Bases immunologiques et nouvelles stratégies vaccinales Vaccination Bases immunologiques et nouvelles stratégies vaccinales 4ème année EC Immunologie Mars 2009

Causes majeures de mortalité chez les enfants de 0 à 4 ans périnatale 20 % Maladies infectieuses 63 % Malnutrition 3 % Maladies non transmissibles 8 % Accidents 6 % Source OMS

Comment se protéger contre les maladies infectieuses ? Immunisation passive IgG maternelles (voie placentaire) IgA / IgG du lait maternel naturelle thérapeutique Sérums, Ac monoclonaux... Durée d’efficacité limitée Pas d’activation du SI => pas de mémoire immunitaire Nécessité d’administrations répétées Immunisation active = vaccination prophylaxique thérapeutique Anti-infectieuse, anti-cancéreuse

Historique de la vaccination  10ème au 18ème siècle Variolisation  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

anti toxine diphthérique Behring et Kitasato  1901 anti toxine diphthérique BCG  1921 Calmette - Guérin immunisation active par toxines détoxifiées (anatoxine)  1923 Ramon

Efficacité de la vaccination Nombre de cas annuels Avant Après Variole (monde) 10 millions 0 (depuis 1977) Poliomyélite (USA) 30-40000 5 cas (1983) Diphtérie 45000 0 cas Tétanos (monde) 20 - 50 millions 250 000 -500 000 Coqueluche 20 - 50 millions < 100 000

Les vaccins = meilleur rapport coût / efficacité Les risques comparés OMS 2001 Pour un individu infecté par le virus de la rougeole: pneumomie 1/20 encéphalite 1/2000 mort 1/3000 Pour un individu vacciné par ROR 1/ 1 000 000 risque encéphalite ou réaction allergique sévère Les vaccins = meilleur rapport coût / efficacité Malgré une efficacité prouvée, remise en question de la vaccination !!!

Ligue nationale pour la liberté des vaccinations

Vu sur internet (http://wiki.france5.fr/index.php/SILENCE_ON_VACCINE) vacciner, un crime contre l'humanité c'est aujourd'hui invraisemblable que des gens qui se prétendent des scientifiques puissent encore déclarer que les vaccinations sont des actions préventives qui protègent des maladies, quand on sait comment et avec quoi sont fabriqués les vaccins, on est convaincu que les laboratoires et les médecins qui défendent encore cette pratique barbare et criminelle sont eux mêmes des criminels.. ils fabriquent délibérément de nouvelles maladies et bien entendu maintiennent de la sorte une clientèle de pauvres ignorants qui ne sont que des cobayes. Nombre de médecins, d'immunologistes, de biologistes dénoncent cette pratique qui n'a plus rien d'un acte médicale préventif, mais, n'est rien d'autre qu'une mise en danger délibérée de la santé du public..un assassinat de nombre de bébés qui étaient en bonne santé avant l'injection de ces poisons infâmes.

31 janvier 2009 Mort d’une fillette de 12 ans des suites d’une rougeole (Haute Savoie) 1er décès depuis 2005 Refus des parents de vacciner….

Pourquoi le développememnt de vaccins est toujours d’actualité 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. Bases immunologiques de la vaccination Vaccin = antigènes qui induisent une réponse immunitaire spécifique (humorale ou cellulaire ) lorsqu’ils sont administrés chez l’homme (ou l’animal) Vaccination = immunisation active qui induit une mémoire immunitaire Vaccination (Réponse primaire) Infection ou rappel (Réponse secondaire) Taux d’anticorps Temps 1ère injection 2ème injection Vaccination = induction d’une réponse immunitaire protectrice sans pathologies

Cinétique de la production d’anticorps Activation LT, LB naifs -> réponse primaire Activation LT, LB mémoires -> réponse secondaire (plus forte, plus rapide) D ’après Revillard, De Boeck Ed

organes lymphoides secondaires II. Les éléments de la mémoire immunologique LB naif hypermutation somatiques commutation isotypique IgM -> IgG / IgA organes lymphoides secondaires (centre germinatif) plasmocytes LB mémoires LT naif antigène LT effecteurs LT mémoires (CD45RO) Les lymphocytes sont la base de la mémoire immunitaire

L’apparition des cellules mémoires (ex les LcT CD8+) Mémoire précoce Mémoire tardive 10 à pls 100 de LcT CD8+ naifs Spécifiques (chez la souris) 1 précureur 10 000 cellules (> 13 divisions en 5 à 8 jours) Elimination de 90 à 95% des LcT CD8+ activés LcT CD8+ produisant IFNg, TNF LcT CD8+ produisant IFNg, TNF, IL-2

Les mémoires centrales et effectrices La mémoire centrale capacité à produire des Ac ou des cellules effectrices plus rapidement après contact avec l’Ag La mémoire effectrice élimination immédiate du pathogène lors d’une nouvelle exposition, sans la nécessité de différentiation

Les LB mémoires LB ayant subi une commutation isotypique (IgG ou IgA ou IgE, pas d’IgM ni d’IgD) M. centrale : circulant dans le sang et la lymphe M. effectrice : plasmocytes dans la moelle, plasmocytes producteur d ’Ac naturels (cellules B1) Les LT mémoires CD45 RO CCR7+ M. centrale: M. effectrice: CCR7- recirculation dans le sang et la lymphe, organes lymphoïdes secondaires localisation dans les tissus

Différentiation des LT en cellules mémoires Ag Cellules T naives CD45RA+ CCR7+ Thymus Cellules T mémoires centrales CD45RA- CD45RO+ CCR7+ Cellules T mémoires effectrices CD45RA- CD45RO+ CCR7- CCR1, 3, 5 + Organes lymphoïdes secondaires Sites inflammatoires

Caractéristique des réponses primaires et secondaires du LB Propriétés cellules B période de latence amplitude, pic Ac produits Ag affinité Ac Gènes VH, VL Réponse primaire naive (mIgM+, mIgD+) 4-7 j 7-10 j IgM T- dpt T- indpt faible non mutés Réponse secondaire mémoire (mIgD-, mIgG+ou mIgA+ou mIgE+) 1-3 j 3-5 j, 10 à 100 X > rep primaire IgG (IgA, IgE) T-dpt élevée mutés

Nécessité de la présence de l’antigène pour conserver la mémoire? P. Panum (1847): description d’une épidémie de rougeole sur les îles Féroé Tous les habitants de l’île touchés sauf les + de 65ans Infection précédente en 1781 = > durée très longue de la mémoire immunologique hypothèses : Longue durée de vie des cellules ? Nécessité de la présence de l’Ag pour garder une mémoire ?

=> La survie des LB mémoires nécessite la présence de l’Ag Nécessité de la présence de l’antigène pour conserver la mémoire? Expérience 1: disparition des LB mémoires transfert de LB mémoires animal naïf Ag X survie des LB mémoires Ag X => La survie des LB mémoires nécessite la présence de l’Ag la mémoire des LB est un état dynamique entretenu par les cellules dendritiques folliculaires (FDC) (dans les centres germinaux) qui conservent les Ag au long terme

=> La mémoire des LT est maintenue en absence d’Ag Nécessité de la présence de l’antigène pour conserver la mémoire? analyse des LT après 10 mois Expérience 2: transfert LT présence de LT CD8+ spécifique de LCMV LCMV LT X CMH I présence de LT CD8+ spécifique de LCMV => La mémoire des LT est maintenue en absence d’Ag

III. La vaccination et le nouveau-né Etat du système immunitaire pré et post-natal avant la naissance 10ème sem IgM 12ème sem IgG vers 16ème sem IgG maternelles 30ème sem IgA A la naissance IgM >>> IgG, IgA après la naissance Baisse du taux d’IgG maternelles A 1 an: IgG 60% IgM 100% IgA 30% du taux adulte Gglions, rate peu développés

IgM, IgG, IgA + mémoire Coopération cellulaire Le problème posé par les antigènes polysaccharidiques Polysaccharides bactériens = antigènes thymo-indépendants Pas de réponse chez le nouveau-né => problème de protection contre méningite LB signal 1 signal 2 IgM, IgG, IgA + mémoire Ag thymodépendant Coopération cellulaire CMH II CD40 LTh TcR CD40L LB Ag thymoindépendant signaux 1 + 2 IgM 11

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

L’immunité aux ages extrêmes Moelle rouge Riche en progéniteurs B Moelle jaune Dépôts de graisses  progéniteurs B  Niches de plasmocytes Grand nombre de LB naifs de spécificités variées Faible nombre de cellules mémoires -  Production LB naifs accumulation de LB mémoires et de plasmocytes spécificités limitées

IV. Les vaccins d’aujourd’hui Agents pathogènes vivants atténués Agents pathogènes entiers inactivés Fractions antigéniques

La notion d’immunité de groupe (herd immunity) (Immunité de population ou collective) La vaccination d’une portion de la population (>90%) protège les non vaccinés contre les pathogènes Blocage de la dissémination du pathogène => au sein d’une population, les personnes non vaccinées sont également protégées contre un pathogène grâce à l’immunité acquise par les personnes vaccinées.

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

Variabilité antigénique Le challenge: la variabilité antigénique 100 % Diphterie Tétanos Polio ROR VHB VHA H. influenzae Taux de réussite Pneumococcus meningococcus grippe VHC VIH Pas de changement 10 ans 1 an 1 jour Variabilité antigénique

Il faut revisiter la notion de vaccin... Maladies autoimmunes Allergies Vaccin Agents infectieux Cancers Pourtant toujours le même principe : (Re)stimulation du système immunitaire par des antigènes

V. Les nouvelles stratégies vaccinales 1. Amélioration des vaccins et techniques actuels - méthodes d’administration (voie orale, nasale, vaginale, rectale) - utilisation d’adjuvants plus performants 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) gels minéraux (hydroxyde ou phosphate d’aluminium (Al(OH)3) entrent dans la composition des vaccins actuels, précipite les Ag Pb bonne réponse Ac mais mauvaise réponse cellulaire MF59C.1 à base de squalène (vaccin de la grippe) Adjuvants actuels

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 non méthylés 5’-CpG-3’ (ligand de TLR9) Les cytokines IL-2, IL-12, IL-15, GM-CSF

V. Les nouvelles stratégies vaccinales 1. Amélioration des vaccins et techniques actuels - méthodes d’injection (voie orale, nasale, vaginale…) - utilisation d’adjuvants plus performants - utilisation de vaccin existant comme vecteurs d’antigènes vaccine, poliovirus, BGC, Salmonella exprimant des antigènes

Immunité cellulaire Immunité humorale V. Les nouvelles stratégies vaccinales 2. Les vaccins à ADN Plasmide vaccinal Gène de la protéine antigénique N ARNm Injection IM 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

V. Les nouvelles stratégies vaccinales 3. Le prime-boost Première immunisation avec 1 antigène (ex vaccin à ADN) Seconde immunisation avec un autre antigène (le plus souvent protéique) 4 combinaisons prime-boost actuellement en essais cliniques pour le VIH

Composants immunogènes V. Les nouvelles stratégies vaccinales 4. Vaccinologie inverse Vaccinologie classique: 10-15 ans Vaccination Développement industriel et fabrication Etude de l’immunogénicité sur modèles animaux Expression sur vecteurs du vaccin recombinant Tests d’ immunogénicité Purification des Composants, clonage Identification des Composants immunogènes Sélection des antigènes candidats

Vaccination Exemple meningocoque B Résultats et prédictions des Vaccinologie inverse: 1 à 2 ans Résultats et prédictions des Candidats- vaccins potentiels Isof 1 TTCACCGTAA…. Cont 1 TTCACCGTAA…. Isof 2 TTCATCGCAA…. Cont 2 TTCATCGCAA ATG.. Isof 1 ATTATATTCT TGTC Cont 1 ATTATATTCT TGT Isof 2 ATTATCTC Cont 2 ATTATCTC Analyse informatique complète de la totalité du génome Expression sur vecteurs du vaccin recombinant Développement industriel et fabrication Etude de l’immunogénicité sur modèles animaux Vaccination

V. Les nouvelles stratégies vaccinales 4. Les vaccins anti-tumoraux Ex Vaccination par 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)

V. Les nouvelles stratégies vaccinales 5. La vaccination thérapeutique Vaccin préventif (prophylaxique) Prévenir une infection Vaccin thérapeutique (vaccinothérapie) Rééducation du système immunitaire Vaccination dans le cadre d’infections chroniques (HIV, HCV, HPV...) de cancers

Les vaccins prophylactiques Cas du VIH Les vaccins prophylactiques Depuis 1987, > 80 essais cliniques (phase I et II) ….. Actuellement, 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:

Les vaccins thérapeutiques 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’interval) 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 + IL-2 24% des patients vaccinés sans traitement 3 mois après la fin du traitement

Thérapie génique? Autres vaccins thérapeutiques testés Remune = préparation de virus tués P24 VPL = particule de type viral produit chez la levure VaxSyn = préparation d’antigènes Derma Vir = plasmides exprimant des protéines virales Autres stratégies thérapeutiques envisageables Thérapie génique? ARN anti-sens, gènes viraux mutés...

Couverture vaccinale incomplète 30 % des français ne seraient pas à jour de leur rappel DTP 82 % des français protégé par le ROR (tx préconisé par OMS: 95%)