Editoriale: ricerca, sviluppo e studi clinici per vaccini a base di peptidi

Dall'eradicazione del vaiolo alla risposta globale alla pandemia di COVID-19, i vaccini sono stati una pietra miliare nella lotta contro le malattie infettive nell'uomo e nel bestiame sin dal XVIII secolo (1). Sebbene sia improbabile che i vaccini contro COVID-19 sradichino la malattia come ha fatto il vaccino contro il vaiolo, si sono dimostrati molto efficaci nel prevenire la morte e l'ospedalizzazione, con enormi benefici sociali ed economici (2). Attualmente è stato investito un considerevole sforzo di ricerca per sfruttare il successo dei vaccini profilattici nel controllo delle malattie infettive attraverso lo sviluppo di vaccini terapeutici per malattie croniche come l'infiammazione e il cancro. Questi approcci si basano su risposte immunitarie down-regulation o up-regulation rispettivamente per il trattamento della malattia infiammatoria e del cancro, attraverso una scelta giudiziosa di epitopi, adiuvanti e modalità di visualizzazione al sistema immunitario. Sebbene tali vaccini terapeutici abbiano mostrato alcune promesse iniziali, non sono ancora disponibili prodotti disponibili in commercio.

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Esistono sei categorie di vaccini in uso o in fase di sviluppo: vaccini vivi attenuati, vaccini inattivati, vaccini a subunità, vaccini toxoidi, vaccini basati su vettori virali e vaccini con acido nucleico (DNA o RNA) (3). In ogni caso, ci sono molteplici esempi di vaccini approvati per uso umano. Nonostante le diverse modalità di consegna del carico utile antigenico in queste sei classi, il loro obiettivo comune è stimolare uno o tutti i seguenti tipi di risposte immunitarie: 1) immunità innata, 2) immunità anticorpale (umorale) e 3) cellule T immunità.

I vaccini a base di peptidi sono un particolare tipo di vaccino a subunità solitamente caratterizzato da un focus su brevi sequenze che comprendono singoli epitopi, normalmente prodotti mediante sintesi chimica. I vaccini peptidici hanno diversi vantaggi tra cui risposte immunitarie meglio definite e più specifiche; un buon profilo di sicurezza; produzione semplice e sviluppo di farmaci relativamente rapido (4). Inoltre, le sequenze dei vaccini peptidici possono essere convertite in acidi nucleici, quindi possono essere facilmente trasformate in vaccini nucleici o vaccini basati su vettori. Per rendere i vaccini peptidici più efficaci e adatti alla produzione industriale, vengono proposte nuove forme di vaccini a base di peptidi oltre al singolo epitopo e alla sintesi chimica, ad esempio vaccini sintetici a peptidi lunghi e vaccini peptidici ricombinanti sovrapposti (5-7).

In questa raccolta di undici articoli per Frontiers in Immunology intitolata "Research, Development, and Clinical Trials for Peptide-based Vaccines" copriamo gli aspetti chiave dello sviluppo del vaccino peptidico tra cui la selezione dell'epitopo e la progettazione del vaccino, i metodi di coniugazione e gli adiuvanti, l'equilibrio tra anticorpi e Immunità delle cellule T e progettazione di studi clinici.

PROGETTAZIONE DI VACCINI PEPTIDICI E UTILIZZO DI EPITOPI

Il punto di partenza chiave per la progettazione di vaccini peptidici è la scelta degli epitopi che stimolano l'immunità umorale e/o delle cellule T. Esistono diversi modi per identificare gli epitopi.

Peptidi sintetici sovrapposti

Jiang et al. utilizzato peptidi sintetici sovrapposti che coprono la sequenza target come libreria per lo screening. In questo caso, hanno ottenuto antisieri da maiali o topi immunizzati con il dominio di legame del recettore SARS-CoV-2. Gli antisieri sono stati incubati con peptidi sovrapposti che coprono l'RBD per identificare quelli che trasportano gli epitopi delle cellule B. Gli autori hanno poi dimostrato che questi peptidi erano immunogeni di per sé e capaci di stimolare anticorpi neutralizzanti. Tuttavia, un ovvio avvertimento nell'uso di questo approccio peptidico sovrapposto è che mancherà epitopi conformazionali non sequenziali che possono svolgere un ruolo importante nella neutralizzazione dei bersagli (8).

Algoritmo informatico/Database

Gli epitopi possono essere previsti dal software del computer. Gong et al. hanno scelto i loro potenziali epitopi di cellule T mirati alla tubercolosi e limitati HLA-DR1 dall'Immune Epitope Database (IEDB, https://www.iedb.org/) che hanno poi convalidato utilizzando un test ELISPOT. Invece di utilizzare i peptidi riuniti come vaccino, hanno prodotto un poliepitopo ricombinante in cui i peptidi pertinenti sono stati uniti tramite un linker flessibile (GGGGS). Nei topi umanizzati, il vaccino poliepitopico ha generato una forte immunità cellulare che ha protetto i topi dall'infezione da tubercolosi. L'ovvio vantaggio di collegare gli epitopi in questo modo (rispetto all'uso di peptidi raggruppati) è che esiste un solo prodotto, semplificando notevolmente il controllo di qualità durante la produzione e la conformità alle normative.

Neoantigeni: sequenziamento più algoritmo informatico

I vaccini terapeutici contro il cancro dipendono dall'identificazione di neoantigeni specifici del tumore che possono essere presi di mira con vaccini a base di peptidi. Chen et al. ha combinato il sequenziamento di nuova generazione (NGS) con bioinformatica e algoritmi di previsione degli epitopi per progettare vaccini peptidici personalizzati. I vaccini progettati in questo modo sono stati testati in sette pazienti con cancro al pancreas con risultati promettenti (vedere la sezione dello studio clinico di seguito).

Patogeni trasformati

Un nuovo approccio di mappatura degli epitopi è descritto da D'haeseleer et al. Gli autori hanno ottenuto antisieri da topi che erano stati immunizzati con un agente patogeno. Gli antisieri sono stati coniugati in perline che sono state incubate con il patogeno tripsinizzato come libreria di peptidi. I peptidi trattenuti dalle sfere sono stati successivamente eluiti e identificati mediante spettroscopia di massa. Hanno convalidato gli epitopi identificati in questo modo per due batteri patogeni (Francisella tularensis e Burkholderia pseudomallei) e hanno dimostrato che erano immunogenici. È interessante notare che hanno confrontato il loro approccio con quello della mappatura degli epitopi basata su computer e hanno scoperto che era più efficace nell'identificare epitopi convalidati sperimentalmente, anche se alcuni epitopi selezionati dal computer davano punteggi in silico più alti. Tuttavia, una limitazione necessaria dell'approccio è che mancherà gli epitopi che portano un sito di clivaggio triptico.

Peptidi sovrapposti ricombinanti

Zhang et al. ha utilizzato peptidi sovrapposti ricombinanti (ROP) del papillomavirus umano (HPV) di tipo 16 E7 (ROP-HPV16-E7) come agente stimolante delle cellule T. I peptidi sovrapposti evitano il problema del confine e devono quindi contenere tutti i possibili epitopi di cellule T per diversi fenotipi MHC. Di conseguenza, stimolano l'ampia immunità delle cellule T in modo promiscuo. Poiché i ROP sono realizzati come un singolo prodotto proteico in E.coli, beneficiano di un processo di produzione semplice e offrono un percorso relativamente semplice dallo sviluppo preclinico all'approvazione normativa.

CONIUGAZIONE E COADIUVANTE DEI VACCINI PEPTIDICI

Oltre agli epitopi in grado di stimolare le cellule B, CD4 plus e CD8 plus T, i vaccini peptidici necessitano di forti adiuvanti per stimolare l'immunità innata. Rossi et al. descrivono i risultati con vaccini basati su epitopi di cellule T di HPV o ovoalbumina (OVA) che trasportano epitopi di cellule T che penetrano nelle cellule combinati con uno stimolatore dell'agonista del gene dell'interferone-gamma (STINGa) come adiuvante per suscitare una potente risposta infiammatoria innata. Questa strategia ha stimolato le risposte delle cellule T CD8 plus e Th1 CD4 plus mentre inibiva la risposta Treg. Il vaccino è stato efficace nel prolungare la sopravvivenza nei topi inoculati con tumore TC-1.

Calzas et al. descrivono una formulazione di vaccino contenente antigeni deboli ma conservati del virus dell'influenza combinati con un nanoring comprendente elementi del virus respiratorio sinciziale. Questo "nanoring" stimola l'immunità innata, probabilmente attraverso TLR5. Il vaccino viene somministrato per via mucosa e induce forti risposte immunitarie umorali e cellulari. Il vaccino ha protetto i topi (ma non i polli) dalle sfide virali.

STUDI CLINICI SUI VACCINI PEPTIDICI

Tre degli articoli di cui sopra riguardavano studi clinici. Due di questi hanno affrontato l'infezione da HPV ed entrambi mostrano l'importanza dell'immunità delle cellule T nel recupero e nella clearance virale. Shibata et al. descrivono in dettaglio un caso emerso dalla sperimentazione clinica di fase I del loro vaccino peptidico (PepCan). Il paziente, che presentava una lesione intraepiteliale squamosa cervicale di alto grado, ha ricevuto quattro dosi del vaccino peptidico a intervalli di 4-settimane. Mentre i livelli di citochine Treg e Th2 sono rimasti invariati, i livelli di citochine Th1 sono stati notevolmente migliorati. A dodici settimane (fine del follow-up), la lesione intraepiteliale era completamente scomparsa, potenzialmente a causa di questa risposta potenziata delle cellule T. Inoltre, utilizzando il sequenziamento di una singola cellula, gli autori hanno mostrato un'espansione clonale specifica CD3 più cellule T a livello sistemico e nel sito della lesione.

Nel secondo studio di coorte clinico correlato all'HPV, Zhang et al. ha seguito 131 pazienti con infezione da HPV16-per 12 mesi e ha scoperto che l'immunità delle cellule T specifiche dell'HPV è importante per la clearance virale.

Nel rapporto finale della sperimentazione clinica, Chen et al. ha studiato la sicurezza e l'immunogenicità di un vaccino a base di neoantigene in sette pazienti affetti da cancro al pancreas. Gli autori hanno dimostrato che il vaccino era sicuro e induceva sia la risposta delle cellule T CD4 plus che CD8 plus. Un paziente che mostrava una significativa espansione di un clone di cellule T reattive è sopravvissuto per 21 mesi, un numero considerevolmente superiore alla media di 6-mesi prevista per i pazienti con questo stadio della malattia.

CONCLUSIONE

I vaccini contro le malattie infettive si sono finora dimostrati molto più efficaci dei vaccini contro il cancro, essenzialmente perché i patogeni sono non-self e presentano un bersaglio immunologico molto più ampio che stimola una forte immunità innata, umorale e cellulare. Tuttavia, sono stati compiuti progressi significativi nell'identificazione di antigeni diversi dai patogeni estranei, ad esempio neoantigeni e antigeni associati al tumore (TAA) che possono essere sfruttati dalla tecnologia dei vaccini, in particolare utilizzando i vaccini peptidici. Questi progressi, insieme ai recenti sviluppi nell'applicazione clinica degli agenti IO, offrono la prospettiva di terapie combinate personalizzate che potrebbero essere trasformative nel trattamento di molti tumori.

Si noti che gli articoli di ricerca raccolti su questo argomento di ricerca sono fortemente focalizzati sulla progettazione di vaccini peptidici. Per una prospettiva di confine sui vaccini peptidici, in particolare sui vaccini peptidici contro il cancro, vedere l'articolo di revisione di Stephens et al.

CONTRIBUTI D'AUTORE

SJ, MG e XNX hanno redatto questo articolo. Tutti gli autori hanno contribuito all'articolo e hanno approvato la versione presentata.

FINANZIAMENTO

Innovate UK finanzia SJ, numeri di sovvenzione 104992 e 133783, e da sovvenzioni di CBI e Oxford Vacmedix UK, Ltd. MG è supportata dal programma Chinese National Natural Science Funding (81771221, 81870967 e 82071384). I finanziatori non sono stati coinvolti nella progettazione dello studio, nella raccolta, nell'analisi, nell'interpretazione dei dati, nella stesura di questo articolo o nella decisione di sottoporlo alla pubblicazione.

Conflitto d'interesse:

SJ e XNX sono fondatori o consulenti di Oxford Vaccidix UK Ltd che sviluppa vaccini a base di peptidi.

Il restante autore dichiara che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.

Nota dell'editore:

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