Vacunas adyuvadas. Nuevos avances.

Dr. Joan Puig Barberà Centro de Salud Pública de Castellón. Grupo de Vacunas SVMFIC, CAVA. Grupo de Enfermedades Infecciosas semFYC Grupo PAPPS de Enfermedades Transmisibles.

¿Qué es un adyuvante? Un adyuvante es un agente que aumenta la respuesta a una vacuna (uno o varios antígenos) sin tener a su vez efecto antigénico.

¿Son necesarios los adyuvantes? Vacuna

Antígeno (s) Respuesta específica 9 Vivas atenuadas 9 Germen completo inactivado 9 Toxoides 9 Subunidades 9 Recombinantes

Adyuvante (s) Potenciar la respuesta

Administración

Un buen adyuvante debería: 9 Facilitar y aumentar el contacto del antígeno con el sistema inmunitario. 9 Aumentar la respuesta inmunitaria. 9 Prolongar la respuesta inmunitaria. 9 Influir en el tipo de respuesta. 9 Hacer todo esto sin aumentar los efectos secundarios. 9 Tener unas determinadas características fisicoquímicas y farmacológicas.

M e d i a g e o m é tr i c a tí tu l o A C

¿Existen sustancias capaces de potenciar la respuesta del sistema inmune frente a un antígeno? 1000 100 10 1 0,1 0,01 0

100 200 300 Días tras la inmunización

Recorrido 9 Una perspectiva histórica, del empirismo a la era e la razón. 9 Los adyuvantes y el sistema inmunitario. 9 Clasificación y mecanismos de acción. 9 Seguridad. 9 Adyuvantes y vacunas adyuvadas 9 Conclusiones y avances más relevantes.

Todo empezó… empirismo. 9 Con la observación que en aquellos animales en los que se producían un proceso inflamatorio local la producción de antitoxinas (anticuerpos) era mucho mayor

Todo empezó… Gaston Ramon

El Profesor Gaston Ramon (1886-1963), hijo de un granjero, vivía rodeado de más de 400 caballos en una anexo del Instituto Pasteur, fabricando cantidades enormes de suero antidiftérico, antitetánico y bubónico, descubrió la forma de fabricar anatoxina, tratando con formaldehído la toxina diftérica y desarrolló el concepto de vacunas combinadas.

¡y funcionó!

Sales Salesde de Aluminio Aluminio

El arma secreta del vacunólogo

La época alquímica… de la elaboración de vacunas.

9

Innumerables pruebas de la mezcla de cualquier cosa con todo con tal de convertir un antígeno con poca capacidad inmunógena en una vacuna.

9 9 9 9 9 9 9 9 9

Tapioca Harina Migas de pan Jabón Extractos de cortezas de árboles Aceites minerales. Bacterias muertas Sales minerales …

Desarrollo de los adyuvantes: la perspectiva histórica, del empirismo a la razón. 1. 1920 a 1940: El período inicial: el desarrollo de los adyuvantes para vacunas a base de toxoides. 2. 1940 a 1980: El uso ampliado del aluminio, de los aceites minerales, derivados de productos bacterianos. 3. 1990 a hoy: Vacunas recombinantes. Diseño racional de adyuvantes agonistas de receptores que activan el sistema inmunitario innato.

Desarrollo de los adyuvantes: la perspectiva histórica, del empirismo a la razón. 1. 1920 a 1940: El período inicial: el desarrollo de los adyuvantes para vacunas a base de toxoides. 2. 1940 a 1980: El uso ampliado del aluminio, de los aceites minerales, derivados de productos bacterianos. 3. 1990 a hoy: Vacunas recombinantes. Diseño racional de adyuvantes agonistas de receptores que activan el sistema inmunitario innato.

¿Cómo funcionan?

Inmunidad Inmunidad Innata Innata

Inmunidad Inmunidad Adquirida Adquirida

(no (no adaptativa, adaptativa, no no específica) específica)

(adaptativa, (adaptativa, específica) específica)

Defensas Defensas externas externas (barreras) (barreras)

Físicas: piel, mucosas. Químicas: acidez gástrica.

Artificial Artificial

Natural Natural

Microbiológicas: flora microbiana normal

Señal de alarma

Activación

Respuesta Respuesta innata innata inmediata inmediata

Complemento

Respuesta Respuesta innata innata inducida inducida

Inflamación

Fagocitosis

Respuesta de fase aguda Interferones Células citotóxicas

Respuesta Mediada Mediada por por anticuerpos anticuerpos (inmunidad (inmunidad humoral) humoral)

Linfocitos B Anticuerpos

Mediada Mediada por por células células (inmunidad (inmunidad celular) celular)

Linfocitos T

El diseño racional de las vacunas.

9 Presentación y captación. 9 Activación de las células dendríticas (CD). 9

Identificación de la presencia de patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) mediante receptores de reconocimiento de patrones (PRR) en la CD: o o

9

Extracelulares (Toll like receptors) TLR. Intracelulares (Nod like receptors) NLR

Detección indirecta (inespecífica) de la infección por la presencia de citocinas ligadas a procesos inflamatorios.

9 En respuesta a estos dos mecanismos las CD maduran, migran y se constituyen en estimuladoras eficientes de la respuesta de linfocitos B y T.

CD, PAMPS, PRR, TLR

CPA

CD, PAMPS, PRR, TLR

CPA

CD, PAMPS, PRR, TLR

CPA

CD, PAMPS, PRR, TLR, NLR, NALPS, CPA

Mecanismos de la acción de los adyuvantes para iniciar y regular la respuesta inmunitaria 9 Teoría del depósito, geográfica (centrada en el antígeno) . 9 Facilitando la liberación del antígeno durante un período de tiempo suficiente y en un lugar adecuado.

Mecanismos de acción de los adyuvantes: Iniciar y regular la respuesta inmunitaria. 9 Teoría de la señal de alarma (inhibición de los mecanismos de tolerancia) 9

Estimulando una señal de “objeto extraño infeccioso”: o

9

Efecto agonista de los receptores PRR (Patternrecognition receptors).

Estimulando señales de peligro, por ejemplo debidas (o similares) a muerte celular no programada, con la consiguiente activación de señales de peligro. o

Efecto agonista de los receptores PRR (Patternrecognition receptors).

Tipos de adyuvantes y modos de acción.

Tipos de adyuvantes y modos de acción

Tipos de adyuvantes y modos de acción. Clase

Adyuvantes

Modos de acción Seles minerales

Aluminio (fosfato, hidroxido) Fosfato cácico.

Microbianos

Muramil dipéptido (MDP) Exotoxinas (CT, ECLT) Endotoxinas (MPL®) ADN Bacteriano (CpG) Liposomas. Complejos inmunoestimulantes. (ISCOMs). Adyuvante incompleto de Freund. Emulsiones microfluidizadas. Saponinas (QS-21).

Partículas

Emulsiones y surfactantes. Sintéticos

Derivados del Muramil dipéptido Polinucluétidos sintéticos.

Citocinas

IL-2, IL-12, GM-CSF, IFN-γ

Genéticos.

Moléculos co estimuladoras administradas como plásmidos de ADN

Effecto en la liberación y presentación del antígeno

Inducción de citocinas inmunomoduladoras

Efectos sobre las CPA

CT, Toxina colérica; ECLT, Escherichia coli-toxina termolábil; GM-CSF, facto estimulante de colonias de macrófagos y granulocitos; IFN, interferón; IL, interleukinas; MPL, monofosforil lípido A.

Seguridad

Consideraciones generales sobre la seguridad de las vacunas adyuvadas. 9 En los últimos 80 años muchos adyuvantes no han sido aceptados para su uso en humanos por su toxicidad inmediata (reacciones locales y sistémicas) y el temor a reacciones tardías. 9 Poca traslación a los humanos de lo observado en modelos animales. 9 El efecto más común asociado a las vacunas adyuvadas son las reacciones locales (dolor, edema, induraciones, nódulos). 9 En la mayoría de los casos, cuando finalmente, tras superar todos los estudios de desarrollo clínico, se han administrado, no se han observado efectos graves en humanos.

Reacciones graves atribuidas a los adyuvantes. 9 Reacciones febriles graves (Muramil tripéptido, QS21). 9 Cáncer (IFA, asociada a vacuna de gripe, 1950-1980). 9 Uveítis anterior (MDP). 9 Lupus (MPL). 9 Miofascitis macrofágica (sales de aluminio). 9 Parálisis facial (enterotoxina termolábil E coli).

Reacciones graves atribuidas a los adyuvantes. 9 Reacciones febriles graves (Muramil tripéptido, QS21). 9 Cáncer (IFA, asociada a vacuna de gripe, 1950-1980). 9 Uveítis anterior (MDP). 9 Lupus (MPL). 9 Miofascitis macrofágica (sales de aluminio). 9 Parálisis facial (enterotoxina termolábil E coli).

Características de los adyuvantes utilizados en la actualidad y aquellos en fases muy avanzadas de desarrollo clínico. 9 Sales de aluminio. 9 Emulsiones microfluidizadas (MF59™) 9 Liposomas y virosomas™. 9 Combinaciones (Sistemas adyuvantes)

Las sales de aluminio.

Propiedades generales de las sales de aluminio como adyuvantes. 9 Las sales de aluminio se han utilizado como adyuvantes durante más de 70 años, con un notable historial de seguridad.

Las sales de aluminio. Mecanismo de acción. 9 Efecto depósito. 9 Reclutamiento celular. 9 Captación del antígeno, macrófagos, monocitos, CD. 9 Diferenciación de monocitos y macrófagos a CD inflamatorias y migración como CPA a los ganglios linfáticos. 9 Activando receptores de señales de alarma intracelulares. 9 Se comportan como un sistema de entrega del antígeno con actividad inmunoestimuladora.

Las sales de aluminio. Mecanismo de acción. 9 Efecto directo sobre las células dendríticas, independiente del sistema TLR. 9 La activación del complemento por las sales de aluminio produce la diferenciación de los linfocitos T CD4+ a Th2 y promueve una respuesta humoral. 9 Varios estudios han demostrado que asociadas a adyuvantes TLR dependientes se consiguen mejores respuestas de inmunidad humoral y celular que con la administración separada.

Propiedades generales de las sales de aluminio como adyuvantes.

9 En la inmunización primaria, 9 Permiten reducir la cantidad de antígeno necesario. 9 Permiten reducir el número de dosis. 9 Aumentan el número de “respondedores”.

9 Escasa contribución a la respuesta en las dosis de recuerdo.

Propiedades generales de las sales de aluminio como adyuvantes. 9 Potencian la respuesta inmunitaria frente a antígenos proteicos, pero tienen poco efecto asociadas a péptidos de pequeño tamaño o polisacáridos. 9 Vacunas inactivadas que no contienen sales de aluminio: 9 Polio inactivada, gripe, rabia, Hib, neumocócica no conjugada, (Pentavac®, Hexavac®, InfanrixHexa®, InfanrixIPV+Hib, contienen sales de aluminio).

Temas pendientes. 9 Necesidad de adyuvantes en las dosis de recuerdo. 9 Interacción de los sales de aluminio con el sistema inmunitario. 9 Combinación con otros adyuvantes.

Avances más relevantes 9 Necesidad de adyuvantes en las dosis de recuerdo. 9 Interacción de los sales de aluminio con el sistema inmunitario. 9 Combinación con otros adyuvantes.

Las emulsiones

Las emulsiones 9 9 9 9

CFA IFA MF59™ Componentes de los sistemas adyuvantes.

¿Qué son?

MF59: Efecto dual en el lugar de la inyección Depósito y liberación

Inmunmodulador indirecto

2

MF59

Fibras musculares

Ag Liberación Antígeno

1

IL-1β TNF-α

DC

Liberación de Activación CPA locales

TNF-α, IL-1β, CCLs

Reclutacmiento y activación CPA circulantes Monocitos Precursores CD

Migración al ganglio linfático activación T CD4+

3 horas

6 horas

1–4 días

MF59, comparado con otros adyuvantes que no actúan vía el sistema TLR. TT

50,000

Serum IgG titers

Serum IgG titers

100,000 80,000 60,000

5.0 Lf 40,000 20,000 0

5.0 µg 20,000 10,000

35,000 30,000

30,000

25,000

SBA

20,000

20,000 15,000

15,000

10,000

10,000

5,000

5,000 0

0

PLG Tirosina CAP

MF59 Alum

Serum HI antibody titers

MenC

PLG Tirosina CAP

Bactericidal titers

Serum IgG titers

30,000

MF59 Alum

35,000

25,000

40,000

0

PLG Tirosina CAP

40,000

HBsAg

3,000

H3N2

800

MF59 Alum

H1N1

B

350 300

2,500 600

250

2,000

200 400

1,500

150 1,000

100

200 500

50

0

0

post-1 post-2

0

post-1 post-2

Nil

Alum

post-1 post-2

MF59

Protection cruzada frente a cepas consecutivas del virus de la gripe en ancianos. Marcadores de protección frente a las cepas H3N2 circulantes en 1999, 2003, 2004, y 2005 tras la vacunación con la cepa (A/Wyoming 3/03) Seroprotección (título IH ≥40 UI) Seroconversión (≥4 título IH, o ≥40 IU en seronegativos) Incremento relativo en GMT (IH), pre- post-vacunación

Rate (%)

70 60 50 40 30 20 10 0

5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0

Pan/99 Wyo/03 Cal/04 Wisc/05

Pan/99 Wyo/03 Cal/04 Wisc/05

FLUAD (n=25)

Non-adjuvanted vaccine (n=25)

Mean fold increase in GMT

100 90 80

Reactogenicidad de la vacuna administrada en tres temporadas consecutivas FLUAD Vacuna gripe no adyuvada

9Mayor incidencia de reacciones locales 9Sin diferencias apreciables a los 3 días

Sujetos con el AE (%)

40 35 30 25 20 15 10 5 Año

0

1 2 3

Dolor

1 2 3

Eritema

1 2 3

1 2 3

Induración

Malestar

1 2 3

Cefalea

1 2 3

1 2 3

Mialgia

Fiebre

Incidencia de efectos secundarios graves similar a la observada (40 millones de dosis administradas) por sistemas de vigilancia basados en la declaración para el resto de vacunas.

Tipo

Tasa (por 100.000 dosis)

Reacciones generales

0,5

Reacciones locales

0,5

Reacciones alérgicas

0,1

Neurológicas

0,2

Vasculares Otras

0,03 0,3

En resumen: las vacunas adyuvadas con MF59 9 Son más reactógenas, cuando se comparan con vacunas no adyuvadas o con vacunas a base de virosomas, sin embargo, esta reactogenicidad es limitada. 9 Son más inmunógenas que las vacunas adyuvadas con sales de aluminio. 9 En el caso del virus de la gripe producen respuestas de protección cruzada. 9 Son efectivas.

Liposomas y Virosomas

Liposomas 9

9 9 9

Vesícula con una membrana de fosfolípidos (1 ó 2 capas), y un contenido acuoso. Evitan la degradación de los antígenos. Los dirigen a las APCs Funcionan como un sistema de depósito y administración (targeting)

Los virosomas son liposomas con proteínas virales (proteínas de fusión el virus de la gripe) embebidas en su membrana.

Virosomas, mecanismos de acción 9 Efecto estructural: 9 Tamaño similar al virus natural. 9 Disposición y características de los antígenos.

9 Efectos asociados a la hemaglutinina: 9 Reconocida por las células del sistema inmune. 9 Actividad de fusión.

9 Transportar y presentar antígenos (virus inactivados, proteínas recombinadas, péptidos sintéticos y plásmidos)

Vacuna virosomal frente a la hepatitis A.

Resultados comparativos de vacunas fraccionadas, de subunidades, de virosomas y adyuvadas con MF59

300

300

Baldo, 2001

250

Pergliasco, 2001

250

200

200

150

150

100

100

50

50

0

0 H3N2

H1N1 Mutagrip

H3N2

B

Infexal V

H1N1 Inflexal

Fluad

Ruf, 2004

300

250

200

150 100

50

0 H3N2

H1N1 Fluarix

Inflexal V

B Fluad

Inflexal V

B Fluad

Respuesta frente a una vacuna virosomal antigripal (H9N2) prepandémica: impacto de distintas combinaciones de adyuvantes.

En resumen, los virosomas. 9 Transportan y presentan antígenos al sistema inmunitario. 9 Los ensayos clínicos confirman la inmunogenicidad y la eficacia clínica de las vacunas basadas en virosomas. 9 Son compuestos biodegradables con buena tolerabilidad tanto local como sistémica.

Los “sistemas adyuvantes” ó “AS01, AS02, AS03, AS04”

Sistemas adyuvantes. 9 Combinación de adyuvantes clásicos (sales de aluminio, emulsiones aceite/agua, o liposomas) con inmunomoduladores (MPL o QS21). 9 9 9 9 9

Cuando se requieren mecanismos que van más allá de la respuesta de anticuerpos. Se persigue obtener protección cruzada. La infección es detectada con dificultad por el sistema inmune. El mismo germen se manifiesta o evoluciona por distintas fases. Inmunodeficiencia/Inmunosenescencia.

Sistemas adyuvantes Denominación

Composición

Vacunas

AS01

MPL+QS21;liposomas

Malaria TBC

AS02

MPL+QS21; o/w

Malaria TBC Hepatitis B

AS03

o/w emulsión: Escualeno+ DL-α-tocoferol

Gripe, prepandémica (Prepandrix®)

MPL+AlOH o AlPOH

Papiloma humano (Cervarix®), Hepatitis B (Fendrix®),

AS04

MPL (3-0-desacil-4’-monofosforil lípido A) Derivado detoxificado de lipopolisacárido de la cepa Re595 Salmonella minessota. Agonista del receptor TLR4

QS21 (Quillaja saponaria) 9

La corteza es utilizada desde antaño - los mapuches lo usaban - como detergente, debido a la gran cantidad de saponina que contiene.

9

Usado con fines medicinales (expectorante) por las poblaciones andinas

9

Otros usos son como insecticida de polillas, espumante de bebidas, espumas para controlar el fuego y aditivo de películas fotográficas.

MPL/QS21, mecanismos (efectos) de acción. 9

El efecto agonista sobre TLR4: 9

9

Maduración y migración de las CPA. Expresión de moléculas coestimuladoras (B7 y CD40) y citocinas (interferón-β e IL12).

9 9 9

9

Actividad lítica importante. Estimula a los linfocitos T citotóxicos. Secreción de citocinas asociadas a una respuesta Th1 (IL12 e interferón-γ) Mejora la respuesta humoral y celular frente a los antígenos.

Resultados obtenidos (AS02) Protección tras la exposición experimental de voluntarios sanos previamente vacunados con vacunas candidatas (pauta 0,1, 6) a picaduras de mosquitos infectados con Plasmodium falciparum sensibles a la cloroquina. La cloroquina se administró al declararse la infección. 7

No voluntarios

6 5 4 3 2 1 0 (RTS,S) A S04

(RTS,S) A S03

(RTS,S) A S02

G rup o N úm e ro

P rote gid o s

C ontrol

Resultados obtenidos (AS02), protección frente a la malaria en niños de 1 a 4 años de edad Eficacia de la vacuna % (IC 95%)

P

Seguimiento

Infección

44.9% (31 - 56)

p < 0,001

6 meses

Clínica de malaria

35.3% (22 - 47)

p < 0,0001

18 meses

Malaria severa

48.6% (12 - 71)

p = 0,02

18 meses

Ingreso por malaria

30.5% (4 - 50)

p = 0,032

18 meses

Resultados obtenidos (AS03)

Resultados obtenidos (AS03); respuesta de protección cruzada a los 21, 42 y 180 días

Resultados obtenidos (AS04)

Resultados obtenidos (AS04)

Conclusiones 9 Los adyuvantes actúan a través de mecanismos inmunológicos multifactoriales complejos que aun, en su mayor parte, son poco conocidos. 9 La seguridad es un aspecto crucial a considerar. 9 El desarrollo de los adyuvantes ha evolucionado desde un diseño empírico a un diseño cada vez más racional. 9 Adyuvantes como agonistas de los receptores de alarma del sistema inmune innato.

Avances más notables 9 9

9 9

La autorización de nuevos adyuvantes: virosomas, emulsiones de escualeno (MF59 y AS03) y combinaciones de sales de aluminio con MPL (AS04). La constatación del poder adyuvante del MF59™ y de otras emulsiones de escualeno en vacunas antigripales, inter y prepandémicas, con un notable efecto de protección cruzada. La obtención de respuestas mucho más potentes con perfiles de seguridad aceptables con sistemas adyuvantes. Las vacunas adyuvadas en la línea frontal de la lucha frente a la gripe pandémica, la malaria, la tuberculosis, el VIH o la hepatitis C.

La era de la razón.

Por supuesto, ¡Sabemos cómo funciona!

The Economist, 24 de mayo de 2008, página 94.

Muchas gracias por su atención.