Presentazione di PowerPoint

EVENTO FORMATIVO
LE VACCINAZIONI
Torino, venerdì 8 aprile 2016:
Le basi immunologiche
delle vaccinazioni
Maurizio Setti
Medicina Interna ed Immunologia Clinica
Università di Genova
Principi di funzionamento
della risposta immunitaria
Compartimenti del sistema immunitario
Benché ubiquitario nell’organismo, il sistema immunitario è
diviso in compartimenti, interconnessi ma distinti
Compartimenti filogenetico-funzionali:
- Immunità innata (costitutiva, aspecifica)
– Immunità acquisita (inducibile, specifica)
Compartimenti anatomico-funzionali:
Timo – Midollo osseo – Milza – Linfonodi – MALT
(SALT, NALT, BALT, GALT)
Inquadramento generale del sistema immunitario
Immunità innata o naturale
Cellule:
Fagociti (monociti,
granulociti)
Immunità acquisita o adattativa
Cellulare:
Linfociti T
APC (macrofagi, cellule
dendritiche)
CD4 (effettori, helper,
regolatori o memoria)
NK
CD8 (effettori, regolatori)
Proteine:
Cascata del complemento
Proteine di fase acuta (PCR)
Citochine
Umorale:
Linfociti B
(plasmacellule)
Organi
linfoidi
primari
Principali
organi
linfoidi
Placca di
Peyer
Linfonodo
Milza
Vasi linfatici afferenti
Capsula
Follicoli linfatici
Centri germinativi
Midollare
Trabecole
Venula efferente
Arteriola afferente
Vaso linfatico efferente
Setti 2013
toll-receptor
PAMP
geni derepressi
IL-1
IL-2
IL-12
IFN-γ
TNF-α
IL-8
CD40
CD86
DC
CD80
microrganismo
lisosoma
antigene
endosoma
Setti 2002
HLA-II
HLA-II con
peptide
CD4
LyT
peptidi
CD80
CD28
TCR
proliferazione
differenziazione
Il sistema HLA
ed il TCR
HLA-class I
HLA-class II
Diversità strutturale, diversità funzionale
Diversità combinatoria:
5.2 x 1015 possibili diversi TCR-
Selezione timica: >1 x 1013 possibili diversi TCR-
Riscontro sperimentale: >2 x 106 diversi TCR- nel topo, 2 x 107 nell’uomo
toll-receptor
PAMP
geni derepressi
IL-1
IL-2
IL-12
IFN-γ
TNF-α
IL-8
CD40
CD86
DC
CD80
microrganismo
lisosoma
antigene
endosoma
Setti 2002
HLA-II
HLA-II con
peptide
CD4
LyT
peptidi
CD80
CD28
TCR
proliferazione
differenziazione
Visione semplicistica
del funzionamento
del sistema immunitario
Setti 2005
Iweala & Nagler, Immunological Reviews 2006
toll-receptor
PAMP
geni derepressi
IL-1
IL-2
IL-12
IFN-γ
TNF-α
IL-8
CD40
CD86
DC
CD80
microrganismo
lisosoma
antigene
endosoma
Setti 2002
HLA-II
HLA-II con
peptide
CD4
LyT
peptidi
CD80
CD28
TCR
proliferazione
differenziazione
I recettori
dell’immunità innata
Recettori dell’immunità innata – pattern recognition receptors
(PRRs)
LBP
solubili
PCR
TLRs
di membrana
citoplamatici
NLRs
RLRs
Setti 2010
Peptidoglicani
Polilipoproteine
Polilipopeptidi
Lipopolisaccaridi
Glicofosfatidilinositolo
Zymosan
Lipopolisaccaridi
Acidi lipotecoici
GRAM-
Flagellina
BATTERI
Profilina
TOXOPLASMA
TLR11
Imidazoquinolina
Loxoribina
Bropirimina
ssRNA
VIRUS ssRNA
farmaci
VIRUS
dsRNA
VIRUS
CpG DNA
TLR7
GRAM+
TLR5
BATTERI
TLR8
TLR3
TLR6
MyD88
IRAK
TLR2
TLR9
TLR3
TRAF6
TLR1
TLR7
TLR8
TLR10
TLR9
NIK
?
TLR12-13
IKK
HLA-classe II, CD40, CD80, CD86
IL-1, IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-8,
IL-10, IL-12, IL-17, IFN-γ, TNF-α
NFkB
Setti 2016
toll-receptor
PAMP
geni derepressi
body scanner
IL-1
IL-2
IL-12
IFN-γ
TNF-α
IL-8
CD40
CD86
DC
CD80
microrganismo
lisosoma
HLA-II con
peptide
CD4
LyT
controllo passaporti
peptidi
antigene
endosoma
Setti 2002
HLA-II
CD80
CD28
TCR
proliferazione
differenziazione
La polarizzazione
della risposta immunitaria
TH0
TH1
IL-2
IL-4
TH2
TH17
Tr
IL-3
IL-4
IL-5
IL-6
IL-10
IL-17
IL-1
IL-6
IL-21
IL-22
IL-10
IFN-g
IFN-g
Lymphotoxin
GM-CSF
IL-2
IL-3
IL-12
Cytotoxic T cell activation
IgG-2 production
IgM, IgG1, IgA
IgE production
(IgM, IgG-1, IgA)
B cell proliferation
Macrophage activation
Activation of eosin.
Activation of
fibroblasts,
osteoclasts,
chemotaxis
TGF-
IL-5
Suppression of
TH1 and/or
TH2 functions
G D Victora, Science 2013;342:1186
Gli adiuvanti
vaccinali
SPECIFICAZIONI SUI CONCETTI DI CARRIER ED ADIUVANTE
CARRIER:
in senso stretto del termine, è un sistema (molecola,
complesso molecolare, particella) unicamente deputato al
trasporto dell’antigene dal sito di somministrazione al
sito di contatto con il sistema immunitario
ADIUVANTE: in senso stretto del termine, è un sistema (molecola,
complesso molecolare, particella) unicamente deputato al
potenziamento della reattività dell’antigene
In realtà pochi sistemi si comportano da carrier o da adiuvanti “puri”:
- molti carrier possiedono un intrinseco effetto adiuvante
- molti adiuvanti fungono anche da carrier
- spesso nella formulazione di un vaccino si coniugano insieme agenti ad
effetto carrier ed altri ad effetto adiuvante
- alcuni carrier sono disegnati per cotrasportare antigene ed adiuvante
- entrambi devono possedere (oltre all’efficacia) le stesse caratteristiche:
innocuità – biodegradabilità – stabilità – economicità - maneggevolezza
ALCUNI CARRIER E/O ADIUVANTI VACCINALI
Struttura
Alluminio
Emulsioni
Tossine
batteriche
Tossine
mutanti
CpG
Liposomi
ISCOMs
Polimeri
polisaccar.
Virosomi e
simili
Vettori vivi
Plasmidi
Funzione
prevalente
Precipitati insolubili di sali od ossido di Al Ad
(ritardante)
Olio-acqua (FIA) o acqua-olio (MF59,
Ad
MDP, MPL) stabilizzate con surfactante
Proteine batteriche con struttura a subunità Ad
A e B (CT, LT)
Modificazioni della sb. A di CT o LT
Ad
(CTF61, LTR72, LTK63, ecc.)
Sequenze oligonucleotidiche batteriche
Ad
(rare in mammiferi)
Vescicole lipidiche riempibili di molecole Carr / Ad
varie
Gabbie di lipidi con detergenti
Ad / Carr
Polimeri che incapsulano l’antigene con
Carr / Ad
degradazione grad. (PLG, Chitosan, MPL)
Particelle similvirali sintetiche coattabili
Carr / Ad
con molecole varie
Virus o batteri innocui, ricombinanti per
Carr / Ad
esprimere proteine antigeniche varie
Inserti di DNA che inducono espressione
Carr / Ad
di proteine (es. antigeni + citochine)
Effic.
gener.
+++
solo Ab
++
Eff. Tossic.
in flu
--scarsa
++
scarsa
+++
++
elevata
++
+
lieve
+++
+
scarsa
+++
++
scarsa
++
++
+
+
scarsa
scarsa
+++
++
scarsa
+++
+
lieve
++
+
ignota
Coffman et al. Immunity 2010
TLRs: ligands, role in host defense and disease, co-receptors and adaptor usage
TLR
Ligands
Microbial target
TLR1
Triacyl lipopeptides
Mycobacteria
TLR2
Peptidoglycan
Gram positive bacteria
Lipoteichoic acid
Gram positive bacteria
GPI-linked proteins
Trypanosomes
Atypical LPS
Gram negative bacteria
Lipoproteins
Mycobacteria
Zymosan
Fungi
TLR3
DsRNA
Viruses
TLR4
LPS
Gram negative bacteria
F protein
RSV
Hsp60?
Host
AS04 (MPL)
HPV, HBV
TLR5
Flagellin
Many bacteria
TLR6
Diacyl lipopeptides
Mycobacteria
Zymosan
Fungi
ssRNA
Many viruses
Imiquimod, R848
Synthetic
Loxiribine
Synthetic
ssRNA
Many viruses
R848
Synthetic
Herpes virus DNA
Virus
CpG ODNs
Synthetic
TLR7
TLR8
TLR9
Possible role in disease
Sepsis, RA, IBD
Sepsis, RA, IBD, asthma
Co-receptors
Adapters
TLR2
MyD88
TLR1, TLR6, CD14, Dectin-1
MyD88, Mal
None known
Trif
CD14, MD2, CR3
MyD88, Mal, Trif, Tram
MyD88
IBD, Legionnaire's disease
None known
MyD88
TLR2
MyD88
None known
MyD88
None known
MyD88
SLE
None known
MyD88
UTIs
None known
MyD88
TLR10 (mouse)
?
TLR11 (mouse)
?
TLR12 (mouse)
?
None known
?
TLR13 (mouse)
?
None known
?
a
Uropathogenic bacteria
Abbreviations: IBD, inflammatory bowel disease; LPS, lipopolysaccharide; RA, rheumatoid arthritis; RSV, respiratory syncytial virus; SLE, systemic lupus erythrometosis;
TLRs, Toll-like receptors; UTIs, urinary tract infections.
TLR response agonists and their optimal concentrations
Agonists
phenotype
Agonist
Agonist concentration
for 80% response
TLR2
HKLM/PMX
3e07 cell/mL/20 μg/mL
TLR3
Poly-I:C/DOTAP
25 μg/mL/10 μg/mL
TLR4
LPS
20 ng/mL
TLR5
Flagellin/PMX
0.5 ng/mL/20 μg/mL
TLR2/6
FSL1
100 ng/mL
TLR7 (TLR7c)
Loxoribine
500 μM
TLR7 (TLR7m)
3M-001 analog
3 μM
TLR7/8
3M-003
3 μM
TLR8
3M-002
3 μM
TLR9
CpG 2216
3 μM
Vehicle
Culture media
RPMI/10%FCS
–
Toll-receptor
PAMP
Geni derepressi
IL-1
IL-2
IL-12
IFN-γ
TNF-α
IL-8
CD40
CD86
DC
CD80
VACC
lisosoma
antigene
endosoma
Setti 2002
HLA-II
HLA-II con
peptide
CD4
LyT
peptidi
CD80
CD28
TCR
proliferazione
differenziazione
toll-receptor
PAMP
geni derepressi
IL-1
IL-2
IL-12
IFN-γ
TNF-α
IL-8
CD40
CD86
DC
CD80
vaccino
VACC
lisosoma
HLA-II con
peptide
CD4
LyT
peptidi
CD80
CD28
microrganismo
antigene
endosoma
Setti 2002
HLA-II
TCR
proliferazione
differenziazione
Dec. 2015
May 2015
Oct. 2015
Vaccinazioni
ed autoimmunità
Meccanismi fisiopatologici delle malattie autoimmuni
Fattori genetici
Geni che
immunogenicità target
Geni che
Geni che
stato di attivazione
sistema immunitario affinità antigeni
Predisposizione generica
sviluppo autoimmunità
Fattori ambientali
Mimetismo
molecolare
Azione
adiuvante
Predisposizione sviluppo
specifiche malattie
Diatesi
autoimmunitaria
Aumentato rischio
per malattia autoimmune
MALATTIA
MALATTIA AUTOIMMUNE
AUTOIMMUNE
Setti 2002
Meccanismi di autoimmunità
indotta da infezione
Infezione microbica di tesuto
dell’ospite porta a danno
tessutale (1) e rilascio di
antigeni self (2). Molecole
microbiche legano Toll-like
receptors su APC, provocando
up-regulation di MHC ed
espressione di molecole
costimulatorie e secrezione di
citochine (3). Up-regulation di
antigeni self da parte di APC
attiva cellule T autoreattive
portando a cascata di
secrezione citochinica,
infiammazione locale e
reclutamento di linfociti
autorettivi addizionali (4).
Meccanismi di mimetismo molecolare
A: linfociti B reattivi contro il
patogeno sono attivati per
riconoscimento diretto dell’antigene
microbico.
Le cellule B attivate in seguito crossreagiscono con antigeni espressi da
tessuti dell’ospite, portando ad
autoimmunità.
B: linfociti B reattivi contro il
patogeno sono attivati per
riconoscimento di antigeni microbici
danneggiati presentati su molecole
MHC dalle APC.
Le cellule B attivate cross-reagiscono
con antigeni self espressi da tessuti
dell’ospite, o presentati dalle APC,
portando ad autoimmunità.
affinità
Modello di risposta immunitaria ad infezione naturale: antigeni coinvolti
antigeni
Setti 2009
Modello di risposta immunitaria ad infezione naturale: antigeni coinvolti
affinità
protezione
cross reazione
cross reazione
antigeni
Setti 2009
affinità
Modello di risposta immunitaria a vaccinazione: antigeni coinvolti
antigeni
Setti 2009
Modello di risposta immunitaria a vaccinazione: antigeni coinvolti
affinità
protezione
cross reazione
cross reazione
antigeni
Setti 2009
Principali differenze tra risposta immunitaria
ad infezione naturale e a vaccinazione
Infezione batterica
o fungina
Quantità di antigene
- proteine presenti
- peptidi possibili
Infezione virale
Vaccinazione (non a
microrg. intero)
103
106
102
104-5
100-1
103
Specificità per
epitopi rilevanti
bassissima
bassa
elevatissima
Durata stimolazione
da pochi a molti
giorni
da pochi a molti
giorni
poche ore
Stimolazione
immunità innata
multidirezionale
oligodirezionale
monodirezionale
Modalità di risposta
prevalente
Th2
Th1
variabile
Raggiungimento di
elevata affinità
molto lento
lento
rapido
moderata
scarsa
Possibilità di crosselevata
reazione con antigeni
self
Fattori che influenzano lo sviluppo di autoimmunità
Protettivi
Scarsità di infezioni
Clearance microbica
Rapidità di guarigione
Specificità delle risposte immuni
Setti 2016
Favorenti
Cross-reattività
Prolungamento infezioni
Recidiva infezioni
«Spread» delle risposte
Fattori che influenzano lo sviluppo di autoimmunità
scenario infezioni naturali
Protettivi
Favorenti
Rapidità di guarigione
Cross-reattività
Prolungamento infezioni
Recidiva infezioni
«Spread» delle risposte
Setti 2016
aumento rischio di
innesco autoimmunità
Fattori che influenzano lo sviluppo di autoimmunità
scenario vaccinazioni
Favorenti
Cross-reattività
Protettivi
Scarsità di infezioni
Clearance microbica
Rapidità di guarigione
Specificità delle risposte immuni
Setti 2016
aumento protezione
da autoimmunità
Setti 2005
Vaccinazioni contro malattie infettive o tumori
Scenario malattia
Setti 2016
Vaccinazioni contro malattie infettive o tumori
Scenario protezione
Setti 2016
Vaccinazioni contro malattie autoimmuni
Scenario malattia
Setti 2016
Vaccinazioni contro malattie autoimmuni
Scenario protezione
Setti 2016
DEFINIZIONE DI VACCINO
- PROTEZIONE IMMUNOLOGICA ATTIVA
INDOTTA MEDIANTE
STIMOLAZIONE ARTIFICIALE
DEL SISTEMA IMMUNITARIO
-
MANIPOLAZIONE DELLA RISPOSTA
IMMUNITARIA PER OTTENERE
UN ASSETTO PIU’ FAVOREVOLE
ALLA SALUTE
Setti 2008