“Le Vaccinazioni dell’Infanzia”
Anna Maria Iorio
Basi razionali della vaccinazione per il controllo
delle malattie infettive, tipi di vaccini disponibili e
orientamenti futuri
27 Giugno 2015 Ordine dei Medici Chirurgici e degli Odontoiatri di Perugia
Basi razionali della
vaccinazione per il controllo
delle malattie infettive
VACCINAZIONE NEI CONFRONTI DEGLI
AGENTI INFETTIVI
Soggetti che hanno avuto una
infezione e ne sono guariti difficilmente
possono riavere lo stesso tipo di
infezione
Questa constatazione ha
costituito la base razionale della
messa a punto della pratica della
vaccinazione che consiste nella
somministrazione di una “sostanza”
a una persona sana con la finalità
di prevenire una malattia
I vaccini vengono somministrati per
stimolare, in modo simile a quanto si
verifica dopo infezione naturale,
RISPOSTA IMMUNITARIA
MEMORIA IMMUNITARIA
La risposta deve essere in grado di:
Prevenire l’ infezione
Prevenire la malattia che può
verificarsi dopo l’infezione
Rallentare la progressione della
malattia
SISTEMA IMMUNITARIO (SI)
Complesso sistema formato da differenti tipi di cellule che
prendono origine da una cellula staminale pluripotente
Immunità innata: Cellule e fattori solubili. Risposta di pronto
intervento già presente prima del contatto con un antigene. Ha
una limitata specificità e manca di memoria immunologica. Può
influenzare la risposta adattativa
Immunità adattativa o acquisita: Linfociti B e T. E’ specifica
per l’antigene che l’ha stimolata, impiega un certo tempo per
svilupparsi, ha memoria
Risposta adattativa di tipo cellulare o T e di tipo
umorale o B
Dipende dall’intervento di linfociti T (CD4+) detti T
helper (Th) che dopo l’interazione con l’antigene
rilasciano differenti citochine in grado di attivare
Risposte cellulari (Th1)
Risposte umorali (Th2)
Tutti i vaccini attualmente in uso stimolano attraverso l’intervento di
linfociti Th2 la formazione di plasma-cellule “short-lived” (circa una
settimana) che producono anticorpi
Gli anticorpi prodotti in seguito a vaccinazione sono anticorpi
per lo più in grado di neutralizzare l’agente patogeno o suoi
prodotti (es. tossine).
Si formano anche nel corso di infezioni naturali con il
compito di eliminare l’agente infettivo
Nel caso della vaccinazione l’agente infettivo non è presente.
L’ entità della risposta anticorpale può però essere
utilizzata come indice di protezione indotto da un vaccino
MEMORIA IMMUNOLOGICA
Perché un vaccino sia efficace è necessario che la
risposta immunitaria sia presente in occasione di un
successivo contatto non prevedibile con l’agente
infettivo
I vaccini devono generare dai linfociti B, in
collaborazione di Th2, un pool di cellule e di anticorpi
specifici che sopravvivono in un organismo per un
periodo lunghissimo con il compito di prevenire future
infezione, attraverso:
plasmacellule “long-lived” responsabili del
mantenimento dei livelli anticorpali a distanza dalla
vaccinazione
Cellule B della memoria responsabili delle reazioni
scatenate da un nuovo contatto con l’antigene, che può
avvenire anche dopo molto tempo (anni).
La risposta molto più rapida ed intensa rispetto alla
risposta iniziale
RISPOSTE CELLULARI T DIPENDENTI E VACCINI
Alcune infezioni si verificano anche in presenza di anticorpi.
In questo caso è importante inserire nei vaccini anche epitopi in grado di
stimolare linfociti CTL linfociti T citotossici (CTL). I CTL sono anche
importanti nell’eliminare cellule contenenti parassiti intracellulari (virus
e alcuni batteri)
Tipi di vaccini disponibili
VACCINO:
agente infettivo attenuato o inattivato o
suoi componenti o prodotti in grado di
stimolare una risposta immunitaria
protettiva in un soggetto sano
TIPI DI VACCINI ATTUALMENTE IN
USO
Vivi attenuati
Inattivati
- Interi
- Frazionati
VACCINI VIVI ATTENUATI
Sono costituiti da agenti patogeni meno virulenti
dell’agente in grado di dare la malattia e per funzionare
devono replicarsi
Le varianti attenuate devono essere scelte in base a:
Capacità di replicarsi senza dare manifestazione
patologica
Indurre una risposta immunitaria simile a quella
indotta dalla infezione naturale.
Indurre immunità dopo una o poche dosi
Avere una alta stabilità genetica
I ceppi attenuati possono essere ottenuti
1) Uso di patogeni che hanno come ospite naturale una altra specie, ma
che hanno comuni determinanti antigenici (approccio Jenneriano)
Vaccinazione contro il vaiolo
(Jenner 1796):
Il virus del vaiolo che infetta i bovini
è stato utilizzato per vaccinare
l’uomo nei confronti del virus del
vaiolo umano
Attualmente: tentativi
falliti di usare Rotavirus
bovini come vaccino per
Rotavirus umani
2)
Attenuazione attraverso passaggi
L’isolamento di varianti batteriche apatogene può essere favorito dalla
coltura in terreni artificiali o nel caso dei virus da coltura degli
stessi in cellule derivanti da una specie diversa
Induzione di mutazioni con insorgenza di microrganismi apatogeni
Selezione di varianti apatogene già presenti
Pasteur (1822-1895) virus della rabbia isolato dal
cane, passato nel coniglio diventa apatogeno se
ripassato nel cane
Vaccino Sabin: Virus
Poliomielite attenuato
dopo passaggi in cellule di
scimmia
3) Selezione di mutanti temperatura sensibili (ts)
Virus influenzali e respiratori
Vaccini somministrati per via
endonasale con mutanti che
crescono solo a livello delle vie
respiratorie superiori e sono
apatogene
4) Uso di virus chimerici riassortanti
Virus con genoma segmentato
(virus influenzali, rotavirus)
Replicazione all’interno della stessa
cellula di virus patogeni e apatogeni
con formazione di virus ibridi
POSSIBILI PROBLEMI LEGATI ALL’ USO DI
VACCINI CON AGENTI VIVI ATTENUATI
Possono dare gravi reazioni
Interferire con gli anticorpi circolanti
Si possono inattivare con facilità, per cui devono essere
mantenuti ed utilizzati con particolari precauzioni
(catena freddo)
,
Non possono essere dati a soggetti immunocompromessi
Possono talvolta essere trasmessi a contatti ( es. Sabin)
VACCINI VIVENTI ATTENUATI PRODOTTI
PER ETA’ PEDIATRICA
Virali
morbillo, parotite, rosolia, polio orale, rotavirus
Batterici
-antitubercolare allestito con il bacillo di Calmette
e Guerin (BCG)
- antitifico per via orale, preparato con lo stipite
attenuato Ty21a di Salmonella Typhi)
VACCINI INATTIVATI
Sono caratterizzati da
essere formati da materiali non in grado di replicarsi e
di conseguenza di causare malattia
capacità di indurre una risposta immunitaria protettiva
anche in assenza di replicazione
danno meno interferenze con gli anticorpi circolanti
la risposta indotta è per lo più di tipo anticorpale e
richiede 3-5 dosi e tende a diminuire con il tempo
in genere sono meno efficaci dei vaccini viventi
Possono essere usati in soggetti immunocompromessi
ADIUVANTI
I vaccini inattivati (interi o frazionati) danno in genere una risposta
immunitaria non soddisfacente
La risposta può migliorare se vengono somministrati assieme a degli
adiuvanti, sostanze di varia natura che attraverso differenti meccanismi
( rallentamento rilascio antigene, presentazione antigene, stimolazione
SI) possono potenziare e prolungare la risposta.
Nell’uomo solo alcuni adiuvanti possono essere utilizzati ( sali di
alluminio, MF59, AS03)
SVANTAGGI DEI VACCINI INATTIVATI
L’immunità non dura tutta la vita
L’immunità cellulo-mediata non viene in genere stimolata
Non viene indotta immunità mucosale mediata da IgA
Sono necessari richiami
Si devono usare dosi elevate di antigene
VACCINI INATTIVATI
INTERI
CON COMPONENTI PURIFICATI O CON PRODOTTI
BATTERICI
VACCINI INATTIVATI INTERI
Sono costituiti da patogeni inattivati, resi cioè non più in grado
di replicarsi, per lo più mediante trattamento chimico (formalina,
beta-propriolattone ecc.)
PRINCIPALI VACCINI INATTIVATI INTERI DISPONIBILI
PER USO PEDIATRICO
Virali:
polio Salk, epatite A, rabbia, influenza
Batterici:
pertosse, tifo
VACCINI INATTIVATI FRAZIONATI
proteici:
- a subunità e con tossoidi o anatossine
polisaccaridici:
puri e coniugati
1) VACCINI PROTEICI FRAZIONATI OTTENUTI DAL
PATOGENO INTERO
Proteine o glicoproteine in grado di stimolare formazione di
anticorpi protettivi ottenute partendo dal patogeno.
Es. vaccino a subunità anti-influenzale
Il virus dopo coltura viene
trattato con detergenti che
distaccano le glicoproteine
superficiali che dopo
purificazione vengono usate
come vaccino
2)VACCINI INATTIVATI COSTITUITI DA
TOSSOIDI O ANATOSSINE
Alcune malattie batteriche non sono direttamente causate
dal batterio, ma da tossine di natura proteica prodotte dal
batterio
Le tossine dannose mediante trattamento con calore o
sostanze chimiche possono perdere il potere tossico
mantenendo le proprietà di antigene e trasformarsi in
tossoidi o anatossine
Un vaccino a base di tossoidi o anatossine induce la
formazione di anticorpi che bloccano la capacità delle
tossine di indurre malattia, ma non la replicazione del
patogeno
Vaccini costituiti da anatossine
-Vaccino antidifterico
-Vaccino antitetanico
VACCINI INATTIVATI COSTITUTI
DA POLISACCARIDI
I polisaccaridi sono lunghe catene di
molecole di zuccheri che sono presenti
sulla superficie della capsula di alcuni
batteri
La virulenza di alcuni batteri patogeni
dipende fondamentalmente dalle
proprietà antifagocitarie dei polisaccaridi
presenti nella loro capsula
Se ci sono anticorpi che si legano alla
capsula questa situazione aumenta la
capacità dei macrofagi e dei neutrofili di
fagocitare questi patogeni
QuickTime™ e un
decompressore
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
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Vaccini a polisaccaridi puri
I polisaccaridi da soli sono cattivi antigeni. Stimolano
risposte B senza intervento di linfociti T helper (T-cell
independent) con prevalente produzione di anticorpi
di tipo IgM poco funzionali e non induzione di memoria
immunologica
Questi vaccini non sempre inducono risposte nei
bambini di età < 2 anni, forse a causa della immaturità
del loro SI
Vaccini a polisaccaridi coniugati
La immunogenicità dei vaccini polisaccaridici aumenta
se il polisaccaride viene unito a una proteina
Vaccini formati da polisaccaridi sono stati messi a punto nei
confronti di
Malattie da pneumococco ( il vaccino nei confronti dello
Streptococcus pneumoniae che causa la polmonite da
pneumococco, è formato da 23 polisaccaridi della capsula
antigenicamente diversi)
Malattie da meningococco
Salmonella typhi
Haemophilus influenzae tipo B (Hib)
Orientamenti attuali e futuri
Nonostante la disponibilità di vaccini efficaci ed
innocui nei confronti di molti patogeni, esistono
ancora numerosi e importanti obiettivi da
raggiungere a livello di:
MIGLIORARE LA RISPOSTA IMMUNITARIA
INDOTTA
SCELTA DELL’ ANTIGENE GIUSTO IN GRADO DI
INDURRE UNA RISPOSTA PROTETTIVA E DI ESSERE
INNOCUO
MESSA A PUNTO DI NUOVE TECNOLOGIE PER LA
PRODUZIONE DEI VACCINI
1) MIGLIORARE LA RISPOSTA IMMUNITARIA
INDOTTA
La maggior parte dei vaccini è stata messa a punto,
nonostante il successo avuto in modo empirico , senza avere
una approfondita conoscenza dei meccanismi immunologici
attraverso i quali inducono una risposta immunitaria
protettiva
E’ necessario giungere a una migliore conoscenza e
sfruttamento dei meccanismi che stimolano i diversi tipi di
risposta immunitaria nel contesto dei vaccini nei confronti di
differenti patogeni sia per ottenere una migliore protezione
sia per evitare situazioni di immunopatologia
Migliorare la conoscenza dei parametri immunologici
correlati con la protezione clinica
2) SCELTA DELL’ ANTIGENE GIUSTO IN GRADO DI
INDURRE UNA RISPOSTA PROTETTIVA E DI ESSERE
INNOCUO
La maggior parte dei vaccini allestiti con le metodiche tradizionali
(microrganismi interi) comporta l’inoculazione (con conseguente
induzione di risposta immunitaria ) di materiali inutili e spesso
dannosi per possibile tossicità collaterale
E’ auspicabile una selezione e inoculazione degli antigeni “giusti” o
“protettivi”, e l’identificazione può oggi essere fatta:
-isolando le singole proteine e studiandone le funzioni
- utilizzando la tecnica della “REVERSE VACCINOLOGY” (Rino
Rappuoli: il genoma del patogeno viene sottoposto ad analisi
computerizzata e in base a sofisticati algoritmi vengono
identificate le sequenze del genoma in grado di codificare per
proteine che si ritiene abbiano la probabilità di essere gli antigeni
“giusti”
I prodotti possibili candidati con caratteristiche di antigeni
giusti possono essere studiati attraverso differenti metodi
-Sintesi di peptidi artificiali
-Tecnica del DNA ricombinante
Sintesi di peptidi artificiali
Uno o più epitopi o determinanti antigenici, formati da corte sequenze
di aminoacidi, vengono sintetizzati attraverso l’uso di macchine e
utilizzati come vaccini
I prodotti così sintetizzati hanno una struttura lineare e
inducono spesso una scarsa risposta protettiva perché gli
anticorpi protettivi gli anticorpi sono diretti verso epitopi
o determinanti conformazionali
Recognition of epitopes in a linear
fashion. Note: the same (colored)
segment of protein can be a part of
more than one epitopes
Structural and conformational
epitopes
Produzione di proteine o dei “giusti antigeni” utilizzando la tecnica
del DNA ricombinante (Recombinant vaccines)
I geni con le informazioni per
gli antigeni“giusti” vengono
inseriti in un vettore o plasmide
e fatti esprimere
in batteri o lieviti
coltivabili facilmente
Le proteine sono prodotte dalle
cellula e poi purificate e usate come
vaccini prodotti a costi accessibili
Vaccini
- anti-epatite B
-antipertosse Vaccino acellulare
-Anti-antrace (carbonchio) (?)
Virus-like particles (VLP)
Per alcuni virus le proteine del capside virale prodotte con la tecnica
del DNA ricombinante hanno la capacitò di auto-assemblarsi in VLP
Le VLP possono presentare epitopi conformazionali simili a quelli dei
virus completi, ma poiché l’acido nucleico non è presente all’interno dei
gusci proteici non sono in grado di dare infezione
Vaccino anti-HPV in commercio
3) Nuove tecnologie per la produzione di vaccini
Vaccini a DNA basati su somministrazione di geni
Vaccini ricombinanti o vaccini a vettori virali
VACCINI A DNA BASATI SU SOMMINISTRAZIONE
DI GENI
Invece della proteina viene
inoculato il gene (DNA) che
codifica per la proteina
Il vaccino è formato dal gene
inserito in un plasmide vettore e
viene iniettato (direttamente o
usando strumenti ad aria
compressa “spara-geni”) o come
tale o assorbito a
microparticelle (microsfere oro)
biodegradabili (polilattatopoliglicolato, PLG) per via
intramuscolare o sottocutanea
Il DNA penetra nelle cellule
muscolari e viene trascritto e
tradotto in proteine in grado di
stimolare la risposta umorale
e cellulare
VACCINI RICOMBINANTI O VACCINI A VETTORI
VIRALI
I geni (DNA) per la proteina antigenica invece di essere
direttamente inoculati sono inseriti (ricombinazione genetica)
nel genoma di un altro virus ( es. v. vaccinico) o batterio ( es.
Salmonella typhi Ty21a) apatogeni (vettore)
Il micorganismo ricombinante
viene utilizzato come “cavallo di
Troia” per introdurre i geni
del nuovo vaccino nell’ospite
RISCHI
Vignetta satirica di James Gillray del 1802 del 1802: Edward
Jenner è intento a vaccinare delle persone contro il vaiolo. Il
vaccino anziché curare la malattia, dà vita a delle vacche che
escono dalla pelle
GRAZIE A TUTTI ANCHE DA PARTE
DI TUTTI I BAMBINI CHE OGNI
ANNO VENGONO VACCINATI
IMPORTANTI
TARGET
1) Conoscere i meccanismi di protezione nei confronti di un
determinato patogeno (anticorpi, linfociti Killer …)
2) Identificare le parti del patogeno (gli antigeni) da
utilizzare nel vaccino evitando quelle inutili e dannose
(Es. Influenza I vaccini attuali inducono anticorpi che
riconoscono una regione molto variabile del virus e quindi
neutralizzano solo alcuni virus influenzali. Alcuni individui
producono anticorpi che riconosconio una regione
conservata del virus e questi anticorpi sono in gradio di
neutralizzare molti sottotipi di virus influenzali)
3) Formulare il vaccino in modo da indurre la risposta
desiderata (dose, via di somministrazione, adiuvante)
