Risposta immunitaria

Piano Regionale delle Vaccinazioni
Profilassi vaccinale come scelta consapevole
e gestione degli eventi avversi
Sede e Data
1
Caratteristiche della risposta immunitaria
ai vaccini
Relatore e Qualifica
2
Ambiente esterno
Germi patogeni
UOMO
SISTEMA IMMUNITARIO
•Rapida
•Scarsa specificità
•Presente alla nascita
•Non si modifica con l’età
•Recettori immunità innata
•Cellule: macrofagi,
polimorfonucleati, natural killer
Immunità
innata
Immunità
adattiva
Cute, mucose,
secrezioni
•Non rapida
•Molto specifica
•Memoria
•Può sbagliareimmunopatologia
•Cellule: linfociti
•Risposta umorale
•Risposta cellulare
3
BARRIERE DI PROTEZIONE ESTERNE
prima linea di difesa
dell'immunità innata
4
Innate Immunity
Innate immunity is responsible for the earliest response by the
body to potential infection.
Innate immunity precedes adaptive immunity.
5
Il sistema immunitario protegge
l'ospite dai microrganismi patogeni
FASI
Riconoscimento
Attivazione
Eradicazione
6
Importanti caratteristiche del
Sistema Immunitario
•
•
•
•
Specificità
Memoria
Tolleranza
Rigetto
7
FATTORI CHE INFLUENZANO
IL TIPO DI RISPOSTA
Nell’infezione naturale, il tipo di microrganismo, la sua via
di entrata nell’ospite e la sede di concentrazione
prevalente determinano il tipo di risposta immunitaria, che
sarà la più idonea alla sua neutralizzazione ed
eliminazione:
l’immunità umorale esercita un ruolo fondamentale nella
neutralizzazione dei virus e delle tossine batteriche e nel
prevenire l’adesione di microrganismi extracellulari ai
recettori sulle cellule ospiti
l’immunità cellulare è necessaria per eliminare i patogeni
intracellulari
l’immunità mista cellulare e umorale mucosale per
prevenire l’adesione e la penetrazione di nuovi
microrganismi
8
Infezione
malattia
Patogeno
Risposta
immunologica
tossina
Vaccino
Risposta immunologica
Guarigione
e
protezione
Protezione
9
FATTORI CHE INFLUENZANO IL TIPO DI RISPOSTA E
L’EFFICACIA VACCINALE
Nell’infezione naturale, il tipo di microrganismo, la sua via di
entrata nell’ospite e la sede di concentrazione prevalente
determinano il tipo di risposta immunitaria, che sarà la più
idonea alla sua eliminazione.
Anche per i vaccini il tipo di formulazione e la via di
somministrazione influenzano il tipo di risposta e l’efficacia
La risposta umorale esercita un ruolo fondamentale nella
neutralizzazione dei virus e delle tossine batteriche e nel
prevenire l’adesione di microrganismi extracellulari ai recettori
sulle cellule ospiti, mentre l’immunità cellulare è necessaria
per eliminare i patogeni intracellulari
10
I vaccini interi, (attenuati o inattivati),
specie se somministrati per le vie naturali dell’infezione,
soddisfa generalmente tutti i requisiti necessari
Gli antigeni solubili non raggiungono le cellule
immunocompetenti specifiche o
non promuovono risposte efficaci
11
Antigene: sostanza in grado di
indurre la risposta immunitaria
Vaccino: antigene, carrier, adiuvante
Adiuvante: sostanza aggiunta al vaccino
per aumentarne l’immunogenicità,
attraverso il prolungamento
dell’effetto stimolante
Carrier: sostanza con funzione di
trasporto
12
REQUISITI FONDAMENTALI PER L’EFFICACIA DI UN VACCINO
-SPECIFICITA’:
si devono individuare determinanti antigenici specifici
- PROTEZIONE:
i determinanti antigenici devono indurre immunità protettiva
- IMMUNOGENICITA’:
la formulazione deve indurre il sistema immunitario a montare una
risposta effettrice, nella sede idonea
- INDUZIONE DI MEMORIA IMMUNOLOGICA:
la risposta immunitaria deve portare alla costituzione di
memoria immunologica di lunga durata, anche in ambiente “antigenfree”
13
CELLULE COINVOLTE NELLA
RISPOSTA IMMUNOLOGICA
Monociti/Macrofagi
Cellule dendritiche
Linfociti natural killer
Linfociti B
Linfociti T effettori (citotossici)
Linfociti T regolatori (amplificatori e
soppressori)
14
Linfocita NK CD56+
-NK CD3-NKT CD3+
Macrofagi
Cellule dendritiche
Monociti
APC (cellule presentanti l’antigene)
Linfocita T CD3+
-helper CD4+
-citotossico CD8+
-regolatorio(CD4+,CD8+)
Linfocita B CD19+
15
Macrofagi
Cellule dendritiche
Monociti
APC (cellule presentanti l’antigene)
16
I recettori dell’immunità innata
Toll-like receptors
• Sono presenti sulla superficie delle cellule
• Riconoscono “patterns” molecolari
altamente conservati (PAMPS), prodotti da
svariati microorganismi
• Scoperti negli anni ’90, oggi riconosciute 13
unità distinte
17
Toll-like receptor (TLR) e
Pathogens Associated Molecolar Patterns (PAMP)
Peptidoglycan (G+)
Lipoprotein
Lipoarabinomannans
Zymosan (Yeast)
GPI protein
TLR-6
TLR-2
LPS(G-)
RSV F
TLR-1 CD14 MD-2 TLR-4
dsRNA
TLR-3
Flagellin
Bacterial
CpG DNA
TLR-9
TLR-5
Based on Nat. Rev. Immunol. 2001; 1: 135
18
19
20
• I Toll-receptors sono molecole che legano strutture
batteriche altamente conservate (lipopolisaccaridi di
membrana, tossine, oligonucleotidi CpG) o virali (RNA a
doppia elica) mediando segnali di attivazione cellulare.
• La cellula attivata produce citochine , chemochine e
molecole costimolatorie essenziali per l’attivazione
dell’immunità specifica.
• I TLR sono come “sentinelle” che per primi avvertono il
sistema immunitario, lo attivano ed indirizzano il tipo di
risposta.
21
Quasi tutti gli adiuvanti conosciuti (con l’eccezione dei
sali di alluminio) sono ligandi dei Toll-receptors.
Differenti Toll-receptors legano con diversa affinità
diverse sostanze, mediando segnali qualitativamente e
quantitativamente differenti. Inoltre, diverse cellule
e in differenti siti esprimono pannelli diversi di questi
recettori (2000-03)
Il risultato finale della stimolazione dei TR può
esitare in effetti diversi a seconda del tipo di
patogeno e della sede di contatto, nell’infezione
naturale, e del tipo di adiuvante usato e della via di
somministrazione nelle pratiche vaccinali
22
23
24
TR
TH0
TH1
IL-2
IL-4
TH2
IFN-γ
IFN γ
Lymphotoxin
GM-CSF
IL-2
IL-3
Cytotoxic T cell activation
IgG-2 production
(IgM, IgG-1, IgA)
Macrophage activation
IL-3
IL-4
IL-5
IL-6
IL-10
IgM, IgG1, IgA production
IgE production
B cell proliferation
Activation of eosinophils
25
HLA
J. Noble
Human Leukocyte Antigen
Complesso maggiore di isocompatibilità
MHC
Molecole superficie cellulare
distinzione self vs. nonself
Presenta gli antigeni peptidici alle cellule T
CLASSE I: A,B,C
CLASSE II: DR,DQ,DP
26
Le molecole HLA Classe I e II hanno
Struttura and Funzioni distinte
•Legano 8-10mers
•Espresse dalla maggior
parte delle cellule nucleate
•Presentano proteine
citosoliche alle cellule
T CD8+
•Legano 13-25mers
•Espresse da APCs,
Macs, B cells, T cell. attivate
•Presentano proteine vescicolari alle cellule T CD4+
α1 α2
α1 β1
β2 α3
α2 β2
Class I
Class II
BDC
Immunità umorale
Produzione di anticorpi
28
IMMUNITA‘ VERSO ANTIGENI
PROTEICI
(T-DIPENDENTE)
29
Prima fase: riconoscimento
Antigene
endocitosi
+
CD4
CD4+
TT cell
cell
T Cell
Receptor
APC
Peptide
MHC II
30
Attivazione delle cellule T
da parte delleIL-1APC
IL-6
IL-12
IL-12 Receptor
CD28
“Segnale 3”
LPS
B7
+
CD4
CD4+
TT cell
cell
T Cell
Receptor
“Segnale 2”
TLR4
“Segnale 1”
Peptide
MHC II
Antigen Presenting Cell (APC)
Segnale 1: Specificità
Segnale 2: Attivazione
Segnale 3: Differenziazione
31
La presentazione dell’antigene senza l’attivazione del sistema
immune innato porta ad una “non risposta” (anergia)
Pathogens
TLRs
Antigen
presentation
T
APC
TH1
IFN-γ
Costimulatory
molecules
IL-12, IL-18
Soluble Proteins
TLRs
Antigen
presentation
T
APC
Anergy
Costimulatory
molecules
IL-12, IL-18
32
Interazione tra APC e cellula T
CTLA-4
B7 (CD80/86)
B7 (CD80/86)
APC
CD58 (LFA-3)
CD40
↑Activation
Recognition
TCR
MHC II
↑Activation
CD28
↓Activation
CD2
CD4+
T Cell
Adhesion
CD40L
33
34
35
Seconda fase: attivazione
Antigenpresenting
cell
B7
HLADR
CD28
CD4
IgG
TCR
B Cell
CD40LCD40L-CD40
CD40L-CD40
T-helper cell
36
Seconda fase: attivazione
37
38
T-helper cell
IL
Activated
T-helper-1 or 2 cell
CD4
-1
IL -2, -4,
-5
I FN
CD4
TCR
TCR
Antigenpresenting cell
Cell–cell contact
IL-3
IL-4
IL-5
IL-10
IFN
B cell
Antigen
MHC
Memory
IgG1-producing
B cell
plasma cell
39
La risposta anticorpale
IgG
IgM
0
14
28
IgM
giorni
Mem
M
Mem
Mem
M
B
G
Mem
Mem
M
Mem
G
IgG1
40
41
Differenti isotipi di Ig
(classi) hanno
differenti funzioni
Inoltre i differenti
isotipi hanno diversa
distribuzione [sangue,
secrezioni (muco,
saliva, lacrime, latte),
passaggio attraverso
42
la placenta]
Osponizzazione di un batterio
e fagocitosi
Osponizzazione di un batterio
capsulato e fagocitosi
43
Correlati di protezione dei vaccini
Anatossina tetanica
>0.1 IU/ml
Anatossina difterica
>0.01 IU/ml
Pertosse intero
Titolo agglutinine >1.32
Pertosse acellulare
Sconosciuto
Polio
>1:8
Morbillo
>1:8
Parotite
>1:8
Rosolia
>1:8
Pichichero, Pediatr Clin North Am, 2000
44
Correlati di protezione dei vaccini
Epatite B
>10 mIU/ml
Epatite A
>30 mIU/ml
Varicella
Titolo FAMA 1:10
Hib non coniugato
>1 µg/ml
Hib coniugato
Sconosciuto
Pneumo non coniugato
>1.5 µg/ml
Meningo non coniugato
>2.0 µg/ml
Pneumo o meningo con.
Sconosciuto
Pichichero, Pediatr Clin North Am, 2000
45
IMMUNITA‘ VERSO ANTIGENI
NON PROTEICI
(T-INDIPENDENTE)
POLISACCARIDI, ACIDI NUCLEICI,
GLICOLIPIDI
46
Antigen recognition
by B cells
IgM-producing
plasma cell
Regulation of
B cell response
by T-helper cells
Memory B cell
?
?
IgG2-producing
plasma cell
47
Principali differenze tra
antigeni
T-dipendenti e T-indipendenti
T-dipendenti
proteico, glicoproteico
buon effetto priming
buono switch IgM-IgG
elevata risposta IgG1
valido effetto booster
T-indipendenti
polisaccaridico
scarso effetto priming
scarso switch IgM-IgG
risposta IgG2
scarso effetto booster
48
Livelli di sottoclassi IgG nelle varie età
mg/dl
mg/dl
800
80
600
60
400
40
200
20
0
0
IgG1
IgG2
IgG3
3 mesi
3 anni
10 anni
adulto
IgG4
49
carrier CRM-197,
variante non tossica della
tossina difterica
carrier
CRM-197
polisaccaride
50
Ogni linfocita B ha la capacità di
produrre circa 1015 specifici anticorpi
Ogni linfocita T ha sulla superficie
circa 1015 siti di legame specifici
51
Gli antigeni stimolano il sistema
immunitario
Ad es. il battere della
pertosse ha più
di 3000 antigeni
52
Antigeni: proteine e Polisaccaridi nei vaccini
1900
Vaccine Proteins
smallpox ~200
1960
Vaccine
Proteins
smallpox
~200
diphtheria
1
tetanus
1
wc-pertussis ~3000
polio
15
1980
Vaccine
diphtheria
1
tetanus
1
wc-pertussis ~3000
polio
15
measles
10
mumps
9
rubella
5
TOTALS:
1
~200
5
~3217
Proteins
7
2000
Vaccine
Proteins
diphtheria
tetanus
ac-pertussis
polio
measles
mumps
rubella
Hib conj.
varicella
pneumo conj.
hepatitis B
~3041 11
123-126
53
Modified from Offit PA, et al. Pediatrics January 2002
1
1
2-5
15
10
9
5
2
69
7
1
Quanti antigeni polisaccaridici
possono essere coniugati allo stesso
carrier proteico senza che questo
perda la sua efficacia?
Un tetrasaccaride coniugato è meno
protettivo del tri- e bi-saccaride
Velasco, Vaccine, 1993
54
carrier
CRM-197
polisaccaride
Il vaccino eptavalente
coniugato contiene
7 polisaccaridi, ciascuno
coniugato al suo carrier
CRM-197, variante non
tossica della tossina
difterica
55
MECCANISMI DI SMORZAMENTO
DELLA RISPOSTA VACCINALE
1) Meccanismi intrinseci al sistema immunitario:
- esaurimento funzionale o numerico delle cellule citotossiche o helper
- generazione di cellule ad azione soppressoria
- produzione di citochine ad azione inibitoria o apoptogena sui CTL
- effetti di mascheramento degli antigeni microbici da parte degli
anticorpi specifici
2) Meccanismi intrinseci al vaccino:
- interferenza diretta con molecole di membrana delle cellule
immunocompetenti con possibili:
a) down regolazione di molecole costimolatorie o apoptotiche
b) down regolazione di molecole HLA di membrana
- veicolazione o induzione alla produzione di elevate quantità di molecole
di HLA solubile o di citochine immunosoppressive
- breve permanenza del materiale vaccinale nell’organismo
56
Immunità cellulare
difesa da patogeni intracellulari
linfociti T (CD8+) che aggrediscono e
distruggono le cellule infettate
cellule che esprimono sulla superficie
antigeni estranei
(cellule virus-infette, cellule tumorali,
cellule di tessuti trapiantati)
57
antigene
CD4
Th1
APC
Ifn-γ
MHC-II
MHC-I
Tc
CD8
CD40
B
58
59
An advantage to killing infected cells by apoptosis is that the
cell's contents, including viable virus
particles and mediators of inflammation,
are not released as they are during cell lysis.
60
61
Generally
Antibody
T cells
T cells
(antibody)
Antibody
62
La durata
dell’immunità
alle vaccinazioni
63
Meccanismi di protezione immunologica a lunga
durata: cellule della memoria immunologica a
lunga vita
Experimentum naturae delle
Isole Far Oer Isole Far Oer:
Nel 1781 gli abitanti
vengono decimati da
un’epidemia di morbillo
1846: nuova epidemia;
Non contraggono l’infezione solo
coloro che hanno > 65 anni.
Si ammalano figli e nipoti: il virus non era più
comparso nelle isole dalla precedente epidemia64
linfociti
Nagasaki
9 agosto 1945
esposizione a radiazioni
danni
cromosomici
1997
65
VANTAGGI E SVANTAGGI
•Vaccini con antigeni purificati
•Vaccini sintetici
Sicuri
Breve emivita
bassa risposta CTL (no HLAclasse I)
•Vaccini attenuati
Risposta umorale e t-mediata,
Sicuri
Valutare controindicazioni
66