Les vaccins d’aujourd’hui et de demain Christophe Carnoy Laboratoire d’Immunologie, Faculté de Pharmacie de Lille

Vaccination contre la variole avec le virus de vaccine  1798 E. Jenner Vaccination contre la variole avec le virus de vaccine  1880 - 1885 L. Pasteur Cholera des poules (Pasteurella multocida) Bacille du charbon (Bacillus anthracis), Virus de la rage

Efficacité de la vaccination Nombre de cas annuels dans la monde Avant Après Variole 10 millions 0 (depuis 1977) Poliomyélite 350 000 800 (1998-2002) Diphtérie 45 000 < 100 Tétanos 20 - 50 millions 250 000 -500 000 éradication éradication?

Et pourtant…. Nouvelles maladies HIV, fièvres hémorragiques (Ebola, Lassa, Hanta), Legionella, SRAS, grippe aviaire, prions…. Nouvelles épidémies Tuberculose, cholera, infection à E. coli entérohémorragique…. Multiplication des déplacements contact avec différents écosystèmes, concentration dans les villes Emergence de bactéries résistantes aux antibiotiques Mycobactérium tuberculosis, Staphylococcus aureus…. Maladies infectieuses = cause majeure de mortalité dans les PVD Paludisme, schistosomiase, trypanosomase, leishmaniose, lèpre, HIV, HBV...

I. La situation actuelle en France 153 spécialités pharmaceutiques vaccinales avec une AMM pour 21 pathologies infectieuses Fraction antigénique Vivant atténué Entier inactivé tuberculose (BCG) poliomyélite (Sabin) fièvre Jaune rougeole oreillons rubéole varicelle rage poliomyélite (Salk) coqueluche hépatite A encéphalite à tiques leptospire choléra Protéique Tétanos Diphtérie grippe hépatite B coqueluche Polysaccharidique Haemophilus Méningocoque (A, C, Y W135) pneumocoques salmonella typhi

Anatoxine tétanique ou diphtérique mémoire Réponse thymo-dépendante protéine Réponse thymo-indépendante Pas de mémoire 3 vaccins conjugués pour 3 pathogènes inducteurs de méningite chez le nouveau-né: le pneumocoque, H. influenzae de type b, le méningocoque de groupe C

En France Vaccinations obligatoires BCG, diphtérie, tétanos, poliomyélite Vaccination recommandées coqueluche, rougeole, oreillons, rubéole, H. influenzae, hép B

La couverture vaccinale en France en 2001 BEH 36/2003 - Couverture élevée pour diphtérie, tétanos, poliomyélite, et coqueluche (87-95%) - Bonne couverture pour Hib méningite à Hib chez les moins d’un an: 33 / 100 000 en 1992 à 1.4 / 100 000 en 2000 - couverture insuffisante pour rougeole, rubéole, oreillons (<83% en moyenne, fortes variations géographiques) Tx de couverture à 2 ans = 85% Tx de couverture nécessaire pour l’éradication = 95% (OMS) => risque d’apparition d’épidémies ex la rougeole: - Hépatite B: couverture des 16-24 ans 74-83% / couverture de 24 mois 30% vaccin hexavalent retiré - Rappels chez l’adulte insuffisant surtout pour le tétanos 160 cas déclarés entre 1996 et 2001 chez plus de 70 ans dégradation de la couverture vaccinale avec la fin du service militaire

Le paradoxe de la coqueluche Après 30 années de vaccination, recrudescence de la coqueluche chez le nouveau né ! (Tx de couverture > 90% en primovaccination) Perte progressive de l’immunité après 4 injections sans autre rappel => infection des adultes (réservoir) => contamination des nourrissons Vaccination => modification de l’épidémiologie de la coqueluche Nouvelles recommandations: adultes susceptible de devenir parents lors d’une grossesse pour les membres du foyer le plus tôt possible près l’accouchement en attendant le monovalent, utilisation du vaccinTdCaPolio

Le cas du BCG: doit-on continuer à vacciner? En Europe, France et Grèce maintiennent une vaccination entre la naissance et 6 ans Efficacité contre méningites, miliaires tuberculeuses 64 - 86% Suède arrêt de la vaccination en 1975 Avant 0.8 cas / 100 000 à 3.9 / 100 000 Pour Efficacité contre formes pulmonaires <50% Contre Impossibilité d’utiliser le test tuberculinique pour diagnostiquer d’une primo-infection BCGites Estimation du nombre de cas évité / le BCG: entre 10 et 250 OMS -> Inutilité de la revaccination CSHPF -> suppression de la revaccination et des IDR de routine Primovaccination dans les zones à risque, pour des populations à risque?

DTPC (3 injections espacées de 1 mois) Rougeole Les pays en voie de développement nouveau-né dès 2-3 mois 9 mois Entre 16 et 18 mois 15 ans BCG DTPC (3 injections espacées de 1 mois) Rougeole DTPC (rappel 1 an après la 3ème injection) TP (rappel par 2 injections espacées de 1 mois) programme vaccinal minimum pour les enfants (OMS)

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Rappuoli, Nat Med 2004, 10:1177

Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…)

Challenges de la voie orale Dégradation enzymatique Faible perméabilité des muqueuses GI aux grandes molécules Temps limité de passage Dégradation des protéines à cause du faible pH dans l’estomac Prof Siepman 1

Morphologie (MEB) 100 µm 10 µm Prof Siepman 1

Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants

Les adjuvants Propriétés des adjuvants: - induction réaction inflammatoire (formations de granulomes localement) - modification de la présentation des Ag (réseaux, aggrégats) -> augmente l’immunogénicité - retard de l’élimination de l’Ag - action sur les cellules présentatrices d’Ag (stimulation des co-signaux d’activation) (notion de danger) Les adjuvants utilisés gels minéraux (phosphate d’aluminium,(hydroxyde d’alumine Al(OH)3)) entrent dans la composition des vaccins actuels, précipite les Ag MF59C.1 à base de squalène (vaccin de la grippe)

ou Les adjuvants de l’avenir: Les immunosomes: Les virosomes = phospholipides + Ag à la surface ex virus de la grippe ISCOMs (Immuno Stimulating Complexes). Ø 35nm = antigène + QuilA(saponine) + qq lécithine, cholestérol Les liposomes Ø 100nm ou Les immunostimulants issu d’immunogènes bactériens MDP-A = MDP (muramyl dipeptide) + émulsion squalane-L-121 dinucléotides déméthylés 5’-CpG-3’ Les cytokines IL-2….

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants technique de prime-boost

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants technique de prime-boost Utilisation de vecteurs Vecteurs (vaccine, poliovirus, BGC, Salmonella) exprimant des antigènes, vecteur non réplication Les vaccins peptidiques Ag -> épitope T ou B -> séquence AA -> peptide + transporteur (carrier)

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Les vaccins peptidiques Ag -> épitope T ou B -> séquence AA -> peptide + transporteur (carrier) Utilisation de vecteurs Vecteurs (vaccine, poliovirus, BGC, Salmonella) exprimant des antigènes Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants technique de prime-boost Les vaccins à ADN Ag -> clonage du gène -> séquence ADN -> transfert de l’ADN -> production Ag in situ

Immunité cellulaire Immunité humorale Les vaccins à ADN N CPA LB Plasmide vaccinal Gène de la protéine antigénique Injection IM N ARNm protéasome CMH I sécrétion LT CD8 CPA CMH II LB Plasmocytes Ac LB mémoire LT cytotoxique LT CD8 mémoire LT h mémoire LT CD4 Immunité cellulaire Immunité humorale

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Les vaccins à ADN Ag -> clonage du gène -> séquence ADN -> transfert de l’ADN -> production Ag in situ Les vaccins peptidiques Ag -> épitope T ou B -> séquence AA -> peptide + transporteur (carrier) Utilisation de vecteurs Vecteurs (vaccine, poliovirus, BGC, Salmonella) exprimant des antigènes Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants technique de prime-boost Vaccinologie inverse

roissance exponentielle des séquences de génome bactérien

La vaccinologie inverse (reverse vaccinology) La vaccinologie classique Identification des composants immunogènes Sélection des antigènes candidats Purification des composants clonage Isolement du pathogène Expression de vaccins recombinants vaccination Développement industriel Etude de  l’immunogénicité sur animaux Prédiction des candidats vaccins (microarray) La vaccinologie inverse Analyse informatique des génomes

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Les vaccins à ADN Ag -> clonage du gène -> séquence ADN -> transfert de l’ADN -> production Ag in situ Les vaccins peptidiques Ag -> épitope T ou B -> séquence AA -> peptide + transporteur (carrier) Utilisation de vecteurs Vecteurs (vaccine, poliovirus, BGC, Salmonella) exprimant des antigènes Vaccinologie inverse Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants technique de prime-boost Les vaccins anti-tumoraux

Protection contre cancer du col de l’utérus par une vaccination par l’HPV Gardasil (Merck) = particule virale vide Essai clinique prometteur: 1200 femmes n’ayant jamais rencontré HPV Non vaccinées vaccinées 21 lésions précancéreuses Pas de lésions

Vaccination par les cellules tumorales Lignées de cellules tumorales allogéniques Cellules tumorales autologues Irradiation + adjuvant sc Transfection avec gènes d’activation (cytokine…) biopsie Cellules tumorales + cellules immunitaires infiltrantes Cellules tumorales autologues IL-2 Lymphocytes infiltrants tumoraux activés (TIL)

II. Les nouvelles stratégies vaccinales Amélioration des vaccins et techniques actuels méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) utilisation d’adjuvants plus performants technique de prime-boost Utilisation de vecteurs Vecteurs (vaccine, poliovirus, BGC, Salmonella) exprimant des antigènes Les vaccins peptidiques Ag -> épitope T ou B -> séquence AA -> peptide + transporteur (carrier) Les vaccins à ADN Ag -> clonage du gène -> séquence ADN -> transfert de l’ADN -> production Ag in situ Vaccinologie inverse Les vaccins anti-tumoraux Les vaccins thérapeutiques

Le vaccin thérapeutique, un nouveau concept. Une nouvelle efficacité ? Vaccin préventif (prophylaxique) Prévenir une infection Vaccin thérapeutique (vaccinothérapie) Rééducation du système immunitaire Préparation vaccinale (Alvac vCP1433 et Lipo-6T) = virus canarypox portant les gènes nef, et pol Essais de vaccin thérapeutique anti VIH chez l’homme 118 patients dont charge virale indétectable sous traitement (< 200 copies/ml) 4 injections (à 1 mois d’intervalle) Etude 1: (48 patients) réponse CD4 spécifique (61%) et CD8 (55%) Pb dans 80% des cas reprise du traitement après 6-7 semaines. Etude 2: (70 patients) vaccin + cure d ’IL-2 24% des patients vaccinés sans traitement 3 mois après la fin du traitement Vaccination dans le cadre d’infections chroniques (HIV, HCV, HPV...)

Agents pathogènes vivants atténués Caractéristiques Microorganisme ayant perdu sa virulence mais ayant conservé son antigénicité (3 méthodes : empirique, « jenerienne », moléculaire) Multiplication dans l’organisme (vaccin vivant) Administration par voies naturelles possible -> production d’IgA possible Réaction de type humorale et cellulaire -> protection contre germes intracellulaires Efficacité, faible coût, facilité de production, une seule injection Limites Effets secondaires, Phénomène de réversion possible Exemples BCG, ROR, polio (Sabin), Fièvre jaune….

Les agents pathogènes entiers inactivés Caractéristiques / limites Microorganismes traité par agent chimique ou physique pour ôter le pouvoir pathogène Généralement moins toxique et plus stable à température élevées (pour PVD) Nécessité d’adjuvant (hydroxyde d’aluminium) Nécessité de plusieurs administrations Mauvaise réponse cellulaire -> Pb germes à croissance intracellulaire Production d’IgG circulant. Pas d’IgA Exemples Bordetella cellulaire, polio (Salk), grippe...

Fractions antigéniques Caractéristiques Toxines inactivées mais pouvoir antigénique conservé (anatoxine) Efficace dans maladies infectieuses liées uniquement à la présence de la toxine Nécessité d’adjuvants (sels d’aluminium) Sous-unités polyosidiques inefficaces chez l’enfant Nécessité de plusieurs injections Exemples Tétanos, diphtérie, HBV, Haemophilus….

VIII. Immunothérapie du VIH ? Les vaccins prophylactiques Une vingtaine de vaccin en essais cliniques Protéines cibles : Gp120, Gag, Pol, Nef, 1 seul vaccin en phase III: Vaccin Gp 120 (AIDSVAX ) randomisé, double-aveugle, contre placebo, sur 36 mois, 7 injections Étude américaine 5108 homosexuels masculins + 309 femmes à risque Pas de protection sauf dans quelques groupes ethniques (noirs) groupe placebo => 105 infectés groupe vaccin => 106 infectés Étude thaïlandaise 2546 toxicomanes volontaires Un vaccin contre le VIH est-il possible?

Les problèmes pour le développement de vaccin pas de modèle animal d’infection à VIH variabilité du virus élevé risque de stimulation de réplication du virus par activation des cellules immunitaires ….. Obtenir un vaccin produisant des Ac neutralisants Induire une réponse cellulaire CD8+ efficace et à long terme couplage ADN puis épitopes T (prime-boost) utilisation d’adjuvant et cytokines (IL-2) Multiplier les phases III dans les pays en voie de développement combinaison des données internationales 3 challenges à relever pour envisager un vaccin: