Vacunas e inmunoterapias Alejandro Chabalgoity Desarrollo Biotecnológico Instituto de Higiene – Facultad de Medicina

Muchos patógenos han desarrollado mecanismos que le permiten evadir la respuesta inmune y no pueden ser eliminados en forma natural: importancia de las vacunas

La utilización masiva de las vacunas disponibles, en su mayoría desarrolladas empíricamente, ha tenido un enorme impacto en salud humana, sólo superado por la disponibilidad de agua potable

Vaccines have been the greatest achievement of biomedical sciences Vaccines have been the greatest achievement of biomedical sciences. Their impact in public health is only exceeded by the availability of potable water

Vaccines have been the greatest achievement of biomedical sciences Vaccines have been the greatest achievement of biomedical sciences. Their impact in public health is only exceeded by the availability of potable water

Cronograma de aparición de las principales vacunas de uso humano: - 1796: Vacunación contra la viruela - 1885: Vacuna contra la rabia - 1925: Toxoide diftérico, Toxoide tetánico y tos combulsa - 1937: Vacuna contra la fiebre amarilla - 1943: Vacuna contra influenza - 1954: Vacuna inactivada contra virus de la polio - 1956: Vacuna viva atenuada contra virus de la polio - 1960: Vacuna contra el sarampión - 1966: Vacuna contra la rubeóla - 1975: Vacuna contra hepatitis B - 1980: Viruela erradicada - 1986: Primera vacuna recombinante (hepatitis B) - 1988: Vacuna conjugada contra H. influenzae B

Incidencia pre- y post- vacunación de las enfermedades prevenibles. DPT: 15-59% vaccinated Polio: 55-88% MMR: 80-90%

¿ Qué hace posible la vacunación? Dos propiedades fundamentales de la inmunidad adquirida: * Especificidad * Memoria

¿Que características debe tener? - Segura - Evita la enfermedad - Protege a una proporción alta de quienes la reciben - Induce protección duradera - Carece de efectos secundarios - Estable - Bajo costo por dosis

¿Que tipos de vacunas existen? Tradicionalmente, se han utilizado: Microorganismos vivos atenuados empíricamente, patogenos de otras especies Microorganismos muertos Antígenos purificados ("subunidades") Proteínas o polisacáridos del patógeno * Virus Ag de superficie (Hepatitis B: HBsAg) * Bacterias - Polisacáridos capsulares (ej: neumo y meningo) - Exotoxinas modificadas (Toxoide tetánico)

Respuesta inmune en la vacunación contra polio

Impacto del uso de vacunas La utilización masiva de las vacunas tradicionales (desarrolladas empíricamente): Ha tenido un impacto enorme en salud humana, modificando sustancialmente la expectativa de vida de la población Ha permitido el control de patógenos: - causantes de infecciones agudas, que generan inmunidad duradera carentes de variación antigénica para los que existen modelos experimentales

VACUNAS SISTEMATICAS NO SISTEMATICAS Dr. Jorge Quian MSP - 2008

VACUNAS SISTEMATICAS Dr. Jorge Quian MSP - 2008

VACUNAS Antigripal NO SISTEMATICAS Antimeningocóccica Antipapilomavirus Antigripal Dr. Jorge Quian MSP - 2008

Recommended Childhood Immunization Schedule in U.S.A (2001)

Sin embargo: Necesidad de vacunas terapéuticas; (HSV, cancer) Las enfermedades infecciosas siguen siendo el principal problema de salud humana (y animal) en el mundo Algunos patógenos para las que existen vacunas, mantienen alta morbi/mortalidad, y no es posible una cobertura global con las vacunas actuales (inmunidad no duradera, vacuna inestable) Existen situaciones en las que el principio clásico de vacunación no es aplicable (respuesta inmune débil, o no efectiva) Necesidad de vacunas terapéuticas; (HSV, cancer)

Es necesario contar con nuevas y mas eficaces vacunas

Situación actual - avance en el conocimiento de la inmunología En los últimos años se ha producido un avance espectacular en el diseño de nuevas vacunas como resultado de: incremento en el conocimiento de cómo los patógenos causan enfermedad - avance en el conocimiento de la inmunología de las infecciones avances tecnológicos: ADN recombinante, análisis masivo de información genética, etc.

Why can’t we go on with the same approach used for classic vaccines to develop new ones? First encounter may not result in protective immunity Classical approach may elicit immunopathology We may need vaccinate people already infected

Diseño racional de nuevas vacunas e inmunoterapias

Estrategias de desarrollo Dirigidas a: Generar una respuesta inmune mas efectiva contra cada patógeno en particular Localización de la RI (sistémica vs. mucosas)

Vacunas de mucosas La mayoría de los patógenos ingresas por mucosas: respuesta localizada la mas efectiva Ags adminstrados por vía sistémica no generan RIM Estrategias para generar RIM Uso de vectores vivos (principalmente bacterias) Uso de proteínas derivadas de patógenos con propiedad adyuante (toxina colérica, toxina termolabil de E.coli, flagelina, etc.)

Salmonella enterica as a vector for new vaccines and immunotherapies 1

The development of live Salmonellae into a delivery system for oral vaccines Live attenuated Salmonellae can be prepared by defined mutations into the chromosome Can be administered orally; persist in the tissues for a limited period of time stimulating strong immune responses Engineered to express heterologous antigens Can elicit protective responses after a single dose It has a very good record of safety use, as demonstrated in phase I and phase II clinical trials

Mucosal vaccination delays or prevents prion infection via an oral route Goni et al Neuroscience (2005) Patent: WO 2005/019412. A2. PCT/US2004/016242. 20 May 2004

A Dog-Adapted Salmonella typhimurium Strain as a Basis for a Live Oral Echinococcus granulosus vaccine Chabalgoity et al Vaccine (2000) An oral recombinant vaccine in dogs against Echinococcus granulosus, the causative agent of human hydatid disease Petavy et al PLos Neglected Pathogens (2008) Patent submitted in France: No. 06 50799, 8 de Marzo 2006

Flagellin as mucosal adjuvant

Flagellin a mucosal adjuvant

Intranasal immunization with flagellin stimulate TL5 expression in CLN and spleen

Estrategias de desarrollo Dirigidas a: Generar una respuesta inmune mas efectiva contra cada patógeno en particular Localización de la RI (sistémica vs. mucosas) Generación adecuada de memoria inmunológica (vacunas conjugadas)

Vacunas conjugadas

Estrategias de desarrollo Dirigidas a: Generar una respuesta inmune mas efectiva contra cada patógeno en particular Localización de la RI (sistémica vs. mucosas) Generación adecuada de memoria inmunológica (vacunas conjugadas) Mejorar el tipo de mecanismos efectores generados (vacunas a ADN)

Fácil producción y escalado Vacunas génicas Muy seguras Efectivas en modelos experimentales Fácil producción y escalado Generan mecanismos efectores especiales

Vacunas génicas (DNA vaccines)

Fácil producción y escalado Vacunas génicas Muy seguras Generan mecanismos efectores especiales Fácil producción y escalado Efectivas en modelos experimentales En clínica RI en general débiles Necesidad de mejorar su potencia - adyuvantes moleculares - pistola génica, inmunización cutánea - vectores vivos

Adjuvantes moleculares (agonistas de TLR, CpG, citoquinas, etc.)

Gene-gun para Vacunas a ADN Inmunización transcutánea

Vacunas a DNA portadas por bacterias atenuadas MHC class I ó II ? Nucleus APC

Learning from successful vaccines… J Exp Med. 2006 Vol. 203: 413–424

YF-17D activates DCs through multiple TLRs and multiple TLR adaptor proteins. J Exp Med. 2006 Vol. 203: 413–424 Lack of a single TLR depletes IL-12 and IL-6 production

The lessons… Future vaccinologists should not only concern themselves with using the right combination of adjuvants but also having vaccine preparations that are “clean,” but which recapitulate the immunogenicity of the “dirty” vaccines

Estrategias de desarrollo Dirigidas a: Generar una respuesta inmune mas efectiva contra cada patógeno en particular Localización de la RI (sistémica vs. mucosas) Generación adecuada de memoria inmunológica (vacunas conjugadas) Mejorar el tipo de mecanismos efectores generados (adyuvantes moleculares, co-administración de citoquinas, vacunas a ADN) Potenciar respuestas naturalmente débiles (cáncer)

Vacunas para cáncer: Células tumorales modificadas

Vacunas para cáncer: Modificación ex vivo de Células dendríticas

Towards new Immunotherapies: Targeting recombinant cytokines to the immune system using live attenuated Salmonella 1

Salmonella accumulates inside solid tumors

Agorio et al J Gene Med (2007) Live attenuated Salmonella as a vector for oral cytokine gene therapy in melanoma Agorio et al J Gene Med (2007)

Brugnini et al in preparatioin Therapeutic effect of IL4-encoding Salmonella in a Acute Myeloid Leukemia model *p=0,028 * Brugnini et al in preparatioin

Salmonella & Clostridium into clinical trials… Applications into veterinary field?

- Inmunoinformática para descubrimiento de epítopes T Uso de la información de proyectos genoma y la bioinformática para acelerar el descubrimiento de nuevos candidatos vacunales - Inmunoinformática para descubrimiento de epítopes T - REVERSE VACCINOLOGY

Is it possible to develop the “magic bullet”? Can we exhaust the immune system with too many vaccines?

Problemas asociados a los nuevos desarrollos: Altas inversiones en I+D resultan en altos precios Existencia de “vacunas huérfanas” Diferencia genética de patógenos puede resultar en efectividad relativa Sumado a esto: Las vacunas tradicionales “baratas” están comenzando a escasear

Vacunas tradicionales: disponibilidad vs. demanda Fuente: GAVI Immunization Focus - June 2001

Es necesario llevar adelante Investigación y Desarrollo en nuevas vacunas en nuestros países

There is a growing concern about safety of vaccines