Adjuvanții pentru vaccinuri – noi teorii privind rolul lor în răspunsul imun

Adjuvanții pentru vaccinuri cresc eficacitatea și durata răspunsului imun obținut, putând susține un efect mai bun al imunizării, în funcție scopul urmărit. Inclusiv vaccinurile anti-COVID-19 se bazează pe adjuvanți mai noi sau mai vechi. Totuși, în pofida utilizării lor îndelungate, persistă încă unele necunoscute privind modul de acțiune al acestor compuși. Apelarea la biologia sistemică pentru o mai fidelă monitorizare a răspunsului imunitar la vaccinuri dezvăluie noi informații și oferă noi perspective în procesul de dezvoltare a vaccinurilor, dar și a noilor adjuvanți.

Adjuvanții pentru vaccinuri, introducere

Alături de antigene, adjuvanții sunt componente-cheie ale vaccinurilor, care au rolul de a îmbunătăți răspunsul imunologic postvaccinare, atât prin stimularea și amplificarea efectului imun obținut, cât și prin creșterea durabilității acestuia [1].

De-a lungul timpului, adjuvanții și-au dovedit utilitatea în promovarea imunității umorale protectoare împotriva multor boli infecțioase și în prevenirea mortalității și morbidității generate de acestea. În afară de utilizarea în vaccinurile concepute contra agenților infecțioși, adjuvanții au început să fie folosiți și în diverse terapii anticancerigene. Interesul față de aplicabilitatea adjuvanților în cadrul acestor tratamente, inclusiv în cazul vaccinurilor anticancerigene, a impulsionat cercetarea și dezvoltarea unui număr tot mai mare de noi adjuvanți, care au intrat treptat în etapa de studii clinice [2].

Totuși, deși a trecut aproape un secol de la introducerea primului adjuvant pentru vaccinuri – alaunul de potasiu (folosit în anul 1926 de către imunologul englez Alexander T. Glenny) – numărul adjuvanților care au primit autorizare în acest scop a rămas destul de redus.

Conform Pulendran et al., dezvoltarea tradițională a noilor adjuvanți destinați vaccinurilor este descrisă ca unul dintre cele mai lente procese din istoria medicinei. „Sărurile insolubile de aluminiu au rămas timp de peste șapte decenii singurul adjuvant inclus în produsele autorizate, cum ar fi vaccinurile împotriva hepatitei B, difteriei, tetanosului și tusei convulsive sau a virusului papiloma uman. La sfârșitul anilor 1990, adjuvantul MF59 […] era inclus pentru prima dată într-un produs autorizat în Europa, la un vaccin trivalent inactivat împotriva gripei sezoniere (Fluad), destinat adulților cu vârsta de peste 65 de ani”, notează autorii studiului. Lucrarea mai evidențiază că, în următorii 20 de ani de la introducerea MF59, doar alți patru adjuvanți au fost incluși în produse similare: As01, As04, As03 și citozina fosfoguanozina (CpG) 1018. „Deși mulți alți adjuvanți au demonstrat în această perioadă o potență semnificativă pe modele preclinice, majoritatea nu a obținut autorizația de utilizare la om, adesea din cauza unor probleme de siguranță sau tolerabilitate. În plus, în ciuda utilizării lor pe scară largă, mecanismele moleculare prin care adjuvanții disponibili (inclusiv alaunul, MF59 și adjuvanții tip As0) acționează efectiv la om nu sunt bine cunoscute”, mai subliniază Pulendran et al. [1].

După cum arată Giudice et al., această dezvoltare relativ lentă a adjuvanților pentru vaccinuri are la origine mai mulți factori [3]. „O înțelegere mai timpurie a mecanismelor de acțiune ale adjuvanților ar fi fost, probabil, benefică pentru accelerarea dezvoltării acestora, deoarece descoperirea biomarkerilor de siguranță și a corelațiilor de protecție împotriva bolilor ar fi facilitat evaluarea potenței și siguranței vaccinurilor cu adjuvanți în curs de dezvoltare”, observau Giudice et al. Pe de altă parte, demonstrarea valorii adăugate a adjuvantului la antigenul simplu necesită generarea unor dovezi adiționale pentru a valida utilizarea sa, ceea ce prelungește durata dezvoltării unui vaccin. Totodată, importanța crucială a îndeplinii criteriilor de siguranță de către vaccinurile care conțin adjuvanți noi, implică alcătuirea unei baze de date suficient de mari, pe diferite categorii de vârstă, înainte ca vaccinul cu noul adjuvant să primească aprobarea agențiilor de reglementare. „Acest lucru presupune studii ample de fază III, cu eșantioane de dimensiuni adecvate și durează mai mulți ani”, mai apreciau cercetătorii [3].

Analizând aceste evoluții, Pulendran et al. consideră că, pentru a impulsiona procesul de identificare a unor noi adjuvanți eficienți și siguri, abordarea tradițională trebuie schimbată, mai ales în contextul progreselor semnificative din ultimele două decenii, privind înțelegerea modului în care sistemul imunitar înnăscut detectează microbii, dar și ca urmare a instrumentelor oferite de vaccinologia sistemică [1].

Versatilitatea adjuvanților pentru vaccinuri

Datorită multiplelor roluri pe care le pot juca adjuvanții destinați vaccinurilor, adăugarea lor în compoziția serurilor pentru imunizare poate urmări diverse scopuri, precum: îmbunătățirea capacității antigenelor slabe de a iniția un răspuns imun, reducerea necesarului de antigene pentru o imunizare optimă, reducerea numărului de imunizări necesare, inducerea unui răspuns imun rapid (de exemplu, în profilaxia postexpunere la un agent patogen) ori potențarea răspunsului imun la anumite categorii de pacienți, cum ar fi vârstnicii, nou-născuții sau persoanele imunocompromise [4]. În plus, adjuvanții pot crește stabilitatea vaccinului, reducând riscurile de degradare a serurilor în timpul depozitării sau administrării [2].

Mai ales în actualul context, capacitatea adjuvanților de a modifica și extinde răspunsul imunitar al vaccinurilor este mai importantă ca oricând. „Acest efect este esențial în cazul agenților patogeni care necesită mai multe arme ale sistemului imunitar pentru a fi învinși, cum este cazul celor ce produc COVID-19 sau malarie, ori al agenților patogeni care suferă multiple mutații, de tipul virusurilor gripale sau HIV”, evidențiază Anita Milicic, șef al Grupului de Formulare a Vaccinurilor și Adjuvanților de la Universitatea Oxford [5].

Versatilitatea adjuvanților evoluează odată cu avansarea tehnologiilor. Astfel, astăzi sunt posibile formule moderne de adjuvanți, cum ar fi cele cu nanoparticule lipidice, care pot încapsula și condensa eficient ARN-ul mesager într-o structură solidă de lipide, pentru a furniza vaccinuri tip ARNm, de tipul celor concepute împotriva COVID-19 [2]. Și alte tipuri de vaccinuri anti-SARS-CoV-2 au beneficiat de adjuvanți inovativi, precum cel recombinant cu nanoparticule care folosește adjuvantul Matrix-M bazat pe o saponină.

Buna înțelegere a mecanismelor ce conduc la obținerea răspunsului imun a permis identificarea și utilizarea unor adjuvanți adecvați și în imunoterapia anticancerigenă, precum agoniștii STING. Totodată, multe studii arată că liganzii receptorilor Toll-like (TLR) pot fi utilizați atât ca adjuvanți ai vaccinurilor împotriva cancerului, cât și ca agenți imunoterapeutici [2].

Gama adjuvanților pentru vaccinuri, tot mai diversă

În prezent, există mai multe tipuri de adjuvanți pentru vaccinuri, clasificați în funcție de origine, compoziție și mecanismele prin care interacționează cu sistemul imunitar [6]. Conform Wu Liu, în aceste clasificări regăsim adjuvanți granulari și adjuvanți lichizi, precum și adjuvanți ADN, genetici ori stimulatori imunitari, adjuvanți pentru vaccinuri ADN cu administrare la nivelul mucoaselor, adjuvanți vegetali și adjuvanți cu citokine [2]. Clasificarea adjuvanților aprobați și mai ales a celor aflați în curs de dezvoltare ori studii a devenit deosebit de complexă, ca urmare a eforturilor tot mai intense de a crește „accesibilitatea imună” a antigenelor, mai exact facilitarea accesului antigenelor în țesutul limfoid auxiliar, în cantități adecvate pentru a induce răspunsuri imune [7]. Astfel, alături de adjuvanții clasici, au fost concepuți adjuvanți inovatori și chiar sisteme de eliberare cu rol de adjuvant, sub formă de emulsii, lipozomi, micro- și nano-particule, particule virus-like, virozomi sau ISCOM-uri (complexe de stimulare a imunității). De exemplu, din categoria emulsiilor, s-a conturat deja o nouă generație de adjuvanți pentru vaccinurile terapeutice, cu exponenți ca Montanide ISA 51 sau ISA 720, care au fost utilizați în peste 200 de studii clinice cu vaccinuri pentru cancer, SIDA, malarie sau boli autoimune [2].

O clasă distinctă este cea a potențiatorilor imuni (imunostimulatorilor), care vizează căile imunității înnăscute, prin intermediul receptorilor PRR (Pattern Recognition Receptors) sau direct (de exemplu, prin citokine) [6]. De altfel, descoperirea posibilității de a exploata căile PRR a avut un impact major în acest domeniu, mai ales identificarea receptorilor Toll-like (TLR) în anii 1990, urmată de descoperirea altor receptori asociați PRR. Noua generație de adjuvanți țintește receptori ca NOD-like (NLR), RIG-I-like (RLR), receptorii de lectină de tip C (CLR) sau alte molecule receptoare, precum liganzii STING [1].

Lacune în înțelegerea mecanismelor

Cercetătorii semnalează că au rămas în continuare lacune în ceea ce privește modul de acțiune a unor adjuvanți, mai ales a celor care nu vizează receptorii Toll-like, cum ar fi sărurile de aluminiu și emulsiile. În cazul sărurilor de aluminiu, cei mai utilizați adjuvanți din vaccinurile umane, majoritatea cunoștințelor deținute în prezent provin din studii observaționale, și nu din studii mecaniciste la om [3].

Explicată anterior prin efectul său depot, capacitatea de adjuvant a alaunului s-ar datora, de fapt, conform unor date mai noi, activării răspunsului imunitar înnăscut. „Adjuvanții care conțin aluminiu nu utilizează căile clasice de semnalizare TLR și MyD88 sau TRIF pentru a activa imunitatea înnăscută. În schimb, aceștia sunt detectați de receptorii de tip NOD (NLR), prin activarea directă a complexului inflamazomului NLRP3/NALP3 sau prin eliberarea acidului uric”, notează Apostólico et al. [6]. Pentru acești adjuvanți, rămân netranșate aspectele privind receptorii înnăscuți și semnalele care duc la răspunsuri ale anticorpilor și ale celulelor T helper, relevanța semnalelor de răspuns la stres, a leziunilor tisulare și a căilor senzorilor metabolici și de nutrienți, iar dovezile legate de rolul inflamazomului NLRP3 în medierea activității adjuvante a sărurilor de aluminiu sunt contradictorii [1].

Necunoscutele sunt valabile și în cazul MF59, un adjuvant de tip emulsie, pe bază de scualen, care și-a dovedit eficiența în cazul mai multor vaccinuri antigripale. Acest adjuvant induce o gamă mai largă de citokine și chemokine decât alaunul și recrutează rapid celulele inflamatorii CD11b+ la locul injectării [1]. Anumite mecanisme legate de acțiunea sa sunt cunoscute (precum activarea MyD88, independent de TLR, și activarea ASC, independent de NLRP3, sau stimularea celulelor T CD8+ pe calea dependentă de RIPK3), însă persistă neclarități referitoare la receptorii înnăscuți și semnalele care duc la răspunsuri ale anticorpilor și ale celulelor T helper, la relevanța semnalelor de răspuns la stres, în cazul leziunilor tisulare, și la cea a senzorilor metabolici și de nutrienți [1].

Având în vedere similitudinea sa cu MF59, As03 (un alt adjuvant pe bază de scualen) cu adaos de α-tocoferol angajează probabil aceleași căi de activare a imunității înnăscute. „Ambii adjuvanți stimulează citokinele și chemokinele înnăscute, dar rămâne de stabilit în ce măsură depinde fiecare de căile corespunzătoare IRE1α și RIPK3”, concluzionează Pulendran et al.

Folosit timp îndelungat la vaccinul Cervarix împotriva HPV, iar ulterior și pentru imunizarea împotriva HVB, adjuvantul As04 (o combinație dintre hidroxidul de aluminiu și monofosforil lipid A) încă mai dezvăluie efecte benefice neanticipate. Unele date sugerează că vaccinul cu adjuvant As04 ar putea fi eficient și împotriva tulpinilor HPV neincluse în formulă, însă sunt necesare studii suplimentare pentru a înțelege mecanismele precise din spatele acestui beneficiu al vaccinului anti-HPV cu adjuvant As04 [3].

Și adjuvantul As01, o combinație unică de două componente imunostimulatoare diferite – ligandul TLR4 și o fracțiune de saponină izolată și purificată (QS-21) – foarte apreciat pentru capacitățile sale de a depăși „imunosenescența” la subiecții mai în vârstă, are propriile necunoscute. Utilizat într-un vaccin licențiat împotriva malariei, As01 generează înmulțirea celulelor T CD4+ polifuncționale (cum ar fi celulele T care exprimă IL-2, IFNγ și TNF), specifice antigenului coadministrat, și a anticorpilor funcționali. Totuși, deși modelele preclinice au oferit date relevante, mai sunt încă multe de învățat despre modul în care acest adjuvant funcționează la om [1].

Înțelegerea limitată a mecanismului de acțiune a adjuvanților împiedică conceperea rațională a vaccinurilor. În plus, trebuie luat în calcul faptul că efectul acestora depinde și de antigenul folosit, care poate influența diferențele cantitative și calitative dintre răspunsurile imune declanșate de diverși adjuvanți [3].

Concepte emergente

În studiul lor din 2021, Pulendran et al. subliniază faptul că progresele recente din domeniul imunologiei indică noi posibile ținte celulare și moleculare pentru dezvoltarea adjuvanților competitivi.

Una dintre ținte ar fi identificarea unor adjuvanți care să inducă un răspuns mai puternic al celulelor T CD8+ și al celulelor TRM (celulele T de memorie, rezidente tisular), similar celui indus de vectorii virali din vaccinul împotriva febrei galbene. Se presupune că TRM persistă permanent în țesuturi și asigură o apărare de primă linie împotriva agenților patogeni. Alte direcții de urmat ar fi dezvoltarea unor adjuvanți care vizează alți receptori PRR decât TLR (inclusiv receptorii sensibili la acidul nucleic), dar și senzorii metabolici și de nutrienți, precum mTOR și GCN2 (cu roluri-cheie în modularea funcției celulelor dendritice și a imunității adaptative), ori moartea celulară. În privința acestor ultime ținte, progresele conceptuale recente evidențiază ideea potrivit căreia leziunile tisulare, diferitele forme de moarte celulară și senzorii metabolici și de nutrienți pot modula sistemul imunitar înnăscut pentru a activa imunitatea adaptivă [1].

Nu în ultimul rând, s-a conturat teoria eficienței adjuvanților epigenetici, plecând de la ipoteza existenței unei „imunități antrenate”. Lucrări recente sugerează că, în urma stimulării cu modele moleculare asociate patogenului (PAMPs), celulele imune înnăscute, inclusiv monocitele și macrofagele, suferă modificări epigenetice și dobândesc caracteristici asemănătoare memoriei [1].

Impactul vaccinologiei sistemice

Alături de cunoștințele valoroase acumulate în ultimele decade privind sistemul imunitar înnăscut, noile tehnologii, cum ar fi vaccinologia sistemică, sunt acum aplicate mai devreme în timpul testării vaccinurilor formulate cu adjuvanți noi, în speranța de a accelera dezvoltarea acestora [3]. Prin intermediul instrumentelor sale, vaccinologia sistemică permite analizarea în mod cuprinzător a răspunsurilor imune la vaccinare și utilizarea datelor generate prin astfel de analize, pentru a delimita corelațiile și mecanismele imunității obținute prin vaccinare [1].

„Scopul vaccinologiei sistemice este acela de a identifica semnăturile imune unice, care apar la câteva ore sau zile după imunizare și care pot anticipa dacă un beneficiar va dezvolta răspunsul imunitar dorit (corelații de imunitate) și/sau va fi protejat de boala vizată (corelații de protecție). Din punctul de vedere al dezvoltării vaccinurilor, această abordare promite identificarea rapidă a vaccinurilor eficiente și ineficiente, la câteva zile după imunizare. De asemenea, aceste abordări pot anticipa efectele adverse imediate sau pe termen lung, care decurg din actul imunizării”, arată Reed et al. Rezultatele cercetărilor efectuate au evidențiat potențialul vaccinologiei sistemice de a transforma studiile clinice la om în exerciții de generare a unor ipoteze, pe lângă funcția tradițională de testare a ipotezelor [4].

Concluzii

Adjuvanții s-au dovedit a fi componente-cheie ale vaccinurilor. După o perioadă îndelungată de stagnare, în care puțini adjuvanți au reușit să îndeplinească criteriile esențiale, precum înaltă eficacitate, niveluri foarte bune de tolerabilitate și siguranță, tot mai multe formule de vaccinuri cu adjuvanți noi ajung la stadii avansate de dezvoltare sau de acordare a autorizației.

Avansarea cunoștințelor privind sistemul imunitar uman, dar și a tehnologilor de formulare a adjuvanților și a vaccinurilor au accelerat acest proces. Pentru viitor, consolidarea datelor despre mecanismul de acțiune al adjuvanților existenți, abordarea unor noi ținte pentru răspunsul imun și valorificarea avantajelor vaccinologiei sistemice vor contribui la dezvoltarea adjuvanților optimi, care să răspundă nevoilor actuale de protecție împotriva agenților infecțioși periculoși, dar și dezideratului de a crea vaccinuri terapeutice.

Pentru ABONAMENTE și CREDITE DE SPECIALITATE click AICI!

Referințe bibliografice:

1. B. Pulendran, P. S. Arunachalam, D. T. O’Hagan – Emerging concepts in the science of vaccine adjuvants. Nat Rev Drug Discov 20, 454–475 (2021); doi.org/10.1038/s41573-021-00163-y;
2. Z. Wu, K. Liu – Overview of vaccine adjuvants, Medicine in Drug Discovery, Volume 11, 2021,100103; doi.org/10.1016/j.medidd.2021.100103;
3. G. Del Giudice, R. Rappuoli, A. M. Didierlaurent – Correlates of adjuvanticity: A review on adjuvants in licensed vaccines, Seminars in Immunology, Volume 39, 2018, Pages 14-21; doi.org/10.1016/j.smim.2018.05.001;
4. S. G. Reed, M. T. Orr & C. B. Fox – Key roles of adjuvants in modern vaccines; Nature Medicine, volume 19, number 12, December 2013; doi:10.1038/nm.3409;
5. Anita Milicic – Adjuvants: the unsung heroes of vaccines; The Conversation, march 24, 2021; www.theconversation.com;
6. J. de Souza Apostólico, V. A. Santos Lunardelli et al. – „Adjuvants: Classification, Modus Operandi and Licensing”, Journal of Immunology Research, vol. 2016, Article ID 1459394,  2016; doi.org/10.1155/2016/1459394;
7. M. Kaurav, J. Madan et al. – Combined adjuvant-delivery system for new generation vaccine antigens: alliance has its own advantage, Artificial Cells, Nanomedicine and Biotechnology; doi: 10.1080/21691401.2018.1513941.

Mihaela Cretu

Asistent de farmacie