Un vettore di vaccino adenovirus usato sui scimpanzé è stato scelto come la tecnologia vaccinale più adatta per SARS-CoV-2

COVID-19 è una malattia causata dalla sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2). La SARS-CoV-2 è stata rilevata per la prima volta nella città di Wuhan, in Cina, nel dicembre 2019, dopo che un gruppo di pazienti con polmonite di causa sconosciuta è stato segnalato all’Organizzazione mondiale della sanità (OMS).

L’epidemia è stata dichiarata un’emergenza di sanità pubblica di interesse internazionale il 30 gennaio 2020 e la malattia causata da SARS-CoV-2 è stata ufficialmente denominata COVID-19 l’11 febbraio 2020.

Dopo aver valutato l’epidemia e dopo la trasmissione del virus in molti altri paesi in tutto il mondo, l’11 marzo 2020 l’OMS ha dichiarato COVID-19 una pandemia.

Ciò significa che la malattia si è diffusa in tutto il mondo ed è la prima volta che un coronavirus ha portato a una pandemia.

Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando duramente per sviluppare un vaccino per prevenire la COVID-19, ma c’è ancora molto da fare. Un team di Oxford guidato dalla prof.ssa Sarah Gilbert, la prof.ssa Andrew Pollard, la prof.ssa Teresa Lambe, la dott.ssa Sandy Douglas e la prof.ssa Adrian Hill hanno iniziato a lavorare alla progettazione di un vaccino sabato 10 gennaio 2020.

Lo stato attuale è che hanno identificato un vaccino candidato e stanno lavorando verso la prima fase di test clinici.

Un vettore di vaccino per adenovirus di scimpanzé (ChAdOx1), sviluppato presso il Jenner Institute di Oxford, è stato scelto come la tecnologia di vaccino più adatta per un vaccino SARS-CoV-2 in quanto può generare una forte risposta immunitaria da una dose e non è un virus replicante, quindi non può causare un’infezione in corso nell’individuo vaccinato.

Ciò rende anche più sicuro somministrare a bambini, anziani e chiunque abbia una condizione preesistente come il diabete. I vettori adenovirali di scimpanzé sono un tipo di vaccino molto ben studiato, essendo stato usato in sicurezza in migliaia di soggetti, da 1 settimana a 90 anni, in vaccini che colpiscono oltre 10 malattie diverse.

I coronavirus hanno punte a forma di mazza sui loro cappotti esterni. Le risposte immunitarie di altri studi sul coronavirus suggeriscono che questi sono un buon bersaglio per un vaccino. Il vaccino Oxford contiene la sequenza genetica di questa proteina spike superficiale all’interno del costrutto ChAdOx1.

Dopo la vaccinazione, viene prodotta la proteina spike superficiale del coronavirus, che prepara il sistema immunitario ad attaccare il coronavirus se in seguito infetta il corpo. Il prof. Gilbert e il team hanno precedentemente sviluppato un vaccino per un’altra malattia umana del coronavirus, che è la sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS), e questo ha mostrato risultati promettenti nei primi studi clinici.

Al momento non stiamo reclutando partecipanti per uno studio clinico sul vaccino COVID-19. Il team è molto impegnato nello sviluppo del vaccino, quindi per favore non contattarci al momento. Forniremo aggiornamenti sullo stato di avanzamento dello studio attraverso questo sito Web, incluso un link per iscriversi, una volta aperto il processo.

Contemporaneamente alla preparazione e allo svolgimento della prima sperimentazione clinica, la produzione del vaccino viene ingrandita pronta per sperimentazioni più ampie e, potenzialmente, in futuro.

I ricercatori dell’Università di Oxford stanno lavorando con grande cura e rapidità nello sviluppo di un nuovo vaccino per il coronavirus. 

La produzione è in corso e le prove potrebbero iniziare a fine primavera. Se dimostrato efficace, un vaccino contro il coronavirus sicuro potrebbe fornire una strategia di uscita per la pandemia e salvare vite umane.

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Negli ultimi anni, le malattie zoonotiche virali hanno causato focolai caratterizzati da rapida diffusione e alta mortalità, tra cui la comparsa nel 2002 di coronavirus (SARS-CoV) grave sindrome respiratoria acuta [1], la pandemia di influenza suina H1N1 del 2009 [2] e il 2013 Scoppio di ebola nell’Africa occidentale [3]. 

Tali focolai sono difficili da prevedere quando emergono o riemergono nuovi ceppi dai bacini zoonotici [4]. I coronavirus (CoV), grandi virus a RNA a filamento positivo dell’ordine Nidovirales [5], sono stati considerati patogeni umani minori, causando sintomi simili al freddo e occasionalmente associati a polmonite e malattie più gravi [6]. 

Tuttavia, la comparsa di SARS-CoV nel 2002 e la sindrome respiratoria del Medio Oriente coronavirus (MERS-CoV) nel 2012, membri dei lignaggi βCoV B e C, rispettivamente, ha segnato un cambiamento nella nostra comprensione del potenziale patogeno dei coronavirus [7]. Poiché questi virus più virulenti sono geneticamente simili a quelli attualmente in circolazione nei pipistrelli [8,9], i CoV possono rappresentare una minaccia per le future zoonosi [10].
Dall’emergere di MERS-CoV in Arabia Saudita nel 2012, sono stati segnalati oltre 2200 casi confermati in almeno 27 paesi, con un tasso di mortalità complessivo del 35% (https: // www.who.int/emergencies/mers-cov ). 

Inoltre, è stata osservata una malattia più grave negli anziani, immunocompromessi e in quelli con patologie croniche [11]. I cammelli, che mostrano sieropositività al MERS-CoV nei sieri archiviati risalenti al 1983 [12], servono come ospiti intermedi e sono in grado di diffondere il virus nell’uomo [13], che può quindi diffondere l’infezione da persona a persona [14 ]. 

Mentre una serie di terapie è stata esplorata per la malattia di CoV [15-17], un vaccino MERS-CoV rimane la misura profilattica più scalabile ed economica. Attualmente, non è disponibile un vaccino per MERS-CoV, sebbene diversi candidati siano stati sviluppati utilizzando una varietà di approcci. 

Gli studi sui vaccini sono stati inizialmente ostacolati dalla mancanza di piccoli modelli animali di malattia MERS-CoV [18]. Mentre i roditori possiedono omologhi per dipeptidil peptidasi 4 (DPP4), il recettore umano per MERS-CoV [19], gli omologhi roditori DPP4 sono incompatibili con l’infezione da MERS-CoV [20–22].

 Tuttavia, sono stati sviluppati diversi approcci in vivo per superare queste barriere e facilitare il test del vaccino MERS-CoV in modelli di piccoli animali [23-27].

Lo sviluppo preclinico del vaccino sia per la SARS-CoV che per la MERS-CoV ha in gran parte mirato a stimolare una risposta immunitaria robusta contro la glicoproteina virale (S) spike-sporgente [28,29], una proteina di fusione di classe I e / o il nucleocapside N) proteine ​​[30,31]. 

MERS-CoV S viene scisso proteoliticamente dalla furina ospite [32] durante la maturazione in un dominio S1 responsabile del legame con DPP4 e un dominio S2 contenente due regioni di ripetizione dell’eptad che facilitano la fusione della membrana (Figura 1).

 Il dominio S1 può essere ulteriormente suddiviso nel dominio N-terminale (NTD), o S1A, associato con acido sialico legante [33] e nel dominio legante il recettore (RBD), comprendente la maggior parte del dominio C-terminale di S1. 

Studi di microscopia crioelettronica hanno dimostrato che l’RBD è flessibile e si apre verso l’alto o lontano dall’involucro virale per stabilire un contatto con DPP4, che può esporre S2 ‘[34], un secondo sito di scissione della proteasi all’interno di S2. 

La scissione in S2 ‘è necessaria per la fusione della membrana all’entrata virale [32]. La centralità di S verso l’ingresso virale aiuta a spiegare perché gli anticorpi che lo colpiscono sono fortemente neutralizzanti [35]. 

D’altra parte, mentre le proteine ​​di CoV N sono espresse in abbondanza durante l’infezione [36], l’immunizzazione con SARS-CoV N non ha indotto anticorpi fortemente neutralizzanti [37], probabilmente perché N non viene visualizzato sulla superficie virale.

 Tuttavia, N è più conservato di S all’interno della discendenza di CoV [38] e la vaccinazione con SARS-CoV N ha dimostrato di indurre risposte di cellule T citotossiche nei topi [39].

Perciò, N può aiutare a indurre l’immunità cellulo-mediata all’infezione da CoV [40], così come S [41]. Le risposte delle cellule T CD4 + e CD8 + dai pazienti MERS-CoV recuperati erano particolarmente forti nei confronti dei peptidi N [42]. 

Tuttavia, la vaccinazione con immunogeni a base di N può comportare rischi associati al potenziamento immunitario eosinofilo correlato a Th2 [43], così come i vaccini a base di S [44]. Tuttavia, a causa della protezione offerta dalla solida risposta immunitaria che genera, S è stato l’obiettivo della maggior parte dei candidati vaccinali per MERS-CoV. 

In questa recensione, riassumiamo lo stato attuale dei candidati al vaccino MERS-CoV e descriviamo anche i potenziali ostacoli all’efficacia del vaccino MERS-CoV che sono emersi per la prima volta durante la ricerca sullo sviluppo di un vaccino SARS-CoV. Tuttavia, la vaccinazione con immunogeni a base di N può comportare rischi associati al potenziamento immunitario eosinofilo correlato a Th2 [43], così come i vaccini a base di S [44]. 

Bisogn evidenziare che a causa della protezione offerta dalla solida risposta immunitaria che genera, S è stato l’obiettivo della maggior parte dei candidati vaccinali per MERS-CoV. 

In questa recensione, riassumiamo lo stato attuale dei candidati al vaccino MERS-CoV e descriviamo anche i potenziali ostacoli all’efficacia del vaccino MERS-CoV che sono emersi per la prima volta durante la ricerca sullo sviluppo di un vaccino SARS-CoV. 

La vaccinazione con immunogeni a base di N può comportare rischi associati al potenziamento immunitario eosinofilo correlato a Th2 [43], così come i vaccini a base di S [44]. 

Tuttavia, a causa della protezione offerta dalla solida risposta immunitaria che genera, S è stato l’obiettivo della maggior parte dei candidati vaccinali per MERS-CoV. 

In questa recensione, riassumiamo lo stato attuale dei candidati al vaccino MERS-CoV e descriviamo anche i potenziali ostacoli all’efficacia del vaccino MERS-CoV che sono emersi per la prima volta durante la ricerca sullo sviluppo di un vaccino SARS-CoV.

Vaccini delle subunità: immunogenicamente focalizzati

I vaccini di subunità comprendono uno o più componenti immunogenici derivati ​​da un agente patogeno [47]. Negli ultimi decenni hanno guadagnato popolarità grazie alla relativa facilità della loro produzione e ai loro ridotti rischi in vivo rispetto ai tipi di vaccino che coinvolgono virus vivi, vale a dire vaccini vivi attenuati, vaccini vettori virali e persino vaccini inattivati ​​preparati in modo improprio.

Dominio vincolante per i recettori

È noto dagli studi condotti su pazienti con SARS-CoV guariti che gli anticorpi generati contro il dominio di legame del recettore (RBD) sono sia di lunga durata (> 3 anni) sia di neutralizzazione [48]. L’RBD nella glicoproteina MERS-CoV S è stato inizialmente mappato su una regione che copre i residui da 358 a 662 [49,50]; antisieri da topi o conigli immunizzati con proteine ​​RBD o protetti da infezione in vitro con MERS-CoV.

In ulteriori studi che esplorano i correlati immunitari di protezione, la somministrazione intranasale di immunoglobulina S1 specifica indotta da proteina R (Ig) G1, IgG2a, IgG3, IgA polmonare e anticorpi neutralizzanti (NAb, cioè anticorpi non tipizzati che dimostrano di inibire funzionalmente il virus libero dall’infezione cellule) [51], nonché risposte mediate dalle cellule misurate dalla produzione di IL-2 e IFN-γ negli splenociti CD4 + e CD8 + stimolati dall’antigene [52].

In questo e negli studi successivi, la proteina RBD è stata fusa in una regione frammentabile (Fc) di IgG1 umana per aumentare l’emivita in vivo dell’immunogeno [53]. La profilazione della regione immunogenica dell’RBD indicava residui 377-588 legati con la massima affinità al DPP4 solubile e induceva i titoli di NAb più alti, quando somministrati a topi e conigli [54].

Questo vaccino proteico RBD raffinato per la gamma è stato espresso stabilmente in una linea cellulare CHO ad alto rendimento modificata [55]. Purificato e adiuvato con AddaVaxTM (simile a MF59), il vaccino proteico RBD era protettivo quando somministrato per via intramuscolare a topi transgenici che esprimevano DPP4 umano (hDPP4), senza evidenza di tossicità immunologica o potenziamento immunitario eosinofilo.
Poiché la glicoproteina S esiste in forma trimerica sul virione, una qualità persa in forme abbreviate della proteina, è stato generato un trimero di questo vaccino proteico RBD contenente un motivo di trimerizzazione di foldon [56].

Questo trimero proteico RBD ha dimostrato di provocare NAb di lunga durata ed essere protettivo nei topi transgenici sfidati con hDPP4 [57]. Indipendentemente, un vaccino monomerico con proteina RBD è stato sviluppato e testato nei macachi di rhesus, dove ha ridotto la patologia polmonare associata a MERS e ridotto i carichi virali quando è stato adiuvato con allume e somministrato per via intramuscolare in un regime di tre dosi prima della sfida [58].

Infine, è stato dimostrato che le proteine ​​RBD che codificano le sequenze di diversi ceppi di MERS-CoV inducono anticorpi neutralizzanti incrociati contro i ceppi MERS-CoV umani e cammelli divergenti e mutanti di fuga di anticorpi monoclonali (mAb), confermando la promessa dell’RBD come target di vaccino valido [59].

Figura intera S

Il targeting dell’intera glicoproteina S ha il vantaggio di includere epitopi neutralizzanti senza RBD, compresi quelli nei domini più conservati. Le “nanoparticelle” di proteine ​​S, “aggregati proteici contenenti S a tutta lunghezza”, sono state proposte come vaccino subunità, poiché la vaccinazione con nanoparticelle coadiuvata con Matrix-M1TM ha suscitato NAb nei topi [60] topi trasdotti adenoviralmente protetti da hDPP4 [24] da MERS-CoV sfida [61].

Le misurazioni del titolo virale e dell’RNA virale erano vicine al limite di rilevazione in questi topi vaccinati. Tuttavia, nonostante questi risultati promettenti, il potenziamento dell’infezione dipendente dall’anticorpo (ADE) è stato precedentemente notato nel contesto della vaccinazione con il vaccino contro la proteina SARS-CoV S integrale [62].

Sebbene ADE non sia stato dimostrato con S a tutta lunghezza da MERS-CoV, ulteriori studi devono considerare questo come un potenziale problema.
Una variazione del vaccino contro la glicoproteina S a lunghezza intera è un trimero dell’ectodominio S (tutto tranne il dominio transmembrana) bloccato conformazionalmente nello stato di prefusione dalla sostituzione di due residui di prolina nel dominio S2 [34]. Il lavoro sulle proteine ​​di fusione correlate come la glicoproteina F del virus respiratorio sinciziale ha dimostrato che stabilizzare la glicoproteina nel suo stato di prefusione aiuta l’elicita a una più forte neutralizzazione della risposta anticorpale [63].

Questa “prefusione” S somministrata ai topi ha suscitato sieri con maggiore attività di neutralizzazione nei confronti di un pannello di pseudovirus che presentano varianti di MERS-CoV S specifiche del ceppo rispetto al tipo selvaggio S. Poiché il dominio S2 dei CoV è più conservato rispetto al dominio S1 [64], il targeting di epitopi in S2 può fornire una protezione più ampia contro diversi ceppi MERS-CoV e altri ceppi C βC.

Dominio N-Terminal

I vaccini contro le proteine ​​a base di S e RBD si basano su precedenti sforzi di vaccinazione per SARS-CoV. Al contrario, i vaccini che colpiscono il dominio N-terminale di S1 ​​(NTD) offrono un nuovo obiettivo. L’NTD di S1 ​​non contiene l’RBD per MERS-CoV; tuttavia, l’NTD si lega all’acido sialico ed è la chiave per infettare alcuni tipi di cellule [33].

Immunizzazione con proteina NTD protetta contro la sfida MERS-CoV nei topi trasdotti adenoviralmente hDPP4, inducendo risposte mediate da cellule negli splenociti (produzione CD8 + IFN-γ, produzione CD4 + IL-2 e produzione IL-17A) nonché risposte umorali (IgG e NAb), sebbene il titolo NAb fosse inferiore rispetto a quello di un vaccino proteico RBD [65]. Nel complesso, questi risultati suggeriscono che il targeting di domini S1 al di fuori dell’RBD potrebbe essere una strategia praticabile per i vaccini MERS-CoV.

Vaccini DNA: protezione efficiente

I vaccini a DNA offrono una piattaforma rapida per progettare e fornire proteine ​​immunogene, tipicamente codificate su vettori di plasmidi e iniettate nei tessuti con l’elettroporazione associata [66].

La somministrazione del vaccino a DNA tramite elettroporazione è stata testata in studi clinici con immunogenicità paragonabile ad altri tipi di vaccino e segnalati eventi avversi prevalentemente di basso grado [67].

L’espressione in vivo delle proteine ​​codificate dal plasmide ricapitola le modificazioni post-traduzionali native pur mantenendo la capacità di stimolare l’immunità sia umorale che mediata dalle cellule [68].

Mentre le preoccupazioni sulla sicurezza dei vaccini a DNA e sul loro potenziale di integrazione nei cromosomi delle cellule ospiti sono state espresse all’inizio del loro sviluppo [69], l’integrazione con vari plasmidi e inserti sembra essere estremamente rara [70]. Ad oggi sono stati segnalati diversi vaccini a DNA per MERS-CoV.

Figura intera S

pVax1 TM è un vettore di vaccino plasmidico proprietario ottimizzato che è stato sviluppato come vaccino MERS-CoV codificando un glicoproteina MERS-CoV S contenente codone e altre ottimizzazioni proprietarie, nonché una sequenza leader IgE per promuovere l’espressione e l’esportazione di mRNA [ 71].

La somministrazione intramuscolare di questo costrutto con anticorpi indotti dall’elettroporazione con neutralizzazione del ceppo cross-MERS-CoV e risposte delle cellule T polifunzionali specifiche dell’antigene nei macachi di rhesus.

Queste risposte immunitarie umorali e mediate dalle cellule erano correlate con una patologia polmonare minima e una riduzione delle cariche virali polmonari sulla sfida MERS-CoV.

Lo stesso studio ha riportato l’induzione di NAb nei cammelli dromedari, il che indica che il vaccino potrebbe essere utilizzato nei bacini zoonotici. Sulla base di questi risultati preclinici, il vaccino pVax1TM (GLS-5300) ha completato uno studio clinico di fase I (clinictrials.gov/ct2/show/NCT02670187).

Una seconda piattaforma di vaccino utilizza pVRC8400 [72,73], un vettore plasmidico progettato per un’elevata espressione del transgene e una migliore risposta mediata dalle cellule. Un regime vaccinale consistente nella somministrazione intramuscolare di ceppo MERS-CoV Inghilterra1 S a lunghezza intera codificata su pVRC8400, con elettroporazione e un booster di proteina S1 adiuvato con AlPO4, ha indotto NAb nei macachi di rhesus fino a 10 settimane dopo il richiamo [74].

Questo vaccino ha provocato una patologia polmonare inferiore a seguito di una sfida con il ceppo MERS-CoV Jordan N3. Nello stesso studio, il vaccino contro la proteina S DNA / S1 a lunghezza intera ha indotto un titolo NAb più elevato nei topi rispetto ad altre combinazioni prime / boost che coinvolgono costrutti che codificano S1 o S con il dominio transmembrana (TMD) eliminato.

Coerentemente con questa scoperta, lo studio ha riportato che mAbs indotti contro domini esterni all’RBD erano in grado di neutralizzare lo pseudovirus di MERS-CoV. Insieme, questi risultati hanno ribadito il potenziale immunogenico di epitopi non-RBD, compresi quelli derivati ​​dalla struttura S quaternaria (trimero), che potrebbero aiutare a generare risposte immunitarie in grado di minimizzare le varianti di fuga derivate dall’immunizzazione mirata al dominio RBD o S1.

Dominio S1

Il dominio S1 del ceppo MERS-CoV Al-Hasa_15_2013 codificato su pcDNATM3.1 (+), un plasmide proprietario da cui deriva pVax1TM, è stato testato come piattaforma vaccinale. Questo vaccino ha indotto NAb nei topi quando somministrato per via intramuscolare e produzione di citochine specifiche dell’antigene, compresa la produzione di CD4 + e CD8 + di IL-4 e IFN-γ negli splenociti murini [75].

Inoltre, il vaccino ha protetto i topi trasdotti adenoviralmente da hDPP4 contro la sfida con il ceppo MERS-CoV EMC / 2012. Inoltre, questo vaccino S1 ha suscitato più NAb di quanto non abbia fatto S per tutta la lunghezza nello stesso vettore. Questo risultato è stato attribuito a una maggiore secrezione della proteina S1, che mancava di TMD, e ad un maggiore assorbimento da parte delle cellule presentanti l’antigene [76]. Uno studio di un gruppo separato che confronta i vaccini PCDNATM3.1 codificanti S e S1 a lunghezza intera ha scoperto che il vaccino S1 ha suscitato nei topi un rapporto IgG2a / IgG1 più bilanciato rispetto a quello provocato da S a lunghezza intera [77] suggerendo un Th1 / bilanciato Risposta Th2 [78]. Insieme, questi risultati mostrano che più vettori di vaccino plasmidico che codificano il dominio S o S1 a lunghezza intera inducono immunità adattiva e proteggono dalla sfida MERS-CoV.

Vaccini virali vettoriali: consegna ottimizzata

I vaccini virali vettoriali contengono una o più proteine ​​immunogene del patogeno di interesse nel contesto di una spina dorsale del virus attenuata. Questo approccio sfrutta l’ingresso cellulare da parte del virus e l’adiuvantazione dai componenti virali e induce risposte sia umorali che forti mediate dalle cellule [79].

I primi studi sui vaccini vettoriali virali per MERS-CoV si sono basati su piattaforme consolidate e sono successivamente passati a nuovi approcci virali vettoriali.
È stato dimostrato che le particelle di replicone del virus dell’encefalite equina venezuelana (VEE) (VRP), una piattaforma basata su alphavirus che sostituisce i geni strutturali VEE con un transgene estraneo, inducono forti risposte immunitarie umorali e cellulari [80,81].

Un VRP che codifica MERS-CoV S ha suscitato NAb in topi sia giovani che anziani [38]. Ulteriori studi con questo vettore hanno dimostrato che l’immunizzazione con un VRP che esprime la proteina N ha protetto i topi trasdotti adenoviralmente hDPP4 da una sfida MERS-CoV in una modalità CD4 + T e dipendente dall’IFN-γ [82].

Inoltre, uno specifico epitopo di proteina N è stato stimolante nei topi transgenici per l’antigene leucocitario umano DR2 e DR3, evidenziando la rilevanza di questo epitopo per il riconoscimento dell’antigene umano e per promuovere l’immunità cellulare mediata nell’uomo.

Il virus del vaccino modificato Ankara (MVA) [83,84], una piattaforma di vaccini consolidata, è stato sviluppato per codificare MERS-CoV S. integrale Questo vaccino ha indotto le risposte delle cellule T NAb e CD8 + nei topi [85] e anche protetto contro l’istopatologia indotta da MERS-CoV in topi trasdotti adenoviralmente hDPP4 prima della sfida [86]. Inoltre, nel sito di iniezione è stata osservata un’infiammazione minima e iperplasia dei linfonodi [87].

Lo stesso vaccino MVA-MERS-CoV S iniettato per via intramuscolare nei cammelli dromedari ha dimostrato di indurre NAb e di limitare l’escrezione del virus infettivo in caso di sfida intranasale con MERS-CoV [88].

È in corso uno studio clinico di fase I (clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03615911).
Gli adenovirus compongono una terza piattaforma di vettori virali per i vaccini MERS-CoV. I vaccini adenovirus vettoriale sono stati testati in studi clinici per un’ampia varietà di malattie, in particolare l’HIV [89]. Tuttavia, la loro efficacia può essere ostacolata dall’immunità preesistente ai sierotipi di adenovirus prevalenti [90,91].

Ad esempio, l’immunità preesistente all’adenovirus umano sierotipo 5 (Ad5) ha mostrato di ridurre le risposte delle cellule T CD8 + contro un transgene vettoriale Ad5 [92]. Per sfruttare la via respiratoria condivisa di infezione sia di MERS-CoV che di adenovirus, sono stati sviluppati vaccini S5 e S1 a lunghezza intera vettoriale Ad5 [93].

Questi hanno provocato IgG e NAb specifici dell’antigene quando somministrati per via intramuscolare ai topi con successivo potenziamento intranasale. È importante sottolineare che questo studio non ha rilevato l’immunità contro il vettore Ad5 nei cammelli dromedari, la popolazione di vaccinazione prevista.

Inoltre, le cellule mononucleate del sangue periferico di cammello e una linea cellulare di fibroblasti derivati ​​dal cammello sono state in grado di essere infettate con Ad5.

Un altro vaccino Ad5-MERS-CoV S è stato sviluppato separatamente, così come un vaccino umano adenovirus di tipo 41 (Ad41) -MERS-CoV S [94]. L’adenovirus di tipo 41 (Ad41) è un patogeno enterico con potenziale utilizzo come vaccino somministrato per via orale [95].

Entrambi questi vaccini, Ad5-MERS-CoV S e Ad41-MERS-CoV S, sono stati segnalati per indurre risposte umorali quando somministrati per via intragastrica nei topi. Oltre alle risposte umorali, hanno anche indotto risposte mediate dalle cellule a lunga durata nel polmone e nella milza quando somministrate per via intramuscolare.

È stato riportato un regime finale di immunizzazione MERS-CoV basato su Ad5 [96]. Immunizzazione con S vettoriale ad5 seguito da potenziamento con nanoparticelle S indotte Ig-S specifiche, NAb e risposte mediate da cellule sia Th1 che Th2 nei topi, e anche protezione di topi trasdotti adenoviralmente da hDPP4 dalla sfida MERS-CoV.

Per aggirare la sieroprevalenza di adenovirus umani circolanti, gli adenovirus di scimpanzé sono stati sviluppati anche come vettori di vaccini virali [97] e sono entrati in studi clinici [98]. Un vaccino con codifica S MERS-CoV basato su un vettore adenovirale di scimpanzé (ChAdOx1) ha dimostrato di indurre alti livelli di NAb e risposte mediate dalle cellule (produzione CD8 + IFN-γ, TNFα e IL-17) nei topi 4 settimane dopo immunizzazione [99].

Questo vaccino è stato costruito con una sequenza di glicoproteina S ottimizzata per il codone e la sequenza leader del gene attivatore del plasminogeno tissutale (tPA) per promuovere la secrezione [100,101]. Il vaccino ChAdOx1-MERS-CoV S protetto contro le sfide letali in un modello di topo transgenico hDPP4 [102].

Sulla base del precedente lavoro con il vettore ChAdOx1 che ha dimostrato la sua sicurezza nell’uomo, il vaccino ChAdOx1-MERS-CoV S è in fase di sperimentazione clinica di fase I (clinictrials.gov/ct2/show/ NCT03399578).

Numerosi vettori virali aggiuntivi sono stati impiegati come vaccini MERS-CoV. Le piattaforme vettoriali per il virus del morbillo sono state sviluppate negli ultimi due decenni [103]. Una forma integrale o solubile di S codificata nel ceppo di vaccino contro il morbillo MVvac2 indotta da NAb, proliferazione di cellule T, produzione di IFN-γ specifico di S e attività citotossica [104].

Il vaccino ha anche protetto contro la sfida MERS-CoV nei topi trasdotti adenoviralmente hDPP4 che erano transgenici per un recettore del virus del morbillo. È stata eseguita un’ulteriore caratterizzazione delle risposte delle cellule T indotte da questo vaccino [105].

Da notare che un numero 5 volte maggiore di cellule T reattive sono state indotte dalla vaccinazione con MVvac2-S rispetto a quelle indotte dalla proteina N usando lo stesso vettore. Inoltre, la produzione di IFN-γ specifica dell’antigene da parte delle cellule T potrebbe essere indotta nei topi più anziani (7 mesi) a livelli vicini a quelli indotti nei topi più giovani (6-12 settimane).

Il virus della malattia di Newcastle (NDV) è stato esplorato come vettore vaccinale poiché infetta le vie respiratorie e può indurre immunità sistemica e mucosa nei primati non umani [106]. Un vettore NVD che esprime MERS-CoV S ha dimostrato di indurre titoli NAb di lunga durata (fino a 14 settimane dopo l’immunizzazione) nei cammelli [107].

Il gruppo di ricerca dietro questo studio ha anche esaminato il virus della stomatite vescicolare (VSV) [108] come vettore virale. È stato dimostrato che S espressa da un sistema di genetica inversa VSV si incorpora sulla superficie dei virioni salvati nella coltura cellulare. Il vaccino purificato è stato in grado di infettare le cellule in modo dipendente dall’hDPP4, ha indotto IgG e NAb S specifiche nei topi e ha stimolato le risposte umorali e mediate dalle cellule (produzione IFN-γ) nei macachi di rhesus [109].

Simile alla piattaforma VSV, è stato esplorato un vettore di virus della rabbia (RABV). Ispirato da studi che combinano piattaforme di vaccino contro la rabbia e Ebola [110], è stato proposto un vaccino contro la rabbia doppia / MERS inattivato con beta-propiolattone che incorpora il dominio MERS-CoV S1 fuso con la proteina G del virus della rabbia sul virione RABV [111].

Questo vaccino ha suscitato IgG e NAb specifiche per S e topi trasdotti adenoviralmente adenoviralmente trasdotti dalla sfida MERS-CoV. Gli approcci VSV e RABV qui descritti sono unici in quanto codificano S (o S1) nel genoma vettoriale e lo visualizzano anche sulla superficie del virione.
Infine, le particelle virali (VLP), che comprendono proteine ​​immunogeniche autoassemblanti, ma nessun genoma [112], sono state usate anche come vettori virali.

Un baculovirus VLP contenente S e le proteine ​​dell’inviluppo MERS-CoV e le proteine ​​della matrice hanno suscitato risposte IgG e IFN-γ specifiche di RBD nei macachi di rhesus [113]. È stato sviluppato un successivo vaccino VLP baculovirus che si è concentrato solo sulla fusione dell’RBD da S e della proteina immunogena VP2 del parvovirus canino.

Questo vaccino ha indotto risposte IgG, NAb e cellulo-mediate specifiche per RBD tra cui IFN-γ, IL-2 e IL-4 nei topi e ha inoltre attivato le cellule dendritiche nei linfonodi inguinali [114]. In sintesi, una varietà di vaccini virali vettoriali per MERS-CoV inducono risposte immunitarie promettenti nei modelli animali e spesso dimostrano protezione dalle sfide.

Vaccini vivi attenuati e inattivati: utili dal punto di vista della situazione

Un approccio finale allo sviluppo di vaccini MERS-CoV fornisce l’intero virus, inattivato o vivo ma attenuato. Entrambi questi tipi di vaccino ricordano il virus originale, preservando le caratteristiche strutturali e un repertorio completo o quasi completo di componenti immunogenici.

I virus inattivati ​​possono contenere deformazioni strutturali introdotte dall’inattivazione, ma, a differenza dei virus attenuati, non presentano rischi, se inattivati ​​in modo adeguato, sia di ritorno a uno stato virulento che di infezione persistente nei pazienti immunocompromessi. Meno esempi di vaccini contro virus interi, rispetto agli altri tipi di vaccino, sono stati sviluppati per MERS-CoV.

Inattivato

Lo sviluppo di vaccini inattivati ​​per MERS-CoV è stato ostacolato da precedenti preoccupazioni con i vaccini inattivati ​​SARS-CoV. È stata osservata una patologia polmonare correlata all’eosinofilo per un vaccino SARS-CoV doppiamente inattivato con formalina e irradiazione UV [115].

Questa risposta è stata particolarmente notevole nei topi anziani rispetto ai topi giovani e in seguito a una sfida eterologa contro omologa. Allo stesso modo, l’immunizzazione con un vaccino MERS-CoV irradiato con raggi gamma adiuvato con allume o MF59 ha suscitato NAb e ridotto il titolo virale su sfida nei topi transgenici hDPP4, ma ha indotto patologia polmonare correlata agli eosinofili nei topi vaccinati dopo sfida [116].

È stato provato un diverso metodo di inattivazione per un secondo vaccino inattivato MERS-CoV. MERS-CoV inattivato con formalina adiuvato con allume e oligodeossinucleotidi contenenti motivi CpG non metilati ha mostrato di suscitare livelli di NAb alla pari con quelli suscitati da un vaccino S solo per glicoproteina [117].

Inoltre, il vaccino ha offerto una protezione migliore della sola S sulla base della riduzione del titolo virale polmonare nei topi adenoviralmente trasdotti da hDPP4 dopo la sfida MERS-CoV. Sorprendentemente, la patologia correlata al vaccino mediata da eosinofili non è stata osservata in questo modello animale. È interessante notare che è stato anche dimostrato che l’inclusione degli agonisti dei recettori Toll-like in un vaccino SARS-CoV inattivato con UV ha ridotto la patologia associata a Th2 nei polmoni dopo una sfida [118].

Questi risultati suggeriscono che i vaccini CoV inattivati ​​possono rimanere opzioni praticabili per un ulteriore sviluppo con il giusto metodo di inattivazione e adiuvanti.

Attenuato dal vivo

I vaccini vivi attenuati per MERS-CoV mostrano efficacia nei modelli animali, ma finora non sono stati perseguiti in studi successivi. Sebbene più rischiosi rispetto ad altri tipi di vaccini, i vaccini vivi attenuati hanno storicamente offerto protezione contro una varietà di malattie minacciose [119] e possono essere riservati agli scenari di epidemie in cui offrono una soluzione immunogenicamente solida.

La proteina dell’inviluppo CoV (E) è importante nell’assemblaggio e nell’uscita dei virioni e ha anche dimostrato di inibire la risposta allo stress delle cellule ospiti [120]. Un mutante di delezione elettronica di SARS-CoV era precedentemente trovato protettivo in vivo contro la sfida SARS-CoV [121].

Uno studio iniziale su un sistema di genetica inversa MERS-CoV ha riportato un mutante competente per la replicazione, ma difettoso per la propagazione privo della proteina E che potrebbe essere salvato in coltura cellulare con E espressa in trans [122].

Tuttavia, il mutante di delezione elettronica è stato salvato con un titolo inferiore di 100 volte rispetto al MERS-CoV wild-type, forse spiegando perché questo mutante non è stato ulteriormente sviluppato come candidato vaccino attenuato vivo.

Altri componenti CoV sono stati presi di mira nello sviluppo di vaccini vivi attenuati. La proteina nostrutturale 14 (nsp14) contiene una esoribonucleasi (ExoN) essenziale per la fedeltà di replicazione che si trova in tutti i nidovirus noti con dimensioni del genoma superiori a 20 kb [5].

Una carenza stabile di SARS-CoV attenuata nsp14 in topi giovani, anziani e immunocompromessi, ed è stata in grado di indurre protezione dopo la vaccinazione [123]. Tuttavia, non sono stati riportati mutanti ExoN per MERS-CoV.

La proteina non strutturale 16 del gene CoV (nsp16) è una 2t-O-metil-transferasi coinvolta nel limite virale di mRNA [124] ed è stata precedentemente inattivata in un vaccino attenuato vivo SARS-CoV [125,126].

Un vaccino MERS-CoV carente di nsp16 vivo è stato allo stesso modo attenuato in maniera dipendente dall’interferone di tipo I e IFIT1. Immunizzazione con NAb indotto mutante MERS-CoV nsp16 e protetto topi transgenici hDPP4 ingegnerizzati CRISPR [23] dalla sfida con un ceppo MERS-CoV adattato da topo [127].

Infine, sono stati considerati anche vaccini vivi attenuati privi di proteine ​​accessorie di CoV. Le proteine ​​accessorie di CoV sono dispensabili per la replicazione virale ma hanno dimostrato di modulare la segnalazione di interferone e la produzione di citochine pro-infiammatorie [128].

Un ceppo MERS-CoV privo di frame di lettura aperti (ORF) accessori 3, 4 e 5 è stato attenuato in vivo, indotto NAb, e come il mutante nsp16, protetto da topi transgenici hDPP4 ingegnerizzati CRISPR dalla sfida con un MERS adattato al topo CoV deformazione [129]. Complessivamente, gli approcci vaccinali interi alla vaccinazione MERS-CoV appaiono sia protettivi che sicuri nei modelli animali.

Conclusioni e direzioni future

Aiutati dalle conoscenze acquisite dallo sviluppo del vaccino contro la SARS-CoV e altre malattie virali contemporanee, gli sforzi di sviluppo del vaccino MERS-CoV si sono moltiplicati sin dalla sua comparsa, producendo promettenti candidati vaccinali che si estendono su più piattaforme (Tabella 1).

Tuttavia, i principali ostacoli all’efficacia del vaccino rilevati per la prima volta per SARS-CoV possono valere anche per MERS-CoV. Come per SARS-CoV [130], la mortalità per MERS-CoV ha influenzato in modo sproporzionato gli anziani.

Inoltre, gli individui immunocompromessi e quelli con condizioni croniche sono maggiormente a rischio di mortalità per infezione da MERS-CoV [11]. Un vaccino universale MERS-CoV deve offrire protezione a queste classi vulnerabili di persone.

Sono necessari ulteriori studi sull’efficacia dei vaccini MERS-CoV proposti nei modelli di immunosenescenza, immunocompromissione e condizioni croniche. A questo proposito, studi di vaccinazione con SARS-CoV hanno indicato che i vaccini possono essere in grado di indurre protezione nei giovani animali senza riuscire a proteggere gli animali anziani [115].

Alla luce della minaccia dei ceppi di coronavirus correlati emergenti, gli studi sui vaccini MERS-CoV devono anche prendere in considerazione modelli di sfida eterologa per garantire la sicurezza dall’immunopatologia indotta da vaccino, specialmente negli individui più anziani [115]. 

In breve, l’immunopatologia indotta da vaccino, in particolare il potenziamento immunitario eosinofilo correlato al Th2 [131], da sfide sia omologhe che eterologhe, deve essere specificamente monitorata nelle popolazioni vulnerabili.

È interessante notare che è stato dimostrato che la patologia risultante dalla sfida MERS-CoV nei polmoni dei macachi di rhesus immunosoppressi era inferiore rispetto a quella dei macachi non immunosoppressi, sottolineando la componente immunopatogena delle malattie respiratorie causate da CoV [132].

Le diverse piattaforme di vaccini qui descritte presentano vantaggi e svantaggi unici. Poiché la grave malattia da CoV mantiene una componente immunopatogena, un vaccino di successo deve trovare un equilibrio tra protezione ed eccessiva attivazione immunitaria. Come si è visto con l’S [44] a lunghezza intera e con il virus inattivato [116], la vaccinazione può produrre immunopatologia in determinate condizioni.

In alternativa, la protezione deve essere sufficientemente approfondita da impedire la fuga di NAb, un fenomeno inversamente correlato al numero di epitopi immunogenici. Mentre gli anticorpi indotti contro S di SARS-CoV o MERS-CoV scarsamente neutralizzano in modo incrociato attraverso i rispettivi lignaggi [38], un vaccino che contiene più epitopi immunogenici offrirebbe forse anche una maggiore protezione incrociata contro i ceppi eterologhi all’interno del lignaggio man mano che emergono, specialmente se gli epitopi conservati sono inclusi nella progettazione del vaccino.

Una maggiore comprensione della patologia di MERS-CoV aiuterà anche a guidare i futuri sforzi di sviluppo del vaccino illuminando possibili differenze critiche nelle risposte al vaccino tra MERS-CoV e SARS-CoV, quest’ultima delle quali ha influenzato in larga misura lo sviluppo del vaccino contro il primo.

Nel complesso, i vaccini MERS-CoV hanno mostrato risultati incoraggianti negli studi preclinici e speriamo che questi vaccini resistano a considerazioni di sicurezza al fine di procedere attraverso studi clinici. Mentre lo sviluppo del trattamento terapeutico è fondamentale, la vaccinazione ha la promessa di mitigare i futuri focolai e alleviare il carico di malattia delle popolazioni più vulnerabili tra cui gli anziani, gli immunosoppressi, gli operatori sanitari, i familiari dei pazienti infetti e quelli nelle aree endemiche.

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Fonte: Oxford University

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