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Nuovi vaccini contro i principali patogeni enterici

Nel mondo in via di sviluppo ogni anno muoiono quasi 1,5 milioni di bambini a causa di malattie diarroiche. Inoltre, spesso i superstiti sviluppano una malnutrizione cronica secondaria. La vaccinazione contro i principali enteropatogeni rappresenta l’approccio con il miglior rapporto tra costi e benefici per affrontare queste terribili statistiche.
Nuovi vaccini contro i principali patogeni enterici
La Shigella e l’Escherichia coli enterotossigeno (ETEC) sono – insieme al rotavirus – i principali patogeni che colpiscono i bambini al di sotto dei cinque anni. Entrambi patogeni della famiglia delle Enterobatteriacee, causano dissenteria (una grave diarrea infiammatoria ematica) dovuta all’invasione alla mucosa intestinale, nonché una sindrome simile al colera, dovuta alla produzione di potenti enterotossine che causano una disidratazione acuta.

A tutt’oggi non esistono vaccini efficaci in grado di proteggere i bambini nelle regioni endemiche a basso reddito, specialmente nell’Africa Africa subsahariana e nell’Asia meridionale.

Per affrontare questa gravissima problematica sanitaria pubblica, il consorzio STOPENTERICS (Vaccination against Shigella and ETEC: novel antigens, novel approaches), finanziato dall’UE, ha proposto una svolta, diretta a progettare, sviluppare e testare nuovi vaccini contro la Shigella e l’ETEC.

“Il nostro obiettivo era duplice, vale a dire infrangere il dogma di specificità di sierotipo e indurre un’immunità cross-protettiva contro tali patogeni, e migliorare l’immunogenicità protettiva dei vaccini coniugati derivati da lipopolisaccaridi della Shigella,” spiega Philippe Sansonetti, coordinatore del progetto. “Riguardo a quest’ultimo intento, ci siamo proposti di realizzare imitatori funzionali sintetici progettati attentamente di polisaccaridi somatici O (antigeni O) specifici rispetto al sierotipo e la loro coniugazione controllata alla proteina vettore del tossoide”.

La progettazione del vaccino e l’immunità protettiva

L’idea prevedeva di combinare in un’unica formulazione vari antigeni di proteine cross-protettive e i più prevalenti oligosaccaridi di sintesi che definiscono il sierotipo. A tal fine, i partner hanno sviluppato due piattaforme: una dedicata all’identificazione e alla produzione di nuovi antigeni di proteine o polisaccaridi definiti chimicamente, e una per la valutazione clinica e preclinica della sicurezza e dell’immunogenicità di antigeni candidati.

Nella prima piattaforma, hanno impiegato tecnologie d’avanguardia come la genomica, la trascrittomica e l’(immuno)proteomica, per scoprire proteine di superficie e di virulenza conservate in tutti gli isolati di Shigella o ETEC. La scoperta di antigeni di proteine cross-reattivi in Shigella ed ETEC ha posto una sfida rilevante al consorzio.

Per superare l’eterogeneità genomica dell’ETEC, gli scienziati hanno eseguito un’estesa metanalisi di bioinformatica, per identificare geni comuni che codificassero proteine immunogene di superficie. Nella Shigella e nell’ETEC è stato identificato un insieme limitato di promettenti proteine, attualmente in fase di valutazione in modelli preclinici.

I ricercatori si sono anche dedicati a migliorare le prestazioni immunogene degli antigeni di interesse. In particolare, hanno lavorato a migliorare il concetto di vaccino coniugato a base di lipopolisaccaridi per gli antigeni O caratterizzati dai sierotipi di Shigella endemici più prevalenti (S. flexneri 1b, 2a, 3a, 6 e S. sonnei), preparando così alla fine un vaccino coniugato iniettabile che conferisce circa l’80 % della copertura.

“Abbiamo messo in atto una strategia multidisciplinare che si affida alla glicochimica, immunochimica, biofisica e analisi strutturale, per identificare gli oligosaccaridi di sintesi che simulano l’antigene naturale,” spiega il prof. Sansonetti. La coniugazione controllata al tossoide del tetano di apteni selezionati e la valutazione in vivo dei glicoconiugati risultanti (S. flexneri 2a e 3a), hanno consentito un’ulteriore ottimizzazione, relativa alla lunghezza di catena, al residuo terminale e alla densità di esposizione. È in corso l’attuazione dello stesso approccio multidisciplinare è in corso per SF1b, SF6 e S. sonnei, anche se in fase meno avanzata.

In relazione ai vaccini per la Shigella, i ricercatori hanno formulato un altro approccio innovativo denominato Moduli generalizzati per l’espressione di antigeni di membrana (GMMA - Generalized Modules for Membrane Antigens). I GMMA sono particelle di membrana esterna, ottenuti dopo la modifica genetica di batteri Gram-negativi, al fine di intensificare il rilascio naturale di bolle dalla loro superficie. Nel loro contesto naturale, i GMMA presentano antigeni di superficie; pertanto, sono stati utilizzati come sorgenti per la scoperta e la valutazione di nuovi antigeni di Shigella cross-protettivi e veicoli di antigeni O. Dato che i GMMA derivano dalla membrana esterna, contengono per natura stimolatori per la risposta immunitaria innata e sono molto immunogenici. Per utilizzare i GMMA nei vaccini, i ricercatori hanno detossificato geneticamente l’endotossina racchiusa per ridurre l’immunoreattività. Inoltre, hanno sviluppato un sistema di produzione a elevata resa e basso costo, rendendo i GMMA candidati vaccini molto interessanti.

In relazione all’ETEC, è stata dedicata un’attenzione particolare ad attenuare l’endotossicità, stimolare l’immunogenicità ed evitare l’immunoreattività della tossina ST. Quest’ultima costituisce un piccolo peptide scarsamente immunogeno con funzione di guanilato ciclasi, la cui espressione è associata in misura significativa a forme gravi di diarrea da ETEC.

Una notevole attività si è anche concentrata sulla via ottimale di immunizzazione, con un’attenzione particolare alle formulazioni somministrate per via parenterale. I ricercatori hanno ottimizzato l’adiuvante associato, in modo da conseguire nella misura massima anticorpi specifici di siero e mucosa. Hanno monitorato anche le risposte immunitarie e, in particolare, la memoria delle cellule B, che è centrale per evocare risposte più efficaci al ripetersi dell’infezione.

Test clinici

Dopo la validazione preclinica in modelli animali di immunogenicità, sono stati prodotti lotti di due prototipi di vaccini per la Shigella applicando norme di buona fabbricazione (NBF), i quali hanno superato i saggi di tossicità, spianando la strada a due studi di fase 1. Queste sperimentazioni hanno puntato a validare il primo coniugato sintetico a base di carboidrato S. flexneri 2a (SF2a-TT15,) e un candidato a base di GMMA per S. sonnei (1790GAHB). Lo studio GMMA è terminato, dimostrando che i GMMA sono ben tollerati e hanno indotto titoli anticorpali nella stessa misura osservata dopo l’esposizione naturale al patogeno. Attualmente è in fase di test SF2a-TT15.

I partner prevedono che i risultati completi della sperimentazione saranno disponibili nel primo trimestre del 2017. In entrambi i casi, risulta correttamente realizzata l’introduzione di saggi di immunomonitoraggio.

Complessivamente, le conoscenze multidisciplinari dello studio STOPENTERICS si sono dimostrate essenziali per la progettazione, lo sviluppo e l’esecuzione di test clinici relativi a tali nuovi vaccini contro patogeni enterici gravi.

Keywords

Vaccino, malattie diarroiche, Shigella, Escherichia coli enterotossigeno, STOPENTERICS, antigene O, GMMA, glicoconiugati, oligosaccaridi di sintesi