Descubrimiento de nuevas vacunas: El gran desafío de la ciencia

Universidad de Sevilla – Facultad de Farmacia DESCUBRIMIENTO DE NUEVAS VACUNAS: EL GRAN DESAFÍO DE LA CIENCIA RAFAEL PÉREZ CASTRO 1 2 Facultad de Farmacia – Universidad de Sevilla Trabajo de Fin de Grado – Grado en Farmacia DESCUBRIMIENTO DE NUEVAS VACUNAS: EL GRAN DESAFÍO DE LA CIENCIA Autor/a: Rafael Pérez Castro Tutor/a: Francine Piubeli Departamento: Microbiología Fecha de presentación: Julio 2021 – Facultad de Farmacia Tipología: Revisión bibliográfica 3 ÍNDICE Contenido ÍNDICE ......................................................................................................................................... 3 RESUMEN .................................................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 4 OBJETIVOS ................................................................................................................................. 6 METODOLOGÍA ......................................................................................................................... 6 ANTECEDENTES: CONTEXTO HISTÓRICO DE LAS VACUNAS ....................................... 7 NUEVAS ESTRATEGIAS DE OBTENCIÓN DE VACUNAS ................................................ 11 Vacunas de células enteras ...................................................................................................... 12 Vacunología inversa ................................................................................................................ 13 Vacunología estructural........................................................................................................... 15 Vacunas ARN .......................................................................................................................... 16 NUEVAS ESTRATEGIAS DE POTENCIACIÓN DE LA INMUNOGENICIDAD ................ 19 Vacunómica ............................................................................................................................. 19 Nuevos adyuvantes .................................................................................................................. 21 SITUACIÓN ACTUAL DEL DESARROLLO DE VACUNAS DE ENFERMEDADES HISTÓRICAS ............................................................................................................................. 22 Virus de la Inmunodeficiencia Humana .................................................................................. 22 Malaria .................................................................................................................................... 24 SARS-CoV-2 ........................................................................................................................... 26 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 29 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 30 4 RESUMEN Desde el descubrimiento de las primeras vacunas, las técnicas de obtención y desarrollo de estas han ido mejorando para poder inmunizar a la población frente a todo tipo de enfermedades infecciosas. Gracias al proceso de vacunación se ha conseguido erradicar la viruela y se ha reducido la transmisión de varias enfermedades como la rubeola o el sarampión. No obstante, los patógenos causantes de estas enfermedades infecciosas también evolucionan y la producción de vacunas con el fin de frenar estas enfermedades se complica. Es por esta razón que se están realizando investigaciones para crear nuevas estrategias de obtención de vacunas que mejoren su efectividad y seguridad con el fin de proporcionar una mayor inmunización en la población, así como una mejor aceptación y participación por parte de los individuos. Además, la investigación tiene como objetivo, desde hace varios años, desarrollar vacunas contra enfermedades que, actualmente, no tienen una vacuna aprobada y continúan siendo una amenaza para la salud pública. Se hace necesario resaltar las epidemias provocadas por el virus de la inmunodeficiencia humana o por el parásito Plasmodium causante de la enfermedad de la malaria, a la que se suma la reciente pandemia ocasionada por el coronavirus SARS-CoV-2. En líneas generales, el conjunto de nuevas ideas permitirá la llegada de nuevos tipos de vacuna que sean más económicas y aceleren y faciliten la inmunización de la población frente a importantes enfermedades que aún no se les ha podido hacer frente con las estrategias tradicionales y futuras enfermedades que podrían amenazar con convertirse en una pandemia. INTRODUCCIÓN La vacunología es la ciencia multidisciplinar enfocada al estudio de las vacunas incluyendo desde los componentes antigénicos hasta su impacto en la población (González-Romo y Picazo, 2015). Las vacunas son una de las mayores innovaciones en salud pública en la historia de la humanidad (Karch y Burkhard, 2016) junto a la introducción del agua potable y el 5 saneamiento (Greenwood, 2014). La vacunación proporciona un mecanismo muy eficaz para contrarrestar las enfermedades infecciosas, puesto que previenen el desarrollo de morbilidad y mortalidad. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que las vacunas previenen de 2 a 3 millones de muertes humanas al año, cifras que se situarían al menos en 6 millones si todos los niños recibieran el calendario de vacunación recomendado (Karch y Burkhard, 2016). La mayoría de las vacunas disponibles en la actualidad se basan en la clásica metodología de vacunas inactivadas o vivas atenuadas (Francis, 2018) que han sido las estrategias dominantes en la inmunización hasta finales de la década de 1990 (González-Romo y Picazo, 2015). Sin embargo, la inactivación puede no inducir respuestas protectoras, como es el caso del ébola; y las vacunas vivas atenuadas tienen el riesgo de reversión, lo que impide su uso para organismos altamente patógenos (Rauch et al., 2018). Existen organismos con estructuras y ciclos de vida complejos, como es el caso del parásito de la malaria, o virus capaces de superar la respuesta inmune humana a través de la diversidad antigénica, como el VIH o el virus de la influenza, por lo tanto, el desarrollo de las futuras vacunas sigue suponiendo uno de los principales retos para la ciencia en la actualidad (Greenwood, 2014). La producción de vacunas puede verse obstaculizada por factores como la dificultad o imposibilidad del cultivo del patógeno en condiciones in vitro o la necesidad de un alto nivel de bioseguridad para el cultivo, por lo que se requieren enfoques nuevos que no dependan exclusivamente del cultivo de patógenos (Rauch et al., 2018). Además, es necesario comprender mejor la base inmunológica de la vacunación para desarrollar vacunas contra estos patógenos, controlar los brotes que amenazan la seguridad sanitaria mundial y averiguar cómo reactivar las respuestas inmunitarias en el sistema inmune envejecido para proteger a la creciente población de adultos mayores de las enfermedades infecciosas (Pollard y Bijker, 2021). La pandemia de la enfermedad por el virus SARS-CoV-2 que se ha extendido por todo el mundo (Jeyanathan et al., 2020), el temor a una grave pandemia de gripe, o el brote de enfermedad por el virus ébola, son ejemplos de la imperante necesidad de desarrollar nuevas vacunas, que siendo eficaces y seguras, puedan ser obtenidas a escala mundial de manera rápida (González-Romo y Picazo, 2015). 6 En la historia de la humanidad, sólo se han podido eliminar dos enfermedades infecciosas como resultado de una exitosa campaña de vacunación: la viruela en 1979 y la peste bovina en 2011. Aunque haya enfermedades que estén cerca de su erradicación, como son los casos del sarampión y la poliomielitis, todavía hay mucho por hacer (Karch y Burkhard, 2016). Los obstáculos para encontrar vacunas de alta eficacia frente a plagas como la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) o la malaria, a pesar del tiempo y de los recursos invertidos, ponen de manifiesto que son necesarios nuevos enfoques en el desarrollo de vacunas. Durante los últimos años se ha producido un gran desarrollo en numerosos campos de la medicina gracias a los avances científicos y tecnológicos de los que se dispone, así como la facilidad y rapidez para interaccionar y comunicar los hallazgos (González-Romo y Picazo, 2015). Estos conocimientos deberían explicar mejor la naturaleza de las respuestas para obtener una inmunidad protectora frente a distintas enfermedades y permitir el progreso de nuevas generaciones de vacunas con mejores propiedades (Francis, 2018). OBJETIVOS Es necesario dar a conocer los descubrimientos realizados por la sociedad científica sobre los diferentes tipos de vacuna y sus métodos de obtención. Frente al expuesto, el objetivo de este trabajo es: • Estudiar nuevos enfoques para el desarrollo de vacunas y estrategias que potencien la inmunidad. • Conocer así la situación y el pronóstico de algunas de las enfermedades infecciosas más importantes del mundo. METODOLOGÍA Para la realización de este trabajo se realizó una revisión bibliográfica utilizando como principal fuente de información la base de datos Pubmed. Se han utilizado palabras claves como: vacuna, antígeno, anticuerpo, virus, inmunización. 7 ANTECEDENTES: CONTEXTO HISTÓRICO DE LAS VACUNAS La variolización es la inyección de pequeñas cantidades de material infeccioso de las vesículas de viruela en la piel de individuos sanos, con el fin de inducir protección frente a la enfermedad naturalmente adquirida provocando síntomas leves (Weiss y Esparza, 2015). Esta práctica se remonta al siglo XV en Oriente Medio y Asia, donde las pústulas de los pacientes con casos leves de viruela eran extraídas y secadas. Posteriormente, se frotaban en la superficie de la piel de otro paciente con el fin de evitar una forma más grave de la enfermedad. Esta práctica sirvió para reducir las tasas de mortalidad comparada con la infección de un individuo con el virus de la viruela (Karch y Burkhard, 2016). Es así como la variolización fue traída a Europa en 1718 de la mano de Lady Mary Wortley Montagu, la esposa del embajador británico en el Imperio Otomano, que observando esta práctica decidió llevarla a cabo con sus hijos para así evitar que se contagiaran de viruela (Karch y Burkhard, 2016). Por otro lado, el granjero Benjamin Jesty y el médico Edward Jenner argumentaron que el contacto de las lecheras con las vacas las protegía de la viruela (Plotkin y Plotkin, 2011). Benjamin Jesty inoculó al niño James Phipps con material de una vaca infectada con la viruela vacuna, que resultó en una lesión indicativa de infección; y siete semanas después le inyecto material de una pústula de viruela (Minor, 2015). La vacuna contra la viruela fue la primera vacuna desarrollada en el mundo y en consecuencia también ha sido la viruela la primera enfermedad infecciosa humana erradicada por vacunación, un hito alcanzado en 1979 (Greenwood, 2014). Tuvieron que pasar 80 años hasta el siguiente precedente, cuando Louis Pasteur observó que podía atenuar a una bacteria si la exponía a condiciones adversas (Plotkin y Plotkin, 2011); mientras estudiaba el cólera de los pollos (Pasteurella multocida), inoculó a las aves con un cultivo de un mes después de unas vacaciones, provocando que estos pollos desarrollaran síntomas menores de la enfermedad, pero se recuperaran posteriormente. Más tarde inoculó a los mismos pollos con un cultivo reciente de bacterias y vio que los pollos previamente inoculados con el primer cultivo estaban protegidos de la infección, mientras que las aves que no fueron inoculadas aún desarrollaban síntomas (Karch y Burkhard, 2016). 8 Pasteur había descubierto el concepto de atenuación, donde los microorganismos que se cultivaban en condiciones subóptimas o se trataban con ciertos productos químicos, no eran tan virulentos como los microorganismos cultivados en condiciones ideales (Karch y Burkhard, 2016). Pasteur investigó sobre el ántrax y la rabia tras este descubrimiento y aunque su base teórica para la atenuación estaba equivocada, los resultados prácticos que logró fueron trascendentales (Plotkin y Plotkin, 2011). “En la última década del siglo XIX, el desarrollo de vacunas empezó a tener un fundamento. La ciencia fue producida por trabajadores en Gran Bretaña, Alemania, Estados Unidos y el laboratorio de Pasteur en Francia.” (Plotkin y Plotkin, 2011). El estudio de los patrones de las enfermedades infecciosas en los países industrializados desde finales del siglo XIX muestra una importante disminución de la mortalidad infantil y de la mortalidad por enfermedades infecciosas, debido a mejoras como la nutrición, la sanidad o la vivienda, a lo que tendríamos que añadir la contribución de la vacunación (Greenwood, 2014). A principios del siglo XX se desarrollaron varias vacunas basadas en organismos inactivados (pneumococo, meningococo, bacilo de la fiebre tifoidea). Estas vacunas generaban poca inmunidad y a menudo, causaban efectos secundarios importantes, por lo que han acabado siendo relegadas (Greenwood, 2014). Las vacunas inactivadas deben ser totalmente inocuas y no transmitir la infección por una inactivación incompleta. Puesto que la fabricación de estas vacunas precisa del cultivo de grandes cantidades del agente infeccioso, existe un peligro potencial para el personal y el medio ambiente y por ello se deben usar técnicas de inactivación y pruebas de inocuidad más confiables dentro del proceso de fabricación (Francis, 2018). En la década de 1940, los virólogos descubrieron que las células podían cultivarse in vitro y usarse como sustratos para que los virus crezcan, demostrando que muchos virus se podían conservar en cultivos celulares, incluidos la poliomielitis y el sarampión (Plotkin, 2014). Entre los años 1950 y 1960, el cultivo de virus permitió el desarrollo de más vacunas vivas atenuadas, como las vacunas contra el sarampión y la poliomelitis (Figura 1), entre otras, las cuales inducen una respuesta inmune fuerte y de larga duración (Greenwood, 2014). Las vacunas atenuadas deben tener un control preciso para proporcionar el nivel requerido de inmunidad protectora sin causar síntomas de enfermedad significativos y deben cumplir los estudios de seguridad de reversión a la 15 funcionales para la misma región de epítopo es que uno tiene múltiples moldes de anticuerpos relacionados para el diseño de inmunógenos y es realmente útil cuando se trata de patógenos muy variables antigénicamente capaces de escapar a un anticuerpo monoclonal, pero no a varios (Burton, 2017). La primera fase de la vacunología inversa 2.0 es la clonación de los anticuerpos monoclonales humanos a partir de células productoras de anticuerpos, las cuales son clasificadas en placas de múltiples pocillos utilizando citometría de flujo. Entonces se evalúa la relevancia clínica de los anticuerpos monoclonales en investigaciones in vivo de inmunidad pasiva o ensayos funcionales in vitro (Bidmos et al., 2018). El poder de la caracterización de los anticuerpos producidos por células B humanas que se generaron in vivo en respuesta a infecciones específicas ha sido probado para diferentes virus, como por ejemplo para el virus de la influenza, el citomegalovirus humano (HCMV), el virus del dengue y el virus respiratorio sincitial (RSV) (Rappuoli et al., 2016). Vacunología estructural Esta estrategia parte de la observación de que con el reconocimiento de múltiples epítopos sin necesidad de la proteína antigénica se consigue una respuesta inmune eficaz (Finco y Rappuoli, 2014). Estos epítopos se escogen gracias al conocimiento de las secuencias de los aminoácidos de las proteínas y de sus estructuras secundarias y terciarias (González- Romo y Picazo, 2015). La vacunología estructural es un enfoque racional para desarrollar una vacuna eficaz que sigue 4 pasos: 1. En el primer paso de este enfoque, la estructura 3D del antígeno o del complejo antígeno-anticuerpo se determina utilizando herramientas de biología estructural, como son la cristalografía de rayos X, la microscopía crioelectrónica o la resonancia magnética nuclear. 2. Luego, se remodela el antígeno teniendo en cuenta su información estructural. El conocimiento inmunológico y bioinformático se combina con los conocimientos estructurales para diseñar un antígeno eficaz. 3. A continuación, el antígeno rediseñado es incorporado a un vehículo, como una vacuna de proteína recombinante o una vacuna viva atenuada. 4. Por último, la inmunogenicidad y la eficacia de la vacuna candidata deben probarse en modelos animales (Anasir y Poh, 2019). 16 Esta estrategia es complementaria a la vacunología inversa, pues puede servir para mejorar la inmunogenicidad de antígenos proteicos identificados por ella. Actualmente se investiga en una vacuna distinta frente al virus respiratorio sincitial (VRS), con prometedores resultados, y otra de sus potenciales aplicaciones será la vacuna frente al VIH, mejorando como antígeno vacunal la proteína Env, que es la única diana de los anticuerpos neutralizantes (González-Romo y Picazo, 2015). Vacunas ARN En las últimas dos décadas, ha habido un interés creciente respecto a la tecnología basada en el ARNm para el desarrollo de vacunas contra enfermedades infecciosas y gracias a los avances tecnológicos, se ha acelerado el proceso de las vacunas de ARNm (Maruggi et al., 2019). El uso de un mecanismo de administración basado en el ARN promete un desarrollo acelerado y una aprobación clínica y producción bastante rápidas (Sandbrink y Shattock, 2020). El proceso comienza con la identificación del antígeno elegido del patógeno, se secuencia el gen del antígeno, se sintetiza y se clona en el plásmido molde de ADN. Se transcribe a ARNm in vitro y se administra en una vacuna al sujeto. Este tipo de vacuna utiliza la maquinaria de la célula huésped para la traducción in vivo en el antígeno correspondiente, reproduciendo una infección viral para provocar la respuesta inmunitaria, tanto humoral como celular (Maruggi et al., 2019). Las vacunas de ARNm han demostrado muchas ventajas respecto a las vacunas clásicas. En teoría, el ARNm, puede codificar y expresar toda la información genética en todo tipo de proteínas. Además, la eficiencia de las vacunas puede ser optimizada modificando la secuencia del ARNm, y por último, los procedimientos de producción y purificación de 17 vvacunas de ARNm son muy similares aunque se codifiquen diferentes antígenos (Xu et al., 2020). El ARNm debe atravesar la membrana celular para llegar al citoplasma y para ello, uno de los métodos más desarrollados es la administración del ARNm formulado en nanopartículas lipídicas (LNPs, del inglés, Lipid Nano Particles) (Kowalski et al., 2019) (Figura 2). Estas partículas constan de lípidos catiónicos ionizables, fosfolípidos naturales, colesterol y polietilenglicol (PEG). Los lípidos catiónicos ionizables promueven la agregación autónoma de ARNm en una partícula de unos 100nm y luego liberar el ARNm en el citoplasma; los fosfolípidos naturales sostienen las nanopartículas para formar una estructura de bicapa lipídica; el colesterol aumenta la estabilidad; y el PEG extiende la vida media de las LNP (Xu et al., 2020). El ARNm se transporta en el núcleo de LNP para protegerse de la degradación y este complejo de ARNm se fusiona con la membrana de la célula huésped y entrega el ARNm a las células por endocitosis (Xu et al., 2020). El sistema fagocítico mononuclear (MPS), Figura 2. Representación de la administración de una vacuna de ARNm a través de la barrera extracelular e intracelular (Kowalski et al., 2019) 18 en concreto en hígado y bazo, es un destino frecuente para las nanopartículas, puesto que su función es buscar agentes infecciosos de tamaño nanométrico (Kowalski et al., 2019). Una de las ventajas más importante de las vacunas de ARNm sobre las vacunas convencionales es su sencilla fabricación (Sousa et al., 2021). Las etapas generales de desarrollo de esas vacunas son la construcción de la secuencia de ARNm que codifica el antígeno del patógeno; probar y elegir una combinación adecuada de ARNm, adyuvantes, materiales portadores y la vía de administración; detectar la expresión in vivo del antígeno codificado y el nivel de respuestas inmunes provocadas; proporcionando investigaciones y demostraciones de los mecanismos de inducción inmunitaria (Xu et al., 2020). Las vacunas de ARN se han clasificado en dos subtipos: vacunas basadas en ARNm que no amplifican y vacunas de ARNm autoamplificadoras, que usan la maquinaria de traducción de la célula huésped para producir los antígenos diana y provocar adaptaciones específicas (Kowalski et al., 2019). Las vacunas de ARNm no amplificadoras contienen la estructura básica del ARNm, con un marco de lectura abierto que codifica los antígenos deseados. El tamaño del ARNm es más pequeño que el ARNm de una vacuna autoamplificadora y, además, las vacunas de ARNm no amplificadoras no tienen proteínas adicionales, lo que minimiza la posibilidad de provocar interacciones inmunogénicas con el huésped (Kowalski et al., 2019). Por otro lado, las vacunas de ARNm autoamplificadoras contienen un replicón basado en proteínas no estructurales de alfavirus para autoamplificarse en la célula huésped y tienen el potencial de inducir niveles más altos de producción de proteínas e inmunogenicidad en relación con la dosis inyectada en comparación con las vacunas de ARNm no amplificadoras (Sandbrink y Shattock, 2020). Las vacunas de ARNm son una plataforma novedosa y prometedora, con el potencial de ser altamente versátiles, potentes y económicas. Este tipo de vacunas tienen un gran potencial respecto a las vacunas convencionales debido a su velocidad y el inferior costo de descubrimiento y desarrollo (Maruggi et al., 2019). La pandemia provocada por el SARS-CoV-2 es la primera prueba a la que se someten este tipo de vacunas y podrá determinar si estas vacunas se pueden desarrollar, aprobar y producir rápidamente frente a una crisis sanitaria (Sandbrink y Shattock, 2020). 19 NUEVAS ESTRATEGIAS DE POTENCIACIÓN DE LA INMUNOGENICIDAD Vacunómica Existen numerosos datos que muestran que los polimorfismos genéticos de un individuo actúan como determinantes en la inmunidad innata y adaptativa a las vacunas, por tanto, comprender las relaciones entre las variantes del gen de la respuesta inmune y la inmunidad específica de la vacuna puedes ayudar a diseñar nuevas vacunas (Ovsyannikova y Poland, 2011). En el año 2005 surgió el concepto de vacunómica, una técnica para la potenciación de la inmunidad, que comprende diferentes ramas: genética, epigenética y otros factores individuales que contribuyen a variaciones en la respuesta inmune a las vacunas (González-Romo y Picazo, 2015); por tanto, la vacunómica aborda el campo de la vacunación predictiva o individualizada aplicada a una comprensión de los sistemas genéticos e inmunológicos responsables de las diferentes respuestas inmunitarias inducidas por vacunas (Ovsyannikova y Poland, 2011). En 2010, la revista Scientific American declaró esta idea como uno de los conceptos científicos más innovadores de la década (González-Romo y Picazo, 2015). Los avances en los campos de la inmunogenética, la inmunogenómica, la bioinformática y la farmacogenómica han sido el origen de la vacunómica. La farmacogenómica es una rama de la medicina que proporciona la base científica y los resultados clínicos causantes de la práctica de terapias farmacológicas personalizadas, es decir, realizar una prescripción personalizada a cada paciente, maximizando así la eficacia y seguridad (Omersel and Karas Kuželički, 2020). Esta estrategia explora la influencia de la regulación genética y no genética en la heterogeneidad de las respuestas inmunitarias inducidas utilizando enfoques de biología de alto rendimiento y alta dimensión. Con la vacunómica se pretende identificar a los individuos con mayor riesgo de contraer determinadas infecciones, el nivel de riesgo que existe con una inmunogenicidad deficiente y/o eventos adversos graves, y el tipo de vacuna necesaria para la protección de cada persona (Poland et al., 2018). La evidencia de esta estrategia proviene de estudios que comparan las respuestas inmunes inducidas por la vacuna en gemelos monocigóticos y dicigóticos, lo que proporciona una estimación de la contribución de los factores genéticos al estimar la heredabilidad de la 20 varianza total que se debe a factores genéticos en lugar de ambientales (Ovsyannikova y Poland, 2011). Otro estudio realizado también con gemelos monocigóticos y dicigóticos, se analizó que la heredabilidad de los niveles de IgG para las vacunas contra el sarampión, las paperas y la rubéola fue 88,5%, 38,8% y 45,7%, respectivamente. En otros estudios de gemelos, se observó una alta heredabilidad para la respuesta de anticuerpos para las vacunas contra la hepatitis B (77%), la poliomielitis oral (60%), el toxoide tetánico (44%) y la difteria (49%). Estos datos apoyan la idea de que los genes desempeñan una función definitoria en la variación interindividual de las respuestas de los anticuerpos después de la vacunación (Ovsyannikova y Poland, 2011). Aunque los logros producidos por las vacunas prácticamente han hecho desaparecer numerosas enfermedades infecciosas, la población ha prestado atención a sus efectos adversos. Al administrarse a individuos sanos con el fin de prevenir una infección en lugar de tratarla, los parámetros de seguridad que se les exigen son mayores a los de otros fármacos o productos biológicos (González-Romo y Picazo, 2015). Mientras que la vacunómica se refiere a la eficacia de las vacunas, la adversómica se refiere a sus efectos secundarios (Omersel y Karas Kuželički, 2020). La adversómica trata de la aplicación de la inmunogenómica y la biología de sistemas al entendimiento de las complejas interacciones que conduce a las reacciones adversas a vacunas (Poland et al., 2018) (González-Romo y Picazo, 2015). La adversómica utiliza herramientas parecidas a las utilizadas en vacunómica para identificar, caracterizar y predecir respuestas inmunitarias adversas o desadaptativas a las vacunas (Poland et al., 2018). Este campo tiene un enorme potencial para atender a las preocupaciones de la población sobre la seguridad de las vacunas con el fin de aportar una mayor confianza al público, mejorar las tasas de vacunación y reducir los efectos adversos graves en personas genéticamente predispuestas (Omersel y Karas Kuželički, 2020). De este modo, a pesar de ser un campo reciente, la investigación ya ha revelado asociaciones entre genes concretos y resultados inmunitarios adversos. Para ejemplificar tal investigación, se ha observado una asociación entre la expresión de genes de citocinas y fiebre después de la administración de la vacuna contra la viruela (Poland et al., 2018). 21 Nuevos adyuvantes Desde los años 20 no se aprobó una vacuna que no contuviera un adyuvante distinto a las sales de aluminio, hasta que en 1990 se aprobó una vacuna contra el virus influenza que contenía un nuevo adyuvante: el MF59 (Del Giudice et al., 2018), que está compuesto de escualeno, polisorbato 80, trioleato de sorbitán y citrato trisódico deshidratado (Shi et al., 2019). Este adyuvante se empezó a probar a finales de la década de 1980, cuando se observó que la mayoría de los antígenos recombinantes parecían ser débilmente inmunogénicos cuando se combinaban con las sales de aluminio tradicionales (Shi et al., 2019). Por tanto, se empezó a estudiar emulsiones para ser usadas como adyuvantes. Primero se vio que las emulsiones de agua en aceite tenían efectos secundarios indeseables y comenzaron a estudiar las emulsiones de aceite en agua (como el MF59), que mejoraron claramente la tolerabilidad y la facilidad de uso (Shi et al., 2019). Otro adyuvante con base de emulsión de aceite en agua es el AS03, que fue autorizado por primera vez en 2009 por la Comisión Europea, y desde entonces ha sido utilizado en vacunas contra la influenza y la malaria (Shi et al., 2019). Este adyuvante está compuesto por escualeno, polisorbato 80 y α-tocoferol (vitamina E), que es un inmunoestimulante (Del Giudice et al., 2018). Como no se conocen al completo los mecanismos de actuación, los adyuvantes usados en la actualidad son limitados y se basan en una baja toxicidad y una inmunidad aceptable. Sin embargo, existen varios adyuvantes novedosos con mejor potencia y duración. A día de hoy, varios adyuvantes de vacunas están siendo sometidos a distintas etapas de ensayos clínicos (Shi et al., 2019). Este lento desarrollo de nuevas vacunas con adyuvante se debe a varios factores, como por ejemplo, el deseo de componentes más puros para conseguir vacunas más seguras o la demostración del efecto adicional para validar el uso del adyuvante, lo que aumenta el tiempo de desarrollo de la vacuna (Del Giudice et al., 2018). Recientemente se ha demostrado que los adyuvantes moleculares podrían estimular una respuesta inmunitaria eficaz, especialmente en las vacunas subunidades. Se probaron citocinas, por ejemplo, IL-2 y factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos. Se piensa que su efecto es estimular la diferenciación y proliferación de macrófagos, activar las células presentadoras de antígenos (Shi et al., 2019), modular la respuesta hacia el tipo celular o humoral y mejorar la memoria inmunológica (González- Romo y Picazo, 2015). 22 IL-12 e IL-15 se han usado como adyuvantes en la vacuna contra el VIH que está en fase 1 de ensayos (Shi et al., 2019), y además, se ha observado que IL-15 e IL-7 favorecen la proliferación de linfocitos T CD8 (González-Romo y Picazo, 2015). SITUACIÓN ACTUAL DEL DESARROLLO DE VACUNAS DE ENFERMEDADES HISTÓRICAS Virus de la Inmunodeficiencia Humana El virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1) es un retrovirus causante de la epidemia mundial del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Desde que se identificó por primera vez a principio de la década de 1980, se han infectado alrededor de 70 millones de personas, ocasionando 35 millones de muertes (Gao et al., 2018). Se estima que, en 2016 el VIH afecta a 36,7 millones de personas en todo el mundo y que en 2015 se produjeron 2,1 millones de nuevos casos. En 2015, 17 millones de personas con VIH estaban en tratamiento antirretroviral (TAR), lo que ha hecho reducir la morbilidad y mortalidad de los individuos infectados y, además, puede prevenir la transmisión del virus (Hsu y O’Connell, 2017). A pesar de décadas de investigación, todavía no existe una vacuna eficaz y tolerable contra el VIH-1. Entre los principales obstáculos para lograr el objetivo está la diversidad de secuencias de la envoltura (Env) del VIH-1 para provocar anticuerpos protectores ampliamente neutralizantes (bnAbs) y respuestas humorales y celulares no neutralizantes (Jones et al., 2020), puesto que las cepas que pertenecen a diferentes subtipos pueden diferir hasta en un 35% en las proteínas de su envoltura (Hsu y O’Connell, 2017). Aunque la infección por VIH se asocia con disfunción de células B y una respuesta atenuada de anticuerpos, se ha observado que surgen anticuerpos neutralizantes autólogos dentro de los 3 a 12 meses posteriores a la infección. Además, se ha observado que la infección natural por VIH induce bnAbs en un 20-50% de los individuos positivos (Gao et al., 2018), lo que ha provocado el estudio del uso de combinaciones de bnAbs como método profiláctico mediante inmunización pasiva (Burton, 2019). Los resultados prometedores de bnAb como inmunoterapia pasiva han provocado un gran interés en el diseño de vacunas contra el VIH-1 capaces de inducir bnAb (Hsu y O’Connell, 2017). Poco después de descubrir que el VIH era el agente causal del SIDA, se empezó a buscar una vacuna eficaz, pero tras investigaciones con primates quedó claro 23 que era poco probable que la estrategia de vacuna viva atenuada fuera aceptable, puesto que el virus mostró un gran poder de reparación por deleción y mejora de la aptitud viral (Gao et al., 2018). Los trabajos destinados a desarrollar una vacuna eficaz contra el VIH que induzca bnAbs se han centrado en estrategias secuenciales de múltiples inmunógenos, es decir, una secuencia de inmunizaciones con diferentes antígenos para guiar las respuestas de anticuerpos de las células B inmaduras a los bnAbs (Burton, 2019). Las estrategias más prometedoras incluyen: diseñar inmunógenos basados en plantillas de bnAbs conocidos (vacunología inversa 2.0); activar precursores de células productoras de bnAbs particulares y guiar su maduración; usar trímeros de envolvente de VIH estabilizados recombinantes como base para muchos inmunógenos (Burton, 2019). Tras varios estudios de posibles vacunas con vectores de expresión, con proteínas recombinantes o con distintas rutas de administración, se ha visto que es relativamente sencillo provocar una respuesta inmunitaria apreciable en las personas, pero que la inmunidad generada no llega a proteger (Gao et al., 2018). El diseño racional del antígeno de la vacuna se ha basado en el aislamiento de bnAbs contra la proteína Env del VIH (Gao et al., 2018) y la búsqueda de los sitios de unión de bnAbs identificados en la proteína Env del VIH, como el sitio de unión a CD4 y la región gp120-gp41 (Burton, 2019). El uso de dominios variables de cadena pesada y ligera de un bnAb nos diría el uso de la familia de genes de anticuerpos de la línea germinal, pero para el VIH se ha demostrado que los ancestros de la línea germinal no se unen a la Env del VIH porque sufren numerosas mutaciones (Gao et al., 2018), lo que requiere el diseño de inmunógenos para activar las células B precursoras de bnAb. Para guiar la respuesta de anticuerpos hacia bnAbs maduros, se utilizan una serie de inmunógenos con características crecientes de tipo trímero nativo (Burton, 2019), por lo tanto, un régimen de vacuna eficaz puede requerir el diseño de más inmunógenos (Gao et al., 2018). Una alternativa para provocar bnAb es el diseño de una vacuna de linaje de células B. Los receptores de las células B podrían dirigirse con antígenos de Env para desencadenar la maduración de la afinidad seguida de un impulso para desarrollar amplitud. Un antígeno de la proteína gp120 fue capaz de producir células B de memoria e inducir anticuerpos en un modelo de ratón. Estos datos mostraron que el diseño de la vacuna de linaje de células B tiene potencial para inducir bnAbs, sin embargo, la obtención de bnAbs a través de la vacunación se encuentra en las primeras etapas de desarrollo y es poco 24 probable que avance a un ensayo de eficacia en un futuro próximo (Hsu y O’Connell, 2017). Malaria La malaria es una enfermedad causada por los parásitos del género Plasmodium, en concreto por cinco especies de protozoos: Plasmodium falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale y P. knowlesi (Frimpong et al., 2018); siendo la hembra del mosquito Anopheles la única especie que puede transmitir el parásito. La malaria sigue siendo una de las principales causas de morbilidad y mortalidad (Mahmoudi y Keshavarz, 2018), con una estimación de 3.300 millones de personas en riesgo en 97 países, donde se acumulan 200 millones de casos y 600.000 muertes aproximadamente (Cowman et al., 2016). No obstante, las medidas preventivas de control e intervención han ayudado a reducir la carga entre los años 2000 y 2015. Por ejemplo, la incidencia de nuevos casos de malaria se redujo en un 37% en todo el mundo y en un 42% en el continente africano. Además, la mortalidad en ese mismo período de tiempo se rejudo en un 60% a nivel mundial y un 66% en África. Sin embargo, la malaria sigue produciendo enormes pérdidas económicas a las personas en África y es necesario ampliar las medidas (Frimpong et al., 2018). La producción de una vacuna eficaz puede proporcionar una importante estrategia de control de la enfermedad. Desafortunadamente, el desarrollo de una vacuna se ha visto obstaculizado por la complejidad de la biología de los parásitos (Mahmoudi y Keshavarz, 2018) y la capacidad para evadir las respuestas inmunitarias (Frimpong et al., 2018). El desarrollo de vacunas para la malaria sigue siendo un desafío, puesto que generan baja inmunidad y en su mayoría necesitan adyuvantes adecuados y la mayoría de los antígenos de la malaria escogidos muestran un polimorfismo genético significativo (Mahmoudi y Keshavarz, 2018). Los avances recientes en vacunología a través del descubrimiento de alto rendimiento de correlatos inmunitarios de protección, la secuenciación del repertorio de linfocitos y el diseño estructural de inmunógenos, proporcionan un enfoque integral para identificar y diseñar una vacuna altamente eficaz para la malaria (Frimpong et al., 2018). Después de décadas de intensa investigación, se ha autorizado la vacuna “RTS,S / AS01” en etapa preeritrocítica y se ha demostrado que la vacuna es segura e inmunogénica sin eventos adversos tras su evaluación (Frimpong et al., 2018). Está compuesta por 18 copias de la repetición central y el dominio C-terminal de una proteína recombinante de la 31 Front Immunol. 2018; 9(2769): 1–14. Gao Y, McKay PF, Mann JFS. Advances in HIV-1 vaccine development. Viruses. 2018; 10(4): 1–26. Del Giudice G, Rappuoli R, Didierlaurent AM. Correlates of adjuvanticity: A review on adjuvants in licensed vaccines. Semin Immunol. 2018; 39: 14–21. González-Romo F, Picazo JJ. El desarrollo de nuevas vacunas. Enferm Infecc Microbiol Clin. 2015; 33(8): 557–568. Greenwood B. The contribution of vaccination to global health: Past, present and future. Philos Trans R Soc B Biol Sci. 2014; 369(1645): 1-9. Hsu DC, O’Connell RJ. Progress in HIV vaccine development. Hum Vaccines Immunother. 2017; 13(5): 1018–1030. 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