Vaccins du Futur

Val de Grce, 12 mars 2014

Pr Marc P Girard Lyon

IntroductionEst-il possible de prdire le futur?

En termes de vaccins du futur, on peut imaginer:

-Futur proche: des vaccins en phase de dveloppement avanc (Phase III): Dengue; Malaria (RTS,S); HPV multivalent (HPV 31, 33, 45, 52, 58)-Futur plus loign: des vaccins au dveloppement difficile: HIV, Malaria (autres que RTS,S), Tuberculose, Staphylocoque, vaccin Grippe universel, RSV, Herpes.. vaccins contre les addictions-Futur alatoire: des vaccins contre des antignes du soi: cancers, maladies neurodgnratives (AD), diabte

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Types de VaccinsVaccins classiques:Vaccins vivants attnusVaccins inactivsVaccins sous-unitairesVaccins rassortantsVaccins VLPNouveaux types de vaccins:Vaccins chimresVaccins ADNVaccins vectorissVaccinologie inverse

Les vaccins classiques: Vaccins vivants attnusVoie parentrale:Rougeole, oreillons, ruboleVaricelle-zonaFivre jaune (souche 17D)Encphalite japonaise (souche SA14-2-14)Voie orale:Polio: vaccin oral (OPV) souches SabinDiarrhe rotavirus: vaccins oraux - souches Lanzhou (Chine), et RIX 4414 (Rotarix)Fivre typhode: vaccin oral (Salmonella typhi souche Ty21a)Cholra: vaccin oral ( Vibrio cholerae souche CVD193HgR)Voie nasale:Grippe: vaccins vivants attnus LAIV(mutants ca)

Autres vaccins classiques: les vaccins inactivsVoie parentrale:RagePolio: vaccin injectable (IPV) Salk-LepineGrippe saisonnire (virus entier inactiv; virus splitt)Hpatite A (HAV)Encphalite tique ou verno-estivale (TBEV)Encphalite japonaise (JEV)Coqueluche: ancien vaccin corps entiersVoie orale:Cholra: vaccin oral Vibrio cholerae O1 Inaba et Ogawa + CTB (Dukoral)

Vaccins sous-unit (ou s/unitaires)Protines produites par recombinaison gntique:-Hpatite B (HBsAg)-Coqueluche: vaccins acellulaires (FHA, pertactine, agglutinines)-Mningocoques groupe B: protines PorA et PorB de Neisseria meningitidis (vaccins norvgien, cubain, no-zlandais); Anatoxines:Ttanos, diphtrie, toxine de Bordetella pertussisPolysaccharides de capsule bactrienne (de prfrence conjugus):-Mningocoques des groupes A, C, Y et W135 (mono ou ttravalents)-Haemophilus influenzae type B (vaccin Hib conjugu)-Pneumocoques (Streptococcus pneumoniae: PPV23; Prevnar 13)-Fivre typhode (Ag Vi de Salmonella typhi: Typhim)

Vaccins rassortantsVaccins vivants attnus ou inactivs, constitus de souches virales hybrides rsultant dun rassortiment gntique entre les segments gnomiques de deux virus ARN gnomique segment, les uns qui confrent le gnotype et lautre ou les autres qui lui apportent une antignicit nouvelle:Influenza virus: Vaccins grippe saisonnire ou pandmique; vaccin H5N1 aviaire: reconstitution dun gnome hybride avec segments HA et NA du virus H5N1, et les six autres segments de la souche A/PR8 (ou dune souche ca pour constituer un LAIV).Rotavirus: vaccin pentavalent constitu de rassortants humain-bovins (Rotateq): segment VP7 dun RV humain, les autres segments du RV bovin.

CREATION DUN REASSORTANT

PR8 (humaine) H5N1(aviaire) Rassortant

PB2 _________PB1 _________PA _________HA ___ X______NA _________NP _________M _________NS _________

Autres vaccins rcents: Vaccins VLPLes VLP (virus-like particles) sont des particules virales sans gnome (pseudo-virions) rsultant de lassemblage spontan des protines de capside dun virus: on les obtient en gnral par expression des gnes correspondants dans des levures ou des bactries recombinantes ou par lintermdiaire dun baculovirus recombinant en cellules dinsectes.Exemples:Vaccins Papillomavirus humains (vaccin bivalent HPV 16, 18: Cervarix - vaccin ttravalent HPV 16, 18, 6 et 11: Gardasil)Vaccin Hpatite E Par extrapolation: vaccin Hepatite B (HBsAg); vaccin RTS,S (malaria-HBsAg)En prparation: vaccins grippe (HA produite en cellules dinsectes, voire dans des plantes)

Vaccinologie inverse: le nouveau vaccin Mningo BLes vaccins Men B base de protines PorA et/ou Por B ont une immunognicit limite la souche dont elles proviennent (Cuba, Norway, New-Zealand)Dveloppement dune nouvelle mthodologie, la vaccinologie inverse (reverse vaccinology, Rino Rappuoli): identifier, dans la squence du gnome de la bactrie pathogne, les gnes qui pourraient coder pour des protines de membrane les cloner individuellement dans des systmes dexpression gntique tester chez la souris limmunognicit de leur produit purifi identifier ainsi les gnes qui codent pour des protines capables dinduire des anticorps bactricides slectionner parmi eux les gnes conservs chez toutes les souches de N meningitidis B

expression and purification~350 proteins successfully expressed in E.coli, purified, and used to immunize miceBased on the genome sequence of MC58, 600 ORFs that potentially encoded novel surface exposed or exported proteins were identifiedReverse Vaccinology Approach91 novel surface-exposed proteins identified28 novel protein antigens with bactericidal activity were identified

Applications de la vaccinologie inverseMningocoque B: >600 gnes candidats; 350 antignes tudis chez la souris;28 antignes identifis comme inducteurs danticorps bactricides;5 gnes retenus au final, codant pour des protines GNA (genome-derived nesserial antigens): vaccin mningocoque B

Autres applications (en cours de dveloppement):Staphylocoque dorStreptocoques A et BNeisseria gonorrhoeae

Quels buts pour le futur?1 Amliorer les vaccins existants

1.1 Scurit: production du virus en cellules Vero (rage, JEV) et non plus en cerveau de souriceaux; vaccins bactriens acellulaires (sous-unitaires) et non plus corps entiers

1.2 Efficacit: addition dun adjuvant eau dans lhuile (vaccins grippe aviaire H5N1 et vaccins H1N1 pandmiques : MF59, AS03 effet dose-sparing + largissement de la protection cross-clade

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Amliorer les vaccins existants -1.3 Elargir la protection confre: Prevnar=pneumo conjugu 7 srotypes versions rcentes 11 et 13 srotypes; Mme problmatique avec les vaccins HPV (HPV 16+18=70% des cas de cancer du col seulement) Vaccin 9-valent en Phase III (V503 Merck)Grippe: recherche dun vaccin grippe universel : protine HA2 (pitope de neutralisation conserv dans la tige de lhmagglutinine); segment externe de la protine M2 ( M2e)

Quels buts pour le futur?. 2. Crer de nouveauxs vaccins:

Cibles= les agents pathognes contre lesquels on ne sait pas (ou mal) lutterLa liste est longue!

- Virus: Dengue, HIV, HCV, RSV, norovirus, coronavirus.

- Bactries: M tb, S. aureus, Shigellas, Campylobacter, Y pestis.

-Parasites: paludisme, leishmanioses, trypanosomiases

Exemple de dveloppement de nouveaux vaccins: la dengue

La dengue: 250-500.000 cas par an, maladie endmique et pidmies massives en rgion intertropicale, avec des formes graves (DHF/DSS) souvent fatales (enfants)Le virus: Flaviviridae (mme famille que le virus de la fivre jaune). Quatre srotypes sans protection croise: DENV-1, -2, -3, et -4Le phnomne de facilitation mdi par les anticorps (ADE: antibody-dependent enhancement): linfection par un premier srotype est un facteur daggravation en cas dinfection par un 2me srotype les vaccins doivent absolument tre ttravalents

Vaccins dengue en prparation:Vaccins ttravalents attnus:

Souches attnues par passages en srie en cultures de cellules (rein de chien, rein de singe etc): Phase II en coursSouches attnues par dltion des 30 derniers nuclotides de leur ARN gnomique (mutagnse dirige du cADN): virus DENV-30: Phase II en cours

Vaccins dengueProblmes avec les souches attnues:

Difficult de trouver le point dquilibre correct entre insuffisance dattnuation (effets secondaires chez lenfant notamment) et attnuation excessive (manque dimmunognicit) Phnomnes dinterfrence entre les 4 souches: une souche immunogne ltat de vaccin monovalent nest plus suffisamment immunogne quand elle est mlange aux trois autres!

Vaccins ChimerivaxEchange des gnes denveloppe (E-M) dun flavivirus donn avec ceux de la souche attnue 17D du virus de la fivre jaune (YFV) obtention dun virus chimre attnu capable dinduire des anticorps neutralisant le flavivirus considr (T Monath):

Ex: Dengue-17D: vaccin en fin de phase III (Pbs avec le srotype DE2)Encphalite japonaise-17D: vaccin commercialis en AsieWest Nile-17D: vaccin en phase II

C prM E Non-structural genesYellow fever 17D genome cloned as cDNA53Exchange envelope protein genes of dengue, JE, etc.53C Non-structural genesprM E prM E53Transfect mRNA Envelope is from the heterologous virus (immunizing antigens)

RNA replication system is YF 17DGrow virusin cell cultureChimeric cDNA > transcribe to RNAC prM E Nonstructural genesCHIMERIC DENGUE VACCINE

Vaccins tuberculoseLe BCG : souche de Mycobacterium bovis attnue par passages rpts en culture (Calmette et Gurin), efficace chez lenfant, notamment contre les formes graves de tuberculose (tuberculose miliaire, mningite tuberculeuse). Mais:Son efficacit diminue assez rapidement avec lgeIl ne protge pas ladulte de la tuberculose pulmonaireLe problme revt une importance particulire du fait de: la recrudescence de la maladie dans le monde (pauvret, milieu carcral, camps de rfugis, et, surtout, infections VIH)laugmentation inquitante du nombre de BCGites gnralises (enfants ns sropositifs VIH)lapparition de souches de M tb multirsistantes (MDR) et mme ultrarsistantes (XDR) aux antibiotiques

Vaccins tuberculose en dveloppementLa comparaison des squences des gnomes des diverses Mycobacteries montre quau cours des cultures en srie qui lui ont donn naissance, le BCG a perdu tout un pan du chromosome de M bovis, dont nombre de gnes codant pour des antignes impliqus dans la rponse immunitaire protectrice Do lide de:Rintroduire ces gnes dans la souche BCG BCG recombinantsLes faire exprimer, en purifier le produit et lutiliser sous forme de vaccins sous-unitOu les prsenter sous forme vectorise (vaccins vivants vectoriss recombinants)

Nouveaux BCG en dveloppementBCG renforcs:BCG::RD1: rinsertion du fragment chromosomique de M tuberculosis qua perdu le BCGAERAS X03: BCG renforc exprimant les Ag 85A et B, TB10.4 et Rv3407 de M tuberculosisrBCG:ureC-Hly: meilleure prsentation des antignes dans le contexte MHC classe I (HLA)

Mutants auxotrophesSouches attnues par mutation (Mutants Pho P, Pho R de M tb)

Tuberculose: Vaccins sous-unit en dveloppementTrs nombreux candidats dont les principaux sont:Ag 85 A et 85 BHSP65Antignes Mtb 9.8, 9.9, 11, 32, 39, 41Antignes ESAT-6 et TB10.4Antigne Rv2660cVaccins multivalents: Ag85B-ESAT-6 (H1); Ag85B-ESAT-6-Rv2660c (H56)

Protines fusion:Protine fusion Mtb32 + Mtb39 = M72 (Phase II)Protine fusion Ag85B + ESAT-6

Tuberculose: Vaccins vivants recombinants (vectoriss)Vecteur MVA (modified vaccinia virus Ankara): vaccin MVA-85A dvelopp Oxford, test avec succs chez des enfants primovaccins au BCG en Angleterre, puis en Gambie britannique, et plus rcemment en Afrique du Sud (Phase II) mais chec rcent en Phase IIIVecteurs adnovirus (Ad35, Ad de chimpanz): Vaccin AERAS 402 (Ad35-85A, -85B, -Rv3407 et -TB10.4) dvelopp par Crucell: Phase II en Afrique du Sud chez des enfants primovaccins BCG

NB. Ces vaccins sont dvelopps comme vaccins de rappel dans des schmas prime-boost BCG / vaccin vectoris.

Vaccins Tuberculose: difficult des Phases IIITrs grand nombre de candidats: il faudrait les comparer tous entre eux?Sur quel(s) critre(s) juger leur efficacit? Dans quel contexte et sur quelles populations?Les nouveaux vaccins pourront-ils remplacer le BCG?Pourra ton se passer de la vaccination BCG la naissance?

Autre cible difficile: la malaria

Paludisme: 350 millions de nouveaux cas et >1 million de morts par an

Dveloppement dun vaccin difficile: variabilit des antignes, diffrents stades du parasite (sporozote, mrozote, gamtocyte)

Vaccin en dveloppement avanc: Vaccin RTS,S (protine circumsporozote-HBsAg): 58% de protection (Phase IIb au Mozambique). Phase III en cours sur 16 000 volontaires: premiers rsultats trs encourageants mais pas de protection chez les trs jeunes enfants. La protection induite chez les plus gs sefface aprs 4 ans.

Vaccins malaria en dveloppementNombreux candidats vaccins contre les formes erythrocytaires (mrozoites): dveloppement complexe et difficile (critres defficacit?). Un essai prometteur: le vaccin combination B australien: 60% de rduction de la parasitmie en Nouvelle Guine. Autres candidats prometteurs: les vaccins base de proteines du mrozote (MSP3, GLURP, AMA1) induction danticorps IgG3 qui bloquent la multiplication du parasite en prsence de monocytes: Phases II en cours

Une cible trs difficile : le VIHVIH / SIDA: 33 millions de sropositifs dans le monde, >2 millions de morts par anEchec des vaccins gp120: problme toujours non rsolu des anticorps neutralisants large spectre (Broadly neutralizing antibodies: neutralisation cross-clade) qui apparaissent tardivement (>2 ans) chez une minorit (10%) de sropositifs Le dveloppement de vaccins inducteurs dimmunit cellulaire (vaccins ADN, vaccins vivants recombinants) na pas t couronn de succs et a mme t remis en cause par lchec du vaccin Ad5-HIV (gag, pol, nef) de Merck (lessai STEP: phnomne de facilitation chez les volontaires primmuns Ad5 et non-circoncis!) et lchec plus rcent de lessai HVTN 505 du NIH (DNA + Ad5)

Un vaccin efficace contre le VIHPrime-boost ALVAC-HIVgp120: Phase III en Thalande sur 16 000 volontaires (Etude RV144) 31% de protection chez les vaccins par rapport un groupe tmoin 4ans 1/2Du ct positif: Cest la 1re fois quon observe une protection par vaccination contre linfection VIH chez lhommeDu ct ngatif: La protection est modeste (Mais elle tait de 61% un an : do le sentiment quil sagit dune rponse immunitaire transitoire)Ses bases sont surprenantes: pas de rponse CTL, pas danticorps neutralisants dcelables chez les vaccins protgs!! recherche dautres corrlats de protection rle des anticorps non-neutralisants (ADCC, ADCVI)

Une cible trs difficile: le VIHNombreux essais en cours ou imminents de candidats vaccins base de vecteurs: Adnovirus: Ad5, Ad26, Ad35, Ad48; Poxvirus: MVA, NYVAC; Paramyxovirus: rougeole (MV), virus Senda, etc

Essentiellement en combinaisons prime-boost: en combinant deux de ces vaccins entre eux ou avec des vaccins DNA en primeou avec des vaccins sous-units en boost.

Autre approche vaccin SIDADvelopper des vaccins inducteurs dimmunit muqueuse (IgA-s): arrter le virus son site de pntration (muqueuses gnitale, rectale, intestinale)Les femmes qui demeurent srongatives en dpit dune exposition frquente au virus (Highly exposed persistently seropositive, HEPS), comme on en voit dans les couples srodiscordants, montrent dans leurs secrtions cervicovaginales des IgA secrtoires capables de bloquer la transcytose du virus travers un pithelium monostratifi (muqueuses anale, intestinale, cervicale)Essais de vaccins base de gp41 et notamment de la rgion membrane - proximale de la molcule (Membrane-proximal external region, MPER) induction dIgA bloquant la transcytose + anticorps capables dADCC protection du singe contre des preuves virulentes rptes (virus SHIV) par voie vaginale.

Du vaccin la thrapie gnique?

1. Pour induire des CTL:

Construire un vecteur recombinant (lentiviral) exprimant les gnes gag et nef du VIH et linjecter en ciblant les cellules dendritiques (voie I.D) Expression du transgne, activation des cellules dendritiques qui migrent jusquau ganglion effrent induction dune forte rponse immunitaire T CD8+ (CTL) spcifique des antignes Gag et Nef

Du vaccin la thrapie gnique2. Pour induire des Ac neutralisants large spectre:

Partir de cellules souches de moelle osseuse; les transfecter avec un vecteur lentiviral qui exprime les gnes H et L dun anticorps monoclonal neutralisant anti-VIH; les rinfuser au donneur diffrentiation en lymphocytes B producteurs de lanticorps neutralisant choisi.Ou, plus simplement, utiliser un vecteur AAV recombinant exprimant les gnes H et L dun anticorps neutralisant large spectre de neutralisation (VRC01, PGT 128 ) fabrication de lanticorps in vivo dans les ganglions lymphatiques de la personne vaccinePlutt que de vaccin, on parlera dimmunoprophylaxie vectorise (vector immunoprophylaxy, VIP)Ce procd na pas encore t test chez lhomme. Chez lanimal (macaque; souris humanise), il a donn des rsultats extrmement prometteurs.

Autres buts pour le futur 3. Crer des vaccins thrapeutiques destins renforcer limmunit cellulaire du patient (vaccinothrapie)

- dans les maladies infectieuses persistantes (SIDA, Hpatite C, Herps)

- dans les cas de cancer,

ou de certaines maladies mtaboliques (athrosclrose)

ou de maladies neurologiques (Alzheimer, Parkinson)

Vaccins thrapeutique anti VIH

VIH: renforcer le systme dimmunit cellulaire pour lui permettre d liminer le rservoir de cellules infectes succs jusquici limit

Problmes: provirus latent dans les lymphocytes T mmoire jouant le rle de rservoirs chappement; Il faudrait pouvoir purger les rservoirs: Comment??En outre: blocage de lexpression du HLA la surface des lymphocytes CD4+ infects; lymphocytes Treg; perturbation des rseaux de cytokines, activation immunitaire gnralise,

NB. Le succs du vaccin exprimental CMV - SIV chez le singe conforte toutefois le bien-fond de cette approche (Hansen)

Vaccins anti-cancersProblmes: 1.Comment vaincre la tolrance aux antignes du soi?2. Ce nest pas tout de parvenir induire une rponse T CD8+ cytotoxique, encore faut-il que ces CTL soient efficaces (perforine) et quils surmontent les dfenses des tumeurs (Treg et problmes daccs la tumeur) pour atteindre leurs cellules cibles. On se heurte aux problmes de HLA, Treg, manque davidit des lymphocytes CD8+ (CTL), cytokines et phnomnes de blocage de laccs des lymphocytes T CD8+ la tumeur

Nombreux essais en modles murins, peu dessais encore chez lhomme:HER2/neu: Cancer du seinLactalbumine: cancer du seinMUC-1: 80% des cancers humains dont cancer colo-rectal et prostate(Nature vol 471, 24 March 2011)

Vaccins anti-cancers

Cancers dorigine virale:- Foie: HCV, HBVCol utrin: HPV 16 et 18 (et autres sous-types) : Essai de vaccin MVA-E6+E7 anti HPV: Phase IIICancers ano-gnitaux: HPV 6 et 11Sarcome de Kaposi: HHV-8Cancer du naso-pharynx: EBV Mlanome, prostate, poumon, etc: Mme stratgie que pour les infections persistantes (induction de CTL). Approche couronne de succs dans des modles souris, mais succs trs limits chez lhomme jusquici.

Vaccins du futurAlzheimer, diabte, athrosclrose:trs nombreuses difficults l aussi

Vaccins du futur: vaccins anti-addictionsVaccin cocane: analogue de cocane coupl chimiquement la cholra toxine (T Kosten, Baylor, Houston, TX) ou des VLP de rhinovirus (R Crystal, Cornell, NY): Phase IIVaccin methamphetamines et morphine: rsultats prometteurs chez la souris (T Kosten, Baylor, Houston, TX) et le rat Vaccin hrone base danalogues de la molcule: mme stade de dveloppement (K Janda, Scripps Res Institute, La Jolla, CA)Vaccin nicotine (NicVax): analogue de nicotine coupl une protine de surface de Pseudomonas aeruginosa (R Fahim, Nabi Biopharma, MD): phase III en cours. Le vaccin a t licenci GSKMoreno AY, Janda KD, Pharmacol Biochem Behav 2009Stowe GN et al, J Med Chem 2011Schlosburg JE et al, PNAS 2013

DifficultsLa mise au point de nouveaux vaccins est aujourdhui une entreprise trs longue, trs difficile et extrmement coteuse: Recherche du risque zro et principe de prcaution Rglementations terriblement contraignantes.

Ni le vaccin rage (Pasteur), ni le BCG (Calmette et Gurin), ni le vaccin polio oral (Sabin) nexisteraient sils avaient d satisfaire aux exigences des rglementations aujourdhui en vigueur.

Difficults -2

Autres difficults du dveloppement des nouveaux vaccins:

Difficult de dfinir prcisment les corrlats immunitaires de la protection (paludisme, HIV, HCV )Imperfection des modles animaux (Ex du modle SHIV/macaques pour le SIDA; ex des modles murins: do ladage: les souris mentent et les singes exagrent)Lourdeur et complexit des tudes cliniques (70.000 enfants pour les tudes de Phase III des vaccins rotavirus; >25.000 femmes pour les vaccins HPV)

Conclusion -2Enfin, ce nest pas tout de dvelopper de nouveaux vaccins. Encore faut-il quils puissent tre utiliss par ceux qui en ont le plus besoin:Problmes logistiques, politiques et budgtaires des pays en voie de dveloppement Aide internationale (UNICEF, OMS, GAVI)Mais mme ainsi, on se heurte souvent encore des problmes culturels ou religieux (ex de lradication de la polio) au rle trop souvent ngatif des media (ex de la campagne de vaccination contre lencphalite japonaise en Inde) et/ou la propagation de rumeurs infondes (HBV et sclrose en plaque; rougeole et autisme).

DArgenio D and Wilson C, Immunity 2010Vaccination is the greatest public health measure from the past century, and arguably the most cost-effective.

Vaccination has allowed the eradication of smallpox; eradication of polio is at hand.

Vaccines such as Hib, pneumo and Men conjugates have allowed the near elimination of these diseases in industrialised countries and will prevent >1 million deaths in children worldwide if extended to developing countries. Similarly 500 000 young children die of RV diarrhea each year, which could/and hopefully will be prevented by vaccination.

PROVERBE AFRICAINThe best time to plant a tree is twenty years agoThe next best time is now!

*Key PointsTo identify potential vaccine candidates, novel surface exposed proteins were identified based on the complete genome sequence of N. meningitidis.The use of genomics for vaccine development has since been termed reverse vaccinology.Of the novel surface exposed proteins identified, 28 protein antigens with bactericidal activity (BCA) were identified.