Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Dlaczego wciąż nie mamy szczepionki na HIV?
Dlaczego wciąż nie mamy szczepionki na HIV?
Ponad 30 lat badań i nadal stoimy w miejscu. Wszystkie szczepionki przeciwko HIV okazały się zawodne. Czy opracowanie skutecznego szczepienia leży poza zasięgiem współczesnej nauki?

Szczepionka przeciwko HIV jest bardzo potrzebna. Liczba zgonów w wyniku AIDS,  ciężkiego niedoboru odporności, wywoływanego przez tego wirusa wynosi jak dotąd około 36 milionów. Kolejne 36 milionów osób jest obecnie zakażonych.

Wirus HIV przenosi się przede wszystkim drogą płciową. Objawy AIDS mogą pojawić się nawet po kilkunastu latach od pierwotnego zakażenia. Stąd kontrola jego rozprzestrzeniania się może być niezwykle trudna, w szczególności w krajach Trzeciego Świata. To właśnie tam AIDS zbiera swoje największe żniwo.

Leczenie zakażenia wirusem HIV to wielkie osiągnięcie medycyny. Od czasu wdrożenia HAART (Wysoce Aktywnej Terapii Antyretrowirusowej) liczba zgonów na AIDS zaczęła wyraźnie  spadać, a życie chorych pacjentów wydłużyło się potrafią całkowicie wyleczyć zakażenia. W przeciwieństwie do terapii, opracowanie skutecznej szczepionki przeciwko HIV okazało się być bardzo trudne. Aby zrozumieć dlaczego, trzeba najpierw przyjrzeć się samemu wirusowi.

Mały wirus, wielki problem

HIV jest retrowirusem. Stwierdzenie to zawiera zasadniczo najważniejsze informacje dotyczące jego biologii. Wirus HIV wnika do komórek układu odpornościowego za pomocą receptorów CD4, które obecne są na powierzchni limfocytów Th. Po połączeniu się z receptorem następuje fuzja otoczki wirusa z błoną lipidową komórki gospodarza. Po wniknięciu w głąb komórki, zostaje uwolniony materiał genetyczny w postaci RNA, który pod wpływem enzymu – odwrotnej transkryptazy – ulega przepisaniu na DNA. Wirusowe DNA jest następnie włączane do genomu gospodarza za pomocą innego enzymu, tzw. integrazy. Gdy już to nastąpi, produkcja potomnych wirusów może rozpocząć się na dobre. Zintegrowane DNA służy jako matryca do syntezy RNA, na podstawie którego syntetyzowane są wirusowe białka. Całość (genom w postaci RNA oraz białka strukturalne i funkcjonalne) są organizowane w wiriony wielkości zaledwie 120 nanometrów, które są wypuszczane w lipidowych otoczkach z powierzchni limfocytów. Przedstawiona tu replikacja wirusa jest odpowiedzialna za główne objawy AIDS – postępującą śmierć limfocytów CD4+ prowadzącą do zagrażających życiu infekcji.

Wróg nie do pokonania

HIV ma kilka cech, które czynią z niego niezwykle trudnego przeciwnika. Utrudniły one wynalezienie skutecznej terapii, a obecnie powstrzymują wynalezienie szczepionki.

Większość infekcji, które znamy, powoduje wypracowanie przez organizm swoistej odporności, która jest w stanie  odeprzeć atak drobnoustrojów, jak i umożliwić ochronę przed przyszłym zakażeniem. Niestety, tak się nie dzieje w przypadku wirusa HIV. Choć organizm broni się wysyłając przeciwciała, to nie dochodzi ani do pozbycia się patogenu z ustroju, ani do uzyskania trwałej odporności. Co więcej, wirusowe DNA włączone do genomu gospodarza jest „nie do ruszenia”. Nawet przy całkowitym zahamowaniu replikacji wirusa, nie można się go pozbyć z komórkowego DNA. Skoro nie ma naturalnego sposobu obrony przed zakażeniem, ciężko jest zaprojektować skuteczne szczepienie. Nieznane są bowiem mechanizmy odpowiedzi immunologicznej, które mogłyby zostać uruchomione przez szczepionkę.

Szczepionka przeciwko grypie znana jest ze swej relatywnie niskiej efektywności, spowodowanej niezwykle dużą zmiennością genetyczną wirusa. Co roku mamy do czynienia z innym wariantem patogenu. W przypadku szybko namnażającego się wirusa HIV jest jeszcze gorzej. Odwrotna transkryptaza, enzym kopiujący wirusowy RNA na DNA, jest niezwykle podatna na błędy. Generuje to ogromną zmienność, nawet w przypadku wirusów izolowanych od tego samego pacjenta. Mogą się one różnić nawet o kilka procent. Zmienność między poszczególnymi szczepami jest również imponująca – sięga ona aż  trzydziestu procent. Na tym jednak problem się nie kończy. Gp 120, glikoproteina występująca na samej powierzchni wirusa, stanowiąca potencjalny cel neutralizujących przeciwciał, ma hiperzmienne regiony, które maskują znajdujące się głębiej w otoczce stałe fragmenty. Ewolucja tych eksponowanych rejonów glikoproteiny w przebiegu infekcji utrudnia wypracowanie utrzymującej się odporności.

Wirus HIV można zatem nazwać prawdziwym mistrzem uników. Oprócz wysokiej zmienności, potrafi on w sprytny sposób uniknąć odpowiedzi immunologicznej organizmu. Obniża między innymi ekspresję receptorów (MHC klasy I) reagujących z limfocytami cytotoksycznymi. Innym mechanizmem jest postępująca w przebiegu infekcji degeneracja układu odpornościowego. Ciężko jest doprowadzić do powstania odporności na coś, co samo w sobie niszczy układ immunologiczny.

Jak grać, żeby wygrać

Odpowiedź humoralna, w obliczu takiej zmienności, może być skazana na klęskę. Naukowcy kierują więc  wzrok na odporność komórkową, w postaci limfocytów cytotoksycznych CD8+. Istnieją dowody wskazujące na to, że pełnią one istotną rolę w ograniczaniu replikacji wirusa tuż po pierwotnym zakażeniu. Badacze mają nadzieję, że szczepionka wyzwalająca tę odpowiedź nie tylko zredukuje szanse na „złapanie” wirusa, ale także ograniczy postęp choroby u osób już zakażonych. Istnieje także opinia, że całkowita ochrona przed infekcją jest, niestety, niemożliwa. Jedyne co można będzie uzyskać za pomocą szczepionki, to ograniczenie destrukcyjnych skutków obecności wirusa w organizmie poprzez zmniejszenie początkowej replikacji i integracji z komórkowym DNA.

 

W poszukiwaniu szczepionki

Poszukiwanie szczepionki rozpoczęło się tuż po odkryciu wirusa HIV w połowie lat 80. ubiegłego wieku. Na początku próbowano starych, dobrych sposobów. Naukowcy testowali szczepionki inaktywowane i żywe, atenuowane. Szczepienie żywymi wirusami okazało się być zbyt niebezpieczne, zaś trudne do otrzymania szczepionki inaktywowane nie były w stanie obronić przed infekcją. Obniżyły one jednak replikację wirusa i ochroniły przed utratą limfocytów CD4+ w zwierzęcych modelach choroby.

Ponieważ glikoproteina gp120 jest głównym celem odpowiedzi humoralnej, skupiła ona na sobie uwagę większości grup badawczych. Próbowano stworzyć szczepionkę zawierającą rekombinowane białka otoczki, podobnie jak miało to miejsce w przypadku wirusa zapalenia wątroby typu B. Pierwsze próby zawiodły z wymienionych powyżej powodów. Gp 120 jest zbyt zmienne – rekombinowane białko różniło się budową przestrzenną od białek dzikiego wirusa. Szczepionka AIDSVax, która przeszła do badań III fazy, nie zdołała ochronić otrzymujących ją ludzi przed zarażeniem wirusem HIV. W badaniu przeprowadzonym w Tajlandii na grupie 2 546 osób nie stwierdzono nawet poprawy parametrów wirologicznych czy opóźnienia spadku limfocytów CD4+ po infekcji. Brak protekcji może być konsekwencją braku odpowiedzi komórkowej lub niedostatecznego poziomu przeciwciał.

Niezwykły wirus wymaga niestandardowych szczepionek. Stare metody okazały się być niewystarczające, czas zatem na nowe.

Następne kierunki poszukiwań prowadziły przez wektory wirusowe. Takie systemy są obecnie używane w celu stworzenia szczepionki przeciwko Eboli. Pomysł polega na wykorzystaniu zdolności wektorów wirusowych do infekcji komórek gospodarza bez możliwości replikacji swojego materiału genetycznego. Wektory wnikają do komórek, powodują ekspresję zakodowanych białek, które następnie prowokują odpowiedź immunologiczną. Badacze stworzyli szczepionkę Alvac zawierającą wektor na bazie wirusa ospy ptasiej (Canarypox), który koduje różne białka wchodzące w skład HIV m.in. gp120 oraz białka strukturalne. Ponieważ odpowiedź humoralna po podaniu preparatu okazała się być słaba, wzmocniono ją dodatkowym podaniem rekombinowanego białka gp120. Oprócz indukowania specyficznych przeciwciał, szczepionka prowokowała także (choć tylko u 30% badanych) reakcję ze strony limfocytów CD8+, czyli odpowiedź komórkową. Prawdopodobnie dzięki temu efektowi preparat Alvac wykazał pewną ograniczoną skuteczność w badaniach klinicznych III fazy. Efektywność szczepionki została oceniona na 26,4% oraz 31,2%, gdy wykluczy się osoby, które zostały zainfekowane przed jej podaniem. W kolejnych analizach badania przedstawiono hipotezę o korzystnym efekcie przeciwciał przeciwko regionom zmiennym protein otoczki, a negatywnym innych przeciwciał IgA. Analiza ta podkreśliła skomplikowaną relację między wirusem HIV, a naszym układem odpornościowym.

Opracowano także szczepionki na bazie wektora adenowirusowego Ad5. Jednak głównym problemem w tym przypadku jest ryzyko szerokiego występowania odporności w populacji. Adenowirusy to powszechnie występujące patogeny powodujące miedzy innymi przeziębienie. Stąd wiele osób ma krążące we krwi specyficzne przeciwciała, które mogą neutralizować działanie szczepionki.

Innym pomysłem jest połączenie wektorów wirusowych ze szczepionką DNA. Schemat szczepienia DNA/rAd5 składa się z kolejnego podania preparatów zawierających niemal cały materiał genetyczny wirusa. Rozpoczyna się od cyklu iniekcji szczepionek DNA, które posiadają sześć plazmidów kodujących różne geny  wirusa HIV. Następnie wzmacnia się odpowiedź poprzez podanie czterech wektorów rAd5 (adenowirusowych). Mimo opracowania tak wyrafinowanej i zaawansowanej metody, badania kliniczne okazały się kompletną klapą. Skuteczność szczepionki oceniono na -25%, a parametry replikacji wirusa u osób zakażonych nie różniły się między grupą eksperymentalną, a grupą otrzymującą placebo.

Lek zamiast szczepienia?

Brak znaczących postępów w dziedzinie szczepień skłonił do poszukiwania innych sposobów zapobiegania nowym zakażeniom. W 2012 roku amerykańska FDA zarejestrowała pierwszy lek mający chronić osoby z grup ryzyka przed infekcją wirusem HIV. Truvada, bo tak nazywa się ten preparat, zawiera  tenofovir oraz emtrycytabinę, substancje blokujące odwrotną transkryptazę. Leki te wykazują wysoki profil bezpieczeństwa oraz, w przeciwieństwie do szczepionki, udowodniły skuteczność w badaniach klinicznych. Według przeglądu grupy Cochrane, Truvada jest w stanie zmniejszyć o 49% ryzyko zarażenia wirusem HIV w populacjach wysokiego ryzyka.

Patrząc w przyszłość

Mimo w miarę skutecznej profilaktyki farmakologicznej, poszukiwania szczepionek  trwają. Opracowywane są między innymi preparaty bardziej zbliżone strukturalnie i przestrzennie do natywnych białek wirusa m.in. zawierające oligomery gp120. Naukowcy nie poddają się mimo tak licznych i dotkliwych porażek, oraz wykorzystania wielu sposobów indukowania odporności. Czy te starania odniosą sukces?  Być może otrzymanie skutecznej szczepionki przeciwko HIV jest nieosiągalnym celem. Skoro nawet nasz organizm nie może sobie poradzić z usunięciem wirusa, przeciwnik może okazać się zbyt trudny do pokonania. Na razie profilaktyka HIV musi polegać na tradycyjnych metodach (m.in. używaniu prezerwatyw, edukacji seksualnej), a także zapobiegawczym leczeniu lekami antyretrowirusowymi.

Źródła

Hammer, Scott M., et al. "Efficacy trial of a DNA/rAd5 HIV-1 preventive vaccine." New England Journal of Medicine 369.22 (2013): 2083-2092.

Haynes, Barton F., et al. "Immune-correlates analysis of an HIV-1 vaccine efficacy trial." New England Journal of Medicine 366.14 (2012): 1275-1286.

Girard, Marc P., Saladin K. Osmanov, and Marie Paule Kieny. "A review of vaccine research and development: the human immunodeficiency virus (HIV)."Vaccine 24.19 (2006): 4062-4081.

Johnston, Margaret I., and Anthony S. Fauci. "An HIV vaccine—evolving concepts." New England Journal of Medicine 356.20 (2007): 2073-2081.

W.Magdzik, D. Naruszewicz-Lesiuk, A. Zieliński „Wakcynologia”, wydanie II, wyd. Wyeth (2007).

KOMENTARZE
news

<Listopad 2019>

pnwtśrczptsbnd
28
30
31
1
2
3
4
7
MEDmeetsTECH
2019-11-07 do 2019-11-07
9
40. Kongres i Targi LNE
2019-11-09 do 2019-11-10
10
11
15
16
17
22
24
27
28
Warsaw FOODHATON 2019
2019-11-28 do 2019-11-28
29
30
1
Newsletter