Comunicazione delle Scienze Biomediche. Prof.ssa Cristina Cerboni Prof. Marco Binotto. Lezioni aprile 2018 «I vaccini»

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1 Comunicazione delle Scienze Biomediche Prof.ssa Cristina Cerboni Prof. Marco Binotto Lezioni aprile 2018 «I vaccini» Il materiale presente in questo documento viene distribuito solamente per uso interno ed esclusivamente a scopo didattico.

2 Acquisizione dell immunità

3 Immunizzazione passiva: rapida e transiente Specificità Memoria (artificiale)

4 Immunizzazione attiva: lenta e duratura L immunizzazione attiva si acquisisce: naturalmente esposizione ad infezione artificialmente vaccinazione

5 Vaccinazione: definizione La vaccinazione è una pratica clinica di immunizzazione ideata per aiutare artificialmente l organismo a difendere sé stesso. Consiste nella somministrazione di un preparato antigenico (non patogenico), che mima un infezione da parte di un organismo patogeno. Ha lo scopo di stimolare una risposta immunitaria protettiva e specifica contro di esso, senza indurre malattia. E la manipolazione della risposta immunitaria con la maggiore percentuale di successo, nonché quella più frequentemente ed ampiamente utilizzata.

6 I principi della vaccinazione profilattica

7 Storia di una infezione > velocità > efficienza P. Parham, Il sistema immunitario, 2017

8 Memoria immunologica Il mantenimento della memoria è probabilmente antigene-indipendente, ma forse dipende dal sequestro dell antigene o riesposizione Risposta primaria vs. secondaria (cellule B) (alta qualità) La risposta secondaria delle cellule B è migliore perché: ci sono più cellule B antigene-specifiche sono migliori P. Parham, Il sistema immunitario, 2017

9 Quantità e affinità degli anticorpi aumentano con immunizzazioni successive con lo stesso antigene Quantità elevata Qualità elevata

10 Linfociti T: Le cellule T della memoria rimangono per molto tempo dopo che l infezione virale è stata controllata o il virus eliminato Il caso mostrato si riferisce alla riattivazione di una infezione latente

11 Differenze tra le risposte immunitarie primaria e secondaria

12 Memoria e vaccini

13 Vaccini: applicazioni Infezioni Tumori Allergie

14 I principi della vaccinazione profilattica

15 Caratteristiche principali di un vaccino Sicurezza Protezione Protezione nel tempo Induzione di anticorpi neutralizzanti Induzione di una risposta protettiva mediata dai linfociti T Considerazioni pratiche Non deve causare la malattia o la morte; gli effetti collaterali non devono essere peggiori dei sintomi della malattia causata dal patogeno. Deve proteggere contro la malattia causata dall esposizione al patogeno vivo. La protezione contro la malattia deve durare molti anni. Alcuni patogeni (es. Poliovirus) infettano cellule che non possono essere sostituite (neuroni). La produzione di anticorpi neutralizzanti è essenziale in questi casi. Alcuni patogeni, come quelli intracellulari, sono eliminati in maniera più efficace con risposte cellulo-mediate Basso costo, stabilità biologica, facilità di somministrazione, pochi effetti collaterali

16 Caratteristiche immunologiche di una vaccinazione di successo Attivazione o infezione delle cellule presentanti l antigene, per ottenere il processamento degli antigeni e presentarne i peptidi in associazione con MHC di classe I e II. Attivazione sia dei linfociti T che dei linfociti B, allo scopo di ottenere una buona resa di linfociti di memoria. Capacità di generare linfociti T citotossici (CD8+) e T helper (CD4+), che riconoscono una varietà di determinanti antigenici, allo scopo di superare le potenziali variazioni dovute al polimorfismo MHC.

17 Edward Jenner Edward Jenner il 14 maggio del 1796 praticò una inoculazione in un bambino, usando materiale da una pustola di vaiolo bovino, anziché umano. Il ragazzo contrasse il vaiolo bovino e si rimise completamente dopo sei settimane di convalescenza. Jenner procedette dunque ad una seconda inoculazione, usando questa volta il siero di pustole umane; il ragazzo non ebbe nessun sintomo della malattia, dimostrando che l'immunizzazione con vaiolo bovino conferiva immunità verso il vaiolo umano. Jenner denominò questa pratica vaccinazione (da virus del vaiolo vaccino)

18 Il principio del funzionamento del vaccino contro il vaiolo La vaccinazione con il virus del vaiolo vaccino induce la formazione di anticorpi neutralizzanti diretti contro il virus del vaiolo umano! I virus del vaiolo bovino e umano condividono alcuni antigeni di superficie L immunizzazione con il virus del vaiolo bovino induce anticorpi contro i suoi antigeni di superficie Alcuni degli anticorpi contro il virus del vaiolo bovino legano e neutralizzano il virus del vaiolo umano Cowpox: virus del vaiolo bovino Smallpox: virus del vaiolo umano

19 Vaccinazione: cenni storici 1796, Edward Jenner sperimentò il vaccino per il vaiolo (induzione di immunità protettiva con l inoculo di materiale da una pustola di vaiolo bovino anziché umano). Louis Pasteur ( ) utilizzò la parola vaccino in maniera più generale, per preparazioni immunizzanti. - Sviluppò l approccio sperimentale di attenuazione (mantenimento del patogeno in condizioni non favorevoli di crescita e/o passaggi in ospiti meno suscettibili). Nel 1979, il primo grande successo della vaccinazione è ufficiale:

20 Prima della messa a punto del vaccino, il 10% della popolazione mondiale umana veniva uccisa o sfigurata dall infezione con il virus del vaiolo. Dal 1979 il virus è completamente eradicato! 1979: l OMS annuncia ufficialmente l eradicazione del virus del vaiolo umano operatori sanitari coinvolti nella vaccinazione dell intera popolazione mondiale.

21 Next goal of WHO: eradication of poliovirus 1988; resolution to eradicate polio In 2005, there were 2033 reported polio cases

22 In 2013, 416 cases

23 Nigeria

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25 Altri esempi su scala mondiale Casi di Polio riportati come risultato della vaccinazione globale (ultimi 10 anni). Circa 80% dei bambini vaccinati (fonte: OMS). Casi di Morbillo riportati come risultato della vaccinazione globale (fonte: OMS).

26 Impatto della vaccinazione sulle malattie infettive SSPE: Pan-encefalite Sclerosante Subacuta

27 L incidenza delle malattie dipende dalla copertura vaccinale: l immunità di gregge (herd effect)! 1996: introduzione del vaccino Se diminuisce il numero degli individui vaccinati, la percentuale della popolazione non immunizzata aumenta al punto da causare la perdita dell immunità di gregge. Immunizzazione di massa, o immunità di gregge, o effetto-gregge

28 Non appena è diminuito il numero di bambini vaccinati contro il morbillo, l incidenza delle infezioni da morbillo è aumentata Dati riferiti alla Gran Bretagna P. Parham, Il sistema immunitario, 2017

29 Andamento temporale della pandemia del 2009 causata da virus dell influenza H1N1 e dello sviluppo del suo vaccino (USA) Dati riferiti agli USA P. Parham, Il sistema immunitario, 2017

30 Pay 1 million $ for vaccination during childhood Save 4 milions $ (Font: WHO)

31 E l Italia? Il nostro Paese è sempre stato all avanguardia, con una forte tradizione di promozione delle vaccinazioni come misura di salute pubblica. Tuttavia, la copertura vaccinale negli ultimi anni è purtroppo, lentamente ma inesorabilmente, peggiorata. Al punto che l OMS già dallo scorso anno ci ha ammonito con un cartellino giallo: la copertura vaccinale è scesa sotto la soglia di sicurezza per diverse malattie. Vaccini obbligatori: Vaccini raccomandati:

32 Le vaccinazioni in Italia Difterite Tetano Pertosse (acellulare ) Poliomielite Haemophilus influenzae di tipo b (Hib) Epatite B esavalente Pneumococco (eptavalente) Morbillo + Parotite + Rosolia (MPR) Meningococco (gruppo C) Varicella Rotavirus Papilloma (HPV) trivalente Vaccinazioni obbligatorie fino al 2016 Vaccinazioni obbligatorie dal 2017 Vaccinazioni consigliate (2018)

33 Calendario per la Vita (Fonte: Ministero della Salute, 2017) difterite-tetanopertosse poliomielite Haemophilus influenzae b papilloma virus Legenda DTPa: vaccino trivalente antidifterite-tetano-pertosse acellulare IPV: vaccino antipoliomielitico iniettabile inattivato Hib: vaccino contro le infezioni da Haemophilus influenzae b MPR: vaccino combinato antimorbillo-parotite-rosolia PCV: vaccino pneumococcico coniugato Men B o C: vaccino meningococcico B o C coniugato HPV: vaccino anti-papilloma virus dtpa: vaccino difto-tetanico-pertossico acellulare per adulti MPRV: vaccino combinato antimorbillo-parotite-rosolia e varicella

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35 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni

36 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni 1. Vaccini attenuati (vivi, interi) 2. Vaccini inattivati (uccisi, interi) 3. Coniugati 4. Vaccini a subunità 5. Vaccini a DNA

37 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni 1. Vaccini attenuati (vivi, interi): immunogenici, ma non patogenici (il patogeno è MUTATO). Stimolano sia la risposta innata che adattativa (sia umorale che cellulomediata). Ci sono alcuni rischi di reversione della mutazione attenuante. Una singola dose non è sufficiente per un immunità duratura: necessità di un richiamo. Necessitano della catena del freddo. Es., VACCINO DI JENNER; ROSOLIA, ROTAVIRUS, ANTI-POLIO (Sabin).

38 1. Alcuni esempi di: vaccini attenuati (vivi, interi) Generazione del vaccino con virus attenuato. Il virus patogeno è isolato da un paziente e cresciuto in cellule umane in coltura. Il virus patogeno cresciuto in coltura è utilizzato per infettare cellule di scimmia. Questo passaggio da solo può indurre mutazioni e attenuare il virus (rosolia, rotavirus)

39 1. Alcuni esempi di: vaccini attenuati (vivi, interi) Generazione del vaccino con virus attenuato. Il virus subisce molte mutazioni che gli permettono di adattarsi e di crescere bene nelle cellule di scimmia. Il virus così adattato, non è più in grado di crescere in cellule umane (è attenuato) e può essere usato come vaccino.

40 1. Alcuni esempi di: vaccini attenuati (vivi, interi) Il rotavirus sotto i 5 anni di età FONTE: estimated child rotavirus-related deaths

41 1. Alcuni esempi di: vaccini attenuati (vivi, interi) Un vaccino attenuato di più recente generazione contro l infezione da rotavirus Il rotavirus è un virus a RNA responsabile di una grave forma di diarrea infantile. VP4 e VP7 sono le proteine di rivestimento a più elevato potere immunogenico, ma sono molto variabili e danno luogo a diversi siero-tipi. Sebbene esistano circa 40 varianti naturali di rotavirus, soltanto 5 sono responsabili del 90% dei casi di malattia ed entrambi i vaccini contengono gli antigeni dei ceppi più diffusi. Il vaccino Rotarix è un rotavirus umano attenuato che contiene le varianti più comuni delle glicoproteine VP4 (P8) e VP7 (G1). Il vaccino RotaTeq segue la tradizione jenneriana e contiene una miscela di cinque ceppi di rotavirus bovino che non provocano malattia nell uomo. Ogni ceppo è stato ingegnerizzato per esprimere una differente variante comune delle glicoproteine VP4 o VP7 del virus umano. Le componenti del virus bovino sono disegnate in viola.

42 1. Alcuni esempi di: vaccini attenuati (vivi, interi) La produzione di ceppi di virus vivi attenuati mediante le tecniche del DNA ricombinante: mutazioni o delezioni di geni che regolano la virulenza. 140 genomi batterici 1600 genomi virali sequenziati negli ultimi anni!

43 Riassumendo come si genera un vaccino attenuato? 1. Crescita in specie diverse 2. Uso di un patogeno simile 3. Mutazioni nei geni della virulenza

44 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni 1. Vaccini attenuati (vivi, interi): immunogenici, ma non patogenici. Stimolano sia la risposta innata che adattativa (sia umorale che cellulo-mediata). Ci sono alcuni rischi di reversione della mutazione attenuante. Una singola dose non è sufficiente per un immunità duratura: necessità di un richiamo. Necessitano della catena del freddo. Es., ROSOLIA, ROTAVIRUS, ANTI-POLIO (Sabin). 2. Vaccini inattivati (uccisi, interi): calore, fissazione chimica (formaldeide), radiazioni gamma. Non danno in genere una robusta risposta T CD8+ perché il patogeno non entra nelle cellule (risposta Th e B > CTL). Nessuna possibilità di reversione. Non si replica, e quindi necessita di richiami frequenti (costi più elevati). Più stabili, la catena del freddo non è richiesta. Es., ANTI-POLIO (Salk).

45 1/2. Alcuni esempi di: vaccini attenuate o inattivati Confronto tra vaccino anti-polio attenuato o inattivato IgG>IgA IgA>IgG Il vaccino inattivato (ucciso) è somministrato per via intramuscolare e arriva ai linfonodi. Il vaccino attenuato è un mix di virus (3 ceppi diversi) che si riproducono nell apparato digerente dopo la somministrazione per via orale. Somministrazione del vaccino secondo la normale via di infezione (può essere trasmesso per via oro-fecale). Il vaccino attenuato produce una forte risposta IgA, esattamente dove la protezione è necessaria. Il vaccino inattivato (ucciso) produce risposte IgG, che risultano meno efficaci. Efficacia ridotta, indicato nei soggetti immunodepressi. Sabin (vaccino antipolio orale trivalente, OPV) Salk (vaccino antipolio inattivato, IPV)

46 1/2. Alcuni esempi Confronto tra vaccino anti-polio attenuato o inattivato Sabin Salk (vaccino antipolio orale trivalente, OPV) (vaccino antipolio inattivato, IPV) Le mutazioni che occorrono nell infezione della popolazione umana generano dei ceppi a ridotta patogenicità, che rappresentano delle forme naturali di virus attenuati e possono essere usati come candidati per vaccini. Il ceppo Sabin 2, uno dei tre ceppi vivi attenuati del virus della poliomelite che formano il vaccino antipolio orale è di questo tipo. Nel 2007 con l antipolio di Sabin si è verificata in Nigeria una delle più grosse epidemie di poliomelite causate da un ceppo vaccinale. Fu causata dal ceppo 3, che differisce dal ceppo naturale per soli 10 nucleotidi. Una sola mutazione, che riporta uno dei 10 nucleotidi a quello originario, ha ripristinato la patogenicità. Ciò può avvenire anche durante la preparazione del vaccino, che però è controllata. Il ceppo 1 differisce invece per 57 nucleotidi, e quindi la reversione è meno probabile. Salk/IPV è più sicuro e quindi in alcuni protocolli di vaccinazione si somministra IPV, e poi Sabin/OPV.

47 Confronto tra vaccini attenuati e inattivati Vaccini attenuati (vivi) Vaccini inattivati (uccisi) (T CD8+ e CD4+, anticorpi) (T CD4+, anticorpi) Pertosse Vaiolo Tifo

48 Vaccini di seconda generazione Questi vaccini sono preparati con l impiego di macromolecole purificate dal patogeno o con tecniche di ingegneria genetica e del DNA ricombinante, e comprendono: tossine modificate geneticamente vaccini coniugati vaccini a base di peptidi vaccini a DNA

49 Vaccini a base di esotossine batteriche Modificazione della tossina in tossoide Tossina Tossoide modificazione chimica composti tossici determinanti immunogenici Esempi: vaccini contro il tetano, la difterite e la pertosse

50 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni 1. Vaccini attenuati (vivi, interi): immunogenici, ma non patogenici. Stimolano sia la risposta innata che adattativa (sia umorale che cellulo-mediata). Ci sono alcuni rischi di reversione della mutazione attenuante, Una singola dose non è sufficiente per un immunità duratura: necessità di un richiamo. Necessitano della catena del freddo. Es., ROSOLIA, ROTAVIRUS, ANTI-POLIO (Sabin). 2. Vaccini inattivati (uccisi, interi): calore, fissazione chimica (formaleide), radiazioni gamma. Non danno in genere una robusta risposta T CD8+ perché il patogeno non entra nelle cellule (risposta Th e B > CTL). Nessuna possibilità di reversione. Non si replica, quindi necessita di richiami frequenti (costi più elevati). Più stabili, la catena del freddo non è richiesta. Es., ANTI-POLIO (Salk). 3. Coniugati: porzioni specifiche di un microorganismo (spesso polisaccaridi complessi) legati a proteine di trasporto/carrier (vaccino coniugato: polisaccaride+proteina di trasporto). Questo è l approccio usato per i vaccini pediatrici più recenti. Es., Haemophilus influenzae (meningite batterica) e pneumococchi.

51 I vaccini coniugati

52 3. Alcuni esempi di: vaccini coniugati A cosa servono i vaccini coniugati? I bambini al di sotto di 1-2 anni producono una risposta debole ad antigeni T indipendenti. Questi antigeni non sono proteine, sono generalmente polimerici (es. polisaccaridi complessi), mancano di epitopi T, e sono comuni ai batteri capsulati. Antigeni T indipendenti attivano i linfociti B a produrre anticorpi IgM Batteri capsulati: meningococco (Streptococcus pneumoniae), pneumococco (Neisseria), salmonelle, E. coli, Haemophilus influenzae, ecc. I vaccini coniugati hanno l obiettivo di produrre anticorpi che si possano legare alla capsula e fissare il complemento: le IgG! Hanno una durata più lunga e sono più protettive.

53 3. Alcuni esempi di: vaccini coniugati Vaccini coniugati low affinity, mostly IgM, short-lived high affinity, mostly IgG, long-lived Esempi: vaccini contro pneumococco e meningococco

54 3. Alcuni esempi di: vaccini coniugati La meningite Tra gli agenti batterici che causano la meningite il più temuto è Neisseria meningitidis (meningocco), oltre a Streptococcus pneumoniae (pneumococco) e Haemophilus influenzae. Del meningococco esistono diversi sierogruppi: A, B, C, Y, W135, X. Il più aggressivo è il meningococco di sierogruppo C, che insieme al B è il più frequente in Italia e in Europa. Secondo l ISS, nel 2015 si sono verificati in Italia quasi 200 casi di malattia invasiva da meningococco, la maggior parte dei quali causati dai sierogrupppi B e C. Le categorie più a rischio sono i bambini piccoli e gli adolescenti, ma anche i giovani adulti. Per il sierogruppo B, la maggior parte dei casi si concentra fra i bambini più piccoli, al di sotto dell anno di età. Esistono tre tipi di vaccino anti-meningococco: il vaccino coniugato contro il meningococco di sierogruppo C (MenC): è il più frequentemente utilizzato, e protegge solo dal sierotipo C; il vaccino coniugato tetravalente, che protegge dai sierogruppi A, C, W e Y; il vaccino coniugato contro il meningococco di tipo B: protegge esclusivamente contro questo sierogruppo. Meningite, come e quando difendersi con la vaccinazione ISS 29/12/2016

55 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni (II) 1. Vaccini attenuati (vivi, interi): immunogenici, ma non patogenici. Stimolano sia la risposta innata che adattativa (sia umorale che cellulo-mediata). Ci sono alcuni rischi di reversione della mutazione attenuante, Una singola dose non è sufficiente per un immunità duratura: necessità di un richiamo. Necessitano della catena del freddo. Es., ROSOLIA, ROTAVIRUS, ANTI-POLIO (Sabin). 2. Vaccini inattivati (uccisi, interi): calore, fissazione chimica (formaleide), radiazioni gamma. Non danno in genere una robusta risposta T CD8+ perché il patogeno non entra nelle cellule (risposta Th e B > CTL). Nessuna possibilità di reversione. Non si replica, quindi necessita di richiami frequenti (costi più elevati). Più stabili, la catena del freddo non è richiesta. Es., ANTI-POLIO (Salk). 3. Coniugati: porzioni specifiche di un microorganismo (spesso carboidrati complessi) legati a proteine di trasporto/ carrier (vaccino coniugato: polisaccaride+proteina di trasporto). Questi sono i vaccini utilizzati per i vaccini pediatrici recenti. Es., Haemophilus influenzae (bacterial meningitis) e pneumococchi. 4. Vaccini a subunità: proteine specifiche sicure di microorganismi possono risultare efficaci. Scarsa risposta T CD8+ e basso potere adiuvante naturale. Es., HBV, HPV.

56 4. Alcuni esempi di: vaccini a subunità Vaccino a subunità La patogenesi dell Epatite B è molto simile a quella dell Epatite C: il virus è diffuso e tumorigenico. E disponibile un vaccino efficace contro HepB. HepB non è facilmente coltivabile in laboratorio. Tuttavia, l antigene di superficie HBsAg può essere espresso come proteina ricombinante, purificato, e usato come immunogeno. Buona efficacia! Questo vaccino, è stato il primo ricombinante, e anche la prima immunizzazione anti-cancro. vaccino I virus dell Epatite B e C, sono responsabili dell 85% dei casi di carcinoma epatico. Ma non è disponibile un vaccino per l Epatite di tipo C!

57 4. Alcuni esempi di: vaccini a subunità Hepatitis B virus (HBV) E.coli DNA coding HBs Ag Recombinant HBs Ag: Recombinant Vaccine (protection in 85% of vaccinated individuals) HBsAg: Antigene di superficie del virus dell epatite B

58 LE LESIONI PRE-NEOPLASTICHE DELLA CERVICE UTERINA POSSONO PROGREDIRE IN NEOPLASIA

59 4. Alcuni esempi di: vaccini a subunità Subunit vaccines: HPV vaccine consisting of L1 (capsid protein) Virus-Like Particles (VLP) from HPV-16 and HPV-18 HPV: virus a DNA responsabile di varie lesioni, comunemente note con il nome di condilomi, che si possono riscontrare a livello dell apparato genitale femminile e maschile. Sono noti più di 20 ceppi virali alcuni dei quali, tra cui il ceppo 16 e 18, ad elevato potere trasformante.

60 La ricerca che cura - La vaccinazione con la proteina ricombinante dell involucro virale del virus del papilloma 16 e 18, ha lo scopo di ridurre l insorgenza di lesioni neoplastiche della cervice uterina in giovani donne vaccinate. - La vaccinazione determina una forte risposta linfocitaria T e B, in grado di neutralizzare il virus.

61 Strategie di vaccinazione (virus) La strategia di Jenner non è attuabile per la maggior parte dei virus patogeni, poiché solo per pochissimi di essi esiste una controparte naturale priva di rischio. VACCINI A VIRUS VIVI ATTENUATI (crescita in cellule umane e non; DNA ric.) VACCINI A VIRUS UCCISI O INATTIVATI (formalina, calore, radiazioni) VACCINI A SUBUNITA (tossoidi, proteine purificate o ricombinanti) Es.: antipolio (Sabin) morbillo parotite rosolia febbre gialla Es.: antipolio (Salk) influenza rabbia Es.: HBV HPV

62 Le vaccinazioni in Italia Difterite Tetano Pertosse (acellulare ) Poliomielite Salk (IPV) Haemophilus influenzae di tipo b (Hib) Epatite B Subunità Tossoidi + batteri uccisi Coniugato esavalente Pneumococco (eptavalente) Morbillo + Parotite + Rosolia (MPR) Meningococco (gruppo C) Varicella Virus attenuato Rotavirus Virus attenuato Papilloma (HPV) Subunità Coniugato Virus attenuati Coniugato trivalente Vaccinazioni obbligatorie fino al 2016 Vaccinazioni obbligatorie dal 2017 Vaccinazioni consigliate (2018)

63 Alcuni tipi di vaccini per patogeni comuni (II) 1. Vaccini attenuati (vivi, interi): immunogenici, ma non patogenici. Stimolano sia la risposta innata che adattativa (sia umorale che cellulo-mediata). Ci sono alcuni rischi di reversione della mutazione attenuante, Una singola dose non è sufficiente per un immunità duratura: necessità di un richiamo. Necessitano della catena del freddo. Es., VACCINO DI JENNER; ROSOLIA, ROTAVIRUS, ANTI- POLIO (Sabin). 2. Vaccini inattivati (uccisi, interi): calore, fissazione chimica (formaleide), radiazioni gamma. Non danno in genere una robusta risposta T CD8+ perché il patogeno non entra nelle cellule (risposta Th e B > CTL). Nessuna possibilità di reversione. Non si replica, quindi necessita di richiami frequenti (costi più elevati). Più stabili, la catena del freddo non è richiesta. Es., ANTI-POLIO (Salk). 3. Coniugati: porzioni specifiche di un microorganismo (spesso carboidrati complessi) legati a proteine di trasporto/ carrier (vaccino coniugato: polisaccaride+proteina di trasporto). Questi sono i vaccini utilizzati per i vaccini pediatrici recenti. Es., Haemophilus influenzae (bacterial meningitis) e pneumococchi. 4. Vaccini a subunità: proteine specifiche sicure di microorganismi possono risultare efficaci. Scarsa risposta T CD8+ e basso potere adiuvante naturale. Es. HBV, HPV. 5. Vaccini a DNA: introduzione di un DNA plasmidico direttamente nelle cellule del ricevente. Relativamente economico, specifico, e attiva bene i linfociti T CD8+. Problemi tecnici nell introduzione del DNA nelle cellule ( gene gun ). Alcuni problemi di sicurezza (inserzione casuale). Attivazione del Toll-like receptor 9 (CpG DNA).

64 5. Alcuni esempi di: vaccini a DNA Vaccini a DNA: una novità

65 5. Alcuni esempi di: vaccini a DNA Vaccini a DNA Meccanismo di generazione di CTLs, Th, anticorpi

66 Vaccini a DNA Meccanismo di generazione di linfociti T citotossici, T helper, anticorpi

67 5. Alcuni esempi di: vaccini a DNA Recombinant vectors or DNA vaccines

68 Vaccini a DNA: vie di somministrazione Il DNA viene inoculato per via sottocutanea, intradermica o intramuscolo. Il DNA viene coniugato ad un solido inerte (solitamente particelle d oro) e inoculato sotto getto pressurizzato, mediante gene gun (pistola genica).

69 Alternatives to vaccination with a needle: the gene gun (DNA vaccines) the transcutaneous immunization (patches, microneedles, powder)

70 Potenziali vantaggi dei vaccini a DNA (parte I) - Stabili, poca variabilità, economici, facili da preparare e da somministrare. - Azione simile al vaccino a subunità proteiche. - Più sicuri: si evitano i problemi potenziali di incorrect folding e di glicosilazione della proteina antigenica preparata. - Nessun rischio di malattia. - Si può ottenere una multivalenza di azione (es. inclusione di geni di citochine adiuvanti etc.). - Inducono risposte protettive complete (risposte T e B).

71 Advantages of DNA vaccines (part II) design manufacture safety stability & mobility immunogenicity simple engineering & design modification rapid production and formulation; reproducible, large-scale production and isolation unable to revert into virulent form (like live vaccine); does not require toxic treatment (like inactivated vaccine); no significant adverse events in clinical trials (many thousands vaccinated so far) more temperature stable than conventional vaccines; long shelf-life; ease of storage and transport; likely not to require a cold chain induction of antigen-specific T and B cell responses similar to those elicited by live attenuated vaccines

72 Vaccine design : considerazioni I principali componenti della risposta immunitaria possono essere stimolati da diversi tipi di vaccini Efficacia: - Anticorpi: attenuato > ucciso > subunità > DNA - T citotossici: attenuato > DNA > ucciso > subunità Tossicità: (infiammazione) Sicurezza: (biologica) attenuato > ucciso > DNA > subunità subunità > ucciso > DNA > attenuato

73 Sviluppo dei vaccini: metodi tradizionali e vaccinologia inversa! Vaccini a base di peptidi sintetici Conoscere la sequenza aminoacidica dell antigene Identificare gli epitopi immunodominanti Approccio sperimentale: Identificazione degli antigeni riconosciuti da anticorpi presenti nel siero dei pazienti Frammentazione della proteina nativa, con mezzi chimici o per digestione enzimatica Sintesi di tutti i possibili peptidi

74 Interplay of B cell technology and structural biology in vaccine design Rino Rappuoli et al. J Exp Med 2016;213: Rappuoli et al.

75 Type of vaccines licensed in the year 2000 and type of vaccines predicted to be available in the year 2020

76 Gli adiuvanti

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78 Come funzionano gli adiuvanti? 1. Determinano un lento rilascio dell antigene. 2. Stimolano l immunità innata (attivazione/maturazione delle APC). 3. Aumentano la cattura dell antigene (liposomi, microsfere). 4. Forniscono segnali co-stimolatori o citochine.

79 Gli adiuvanti Idrossido di Alluminio Adiuvante di Freund Citochine/chemochine Prodotti batterici CpG Liposomi Gli adiuvanti sono sostanze che, quando somminstrate con l antigene, ne aumentano l immunogenicità

80 What do adjuvants do? Oil Water Water-in-oil emulsion Water-in-oil emulsion 1.determine a slow release of antigen 2.stimulate innate immunity

81 Alcuni esempi Il mix perfetto: i progressi nella ricerca sugli adiuvanti

82 Alcuni esempi Agonisti dei PRR come adiuvanti

83 Alcuni esempi Rappresentazione schematica dei diversi sistemi di rilascio basati su nanoparticelle (A) Virus-like particle, (B) Liposome, (C) ISCOM, (D) Polymeric nanoparticle, (E) Non-degradable nanoparticle.

84 Alcuni esempi Un diverso approccio per ottenere peptidi antigenici presentati attraverso la via dell MHC di classe I ISCOM contenente il peptide Fusione ISCOM-APC ISCOM, un complesso immunostimolatorio ISCOM: Immunostimulating Complex Adjuvant (complesso di sostanze immunostimolanti adiuvante)

85 Figure 12-5 part 2 of 2 Il peptide è trasportato nel reticolo endoplasmatico Il peptide presentato in MHC di classe I sulla superficie cellulare è riconosciuto dal linfocita T CD8+ 85

86 Le malattie infettive sono tra le cause principali di morte nel mondo

87 Le malattie che potrebbero essere prevenute con un vaccino sono ancora una importante causa di morte pertussis 20% neonatal tetanus 13% non neonatal tetanus 1% other* 1% measles 38% Haemophilus influenzae 27% *other= polio, diphtheria, yellow fever In 2000, WHO estimated that 1.5 million of deaths among children under 5 years were due to diseases that could have been prevented by routine vaccination. This represents 14% of global total mortality in children under 5 years of age.

88 Un lungo elenco di vaccini disponibili per le malattie infettive nell uomo

89 ma per alcune malattie non sono ancora disponibili vaccini efficaci

90 L epatite C

91 Circa il 15% dei tumori sono causati da infezioni virali.