vez do processo atualmente demorado de testes extensivos em animais) é que os animais, incluindo primatas não humanos (NHP), podem não recapitular com precisão o envolvimento da linha germinativa das células B, o que pode ser crítico para vacinas projetadas para induzir bnAbs do envelope do HIV-1 (Env). Para resolver isso, agora é geralmente aceito que estudos rápidos, iterativos, pequenos e experimentais de vacinas humanas iniciais são necessários para selecionar e refinar as melhores abordagens para o design de imunógenos. Tal abordagem permitiria a seleção rápida das estratégias vacinais mais promissoras em um estágio inicial, reduzindo assim o risco de falha em uma fase mais avançada do desenvolvimento clínico. No entanto, o custo e os longos prazos associados à fabricação de proteínas recombinantes significam que não é viável testar múltiplas iterações das estruturas do envelope do HIV-1. Em contraste, as vacinas de DNA oferecem uma abordagem rápida e viável para a triagem de múltiplos imunógenos em testes humanos com base na facilidade de fabricação e custos reduzidos.

Embora as primeiras abordagens à vacinação com DNA não tenham conseguido induzir respostas significativas de anticorpos em humanos, ensaios mais recentes mostraram que as vacinas de DNA podem induzir anticorpos neutralizantes contra vários vírus (Martin, Pierson et al. 2007, Martin, Louder et al. 2008, Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) e respostas de anticorpos detectáveis ​​ao HIV-1 (Catanzaro, Roederer et al. 2007). Várias estratégias podem agora ser usadas para melhorar e aumentar a imunogenicidade das vacinas de DNA, incluindo: seleção do promotor e otimização de códons; o uso de eletroporação (EP); a via de administração (intramuscular (IM) ou intradérmica (ID)); e o uso de adjuvantes moleculares como IL-12 (Sardesai e Weiner 2011, Yin, Dai et al. 2011, Kopycinski, Cheeseman et al. 2012). A vantagem adicional fornecida pela falta de imunidade anti-vetor associada a outras plataformas de entrega (vetores virais) oferece a oportunidade para imunizações seriadas com múltiplos imunógenos derivados de DNA. Nesse contexto, a vacinação com DNA oferece o potencial de fornecer iniciação de linhagem germinativa direcionada que pode redirecionar criticamente as respostas de anticorpos após o reforço de proteínas (Schittek e Rajewsky 1990, Yoshida, Mei et al. 2010). Além disso, a falta de imunidade do vetor permitiria o uso de uma série de imunógenos codificados por DNA para envolver células B da linhagem germinativa e direcioná-los para o reconhecimento de epítopos bnAb antes da amplificação por reforço de proteína. Embora a vacinação de DNA de dose múltipla possa não representar uma abordagem prática para uma campanha profilática de vacinação em massa, seu potencial para induzir a resposta de anticorpos pode torná-la uma importante ferramenta de pesquisa clínica para descoberta e refinamento de imunógenos em humanos. O poder real de tal abordagem só agora pode ser totalmente percebido por meio do desenvolvimento de ferramentas avançadas para monitorar a evolução da resposta imune no nível celular e molecular. Aqui, a capacidade de clonar genes Ab de células B humanas respondentes individuais oferece a oportunidade de obter novos insights sobre a especificidade e a funcionalidade dos repertórios Ab em evolução, enquanto as abordagens de sequenciamento de próxima geração (NGS) facilitam o estudo evolutivo das respostas no nível clonotípico. Este projeto procura aplicar essas ferramentas a estudos de prova de conceito (POC) destinados a demonstrar que a vacinação de DNA pode fornecer uma ferramenta valiosa para investigar sistematicamente os repertórios de Ab em evolução em humanos.