Redaktionell: Forskning, utveckling och kliniska prövningar för peptidbaserade vacciner

Från utrotningen av smittkoppor till det globala svaret på covid-19-pandemin har vacciner varit en hörnsten i kampen mot infektionssjukdomar hos människor och boskap sedan 1700-talet (1). Även om vaccin mot covid-19 sannolikt inte kommer att utrota sjukdomen på det sätt som smittkoppsvaccinet gjorde, har de visat sig vara mycket effektiva för att förhindra dödsfall och sjukhusvistelse, med enorma samhälleliga och ekonomiska fördelar (2). Det finns nu betydande forskningsansträngningar som investeras i att bygga vidare på framgången med profylaktiska vacciner för att kontrollera infektionssjukdomar genom utveckling av terapeutiska vacciner för kroniska sjukdomar som inflammation och cancer. Dessa tillvägagångssätt är baserade på att nedreglera eller uppreglera immunsvar för behandling av inflammatorisk sjukdom respektive cancer, genom ett klokt val av epitoper, adjuvans och sätt att visa immunsystemet. Även om sådana terapeutiska vacciner har visat något tidigt lovande, finns inga kommersiellt tillgängliga produkter ännu tillgängliga.

Klicka på hälsofördelarna med cistanche

Det finns sex kategorier av vacciner som används eller är under utveckling: levande försvagade vacciner, inaktiverade vacciner, subenhetsvacciner, toxoidvacciner, virusvektorbaserade vacciner och nukleinsyra (DNA eller RNA) vacciner (3). I varje fall finns det flera exempel på vacciner som är godkända för mänsklig användning. Trots de olika sätten för leverans av den antigena nyttolasten i dessa sex klasser är deras gemensamma mål att stimulera en eller alla av följande typer av immunsvar: 1) medfödd immunitet, 2) antikropps (humoral) immunitet och 3) T-cell immunitet.

Peptidbaserade vacciner är en speciell typ av subenhetsvaccin som vanligtvis kännetecknas av fokus på korta sekvenser som omfattar enstaka epitoper, normalt producerade genom kemisk syntes. Peptidvacciner har flera fördelar inklusive bättre definierade och mer specifika immunsvar; en bra säkerhetsprofil; enkel tillverkning och relativt snabb läkemedelsutveckling (4). Dessutom kan sekvenserna av peptidvacciner omvandlas till nukleinsyror, så att de lätt omvandlas till nukleinvacciner eller vektorbaserade vacciner. För att göra peptidvacciner mer effektiva och lämpliga för industriell tillverkning föreslås nya former av peptidbaserade vacciner utöver enkelepitop och kemisk syntes, till exempel syntetiska långpeptidvacciner och rekombinanta överlappande peptidvacciner (5–7).

I denna samling av elva artiklar för Frontiers in Immunology med titeln "Research, Development, and Clinical Trials for Peptide-based Vaccines" täcker vi nyckelaspekter av peptidvaccinutveckling inklusive epitopval och vaccindesign, konjugationsmetoder och adjuvans, balansen mellan antikroppar och T-cellsimmunitet och design av kliniska prövningar.

DESIGN AV PEPTIDVACCIN OCH ANVÄNDNING AV EPITOPER

Den viktigaste utgångspunkten för utformningen av peptidvacciner är valet av epitoper som stimulerar humoral och/eller T-cellsimmunitet. Det finns flera sätt att identifiera epitoperna.

Överlappande syntetiska peptider

Jiang et al. använde överlappande syntetiska peptider som täcker målsekvensen som ett bibliotek för screening. I det här fallet erhöll de antisera från SARS-CoV-2-receptorbindande domän (RBD)-immuniserade grisar eller möss. Antisera inkuberades med överlappande peptider som täcker RBD för att identifiera de som bär B-cellsepitoper. Författarna visade sedan att dessa peptider var immunogena i sig och kapabla att stimulera neutraliserande antikroppar. En uppenbar varning vid användningen av denna överlappande peptidmetod är dock att den kommer att missa icke-sekventiella konformationella epitoper som kan spela en viktig roll för att neutralisera mål (8).

Datoralgoritm/databas

Epitoper kan förutsägas av datorprogram. Gong et al. valde sina potentiella HLA-DR1-begränsade, TB-riktade T-cellsepitoper från Immune Epitope Database (IEDB, https://www.iedb.org/) som de sedan validerade med en ELISPOT-analys. Istället för att använda de poolade peptiderna som ett vaccin producerade de en rekombinant polyepitop där de relevanta peptiderna sammanfogades via en flexibel linker (GGGGS). Hos humaniserade möss genererade polyepitopvaccinet stark cellulär immunitet som skyddade möss från TB-infektion. Den uppenbara fördelen med att länka epitoper på detta sätt (över användningen av poolade peptider) är att det bara finns en enda produkt, vilket avsevärt förenklar kvalitetskontrollen under tillverkning och regelefterlevnad.

Neoantigener: Sekvensering plus datoralgoritm

Cancerterapeutiska vacciner är beroende av identifieringen av tumörspecifika neoantigener som kan riktas mot peptidbaserade vacciner. Chen et al. kombinerad nästa generations sekvensering (NGS) med bioinformatik och epitopprediktionsalgoritmer för att designa personliga peptidvacciner. Vacciner utformade på ett sådant sätt har testats på sju pankreascancerpatienter med lovande resultat (se avsnittet klinisk studie nedan).

Bearbetade patogener

En ny epitopkartläggningsmetod beskrivs av D'haeseleer et al. Författarna erhöll antisera från möss som hade immuniserats med en patogen. Antisera konjugerades till pärlor som inkuberades med den trypsiniserade patogenen som ett peptidbibliotek. Peptider kvarhållna av pärlorna eluerades därefter och identifierades genom masspektroskopi. De validerade epitoper som identifierats på detta sätt för två bakteriella patogener (Francisella tularensis och Burkholderia pseudomallei) och visade att de var immunogena. Intressant nog jämförde de deras tillvägagångssätt med datorbaserad epitopkartläggning och fann att det var mer effektivt att identifiera experimentellt validerade epitoper, även om vissa datorplockade epitoper gav högre in-silicopoäng. En nödvändig begränsning av tillvägagångssättet är emellertid att det kommer att missa epitoper som bär ett tryptiskt klyvningsställe.

Rekombinanta överlappande peptider

Zhang et al. använde rekombinanta överlappande peptider (ROP) från humant papillomvirus (HPV) typ 16 E7 (ROP-HPV16-E7) som ett T-cellstimulerande medel. Överlappande peptider undviker gränsproblemet och måste därför innehålla alla möjliga T-cellsepitoper för olika MHC-fenotyper. Som ett resultat stimulerar de bred T-cellsimmunitet promiskuöst. Eftersom ROP tillverkas som en enda proteinprodukt i E.coli drar de fördel av en enkel tillverkningsprocess och erbjuder en jämförelsevis enkel väg från preklinisk utveckling till regulatoriskt godkännande.

KONJUGERING OCH ADJUVANT TILL PEPTINVACCIN

Förutom epitoper som kan stimulera B-celler, CD4 plus och CD8 plus T-celler, behöver peptidvacciner starka adjuvans för att stimulera medfödd immunitet. Rossi et al. beskriva resultat med vacciner baserade på cellpenetrerande peptider som bär HPV eller ovalbumin (OVA) T-cellsepitoper kombinerat med en stimulator av interferon-gamma-genagonist (STINGa) som ett adjuvans för att framkalla en potent medfödd inflammatorisk respons. Denna strategi stimulerade både CD8 plus och Th1 CD4 plus T-cellsvar samtidigt som Treg-svaret hämmades. Vaccinet var effektivt för att förlänga överlevnaden hos TC-1-tumörinokulerade möss.

Calzas et al. beskriva en vaccinformulering som innehåller svaga men konserverade antigener från influensaviruset kombinerat med en nanoring som innehåller element från det respiratoriska syncytialviruset. Denna "nanoring" stimulerar medfödd immunitet - möjligen genom TLR5. Vaccinet ges via slemhinnan och inducerade starka humorala och cellulära immunsvar. Vaccinet skyddade möss (men inte kycklingar) från virala utmaningar.

KLINISKA STUDIER AV PEPTIDVACCINER

Tre av ovanstående artiklar gällde kliniska studier. Två av dessa behandlade HPV-infektion och båda visar vikten av T-cellsimmunitet vid återhämtning och virusclearing. Shibata et al. beskriv ett fall i detalj som kommer från den kliniska fas I-prövningen av deras peptidvaccin (PepCan). Patienten, som hade en höggradig cervikal skvamös intraepiteliell lesion, fick fyra doser av peptidvaccinet med 4-veckors intervall. Medan Treg- och Th2-cytokinnivåerna förblev oförändrade, ökade Th1-cytokinnivåerna avsevärt. Vid tolv veckor (slutet av uppföljningen) hade den intraepiteliala lesionen helt försvunnit, potentiellt på grund av detta förbättrade T-cellssvar. Dessutom, med användning av encellssekvensering, visade författarna specifik CD3 plus T-cell klonal expansion systemiskt och på lesionsstället.

I den andra HPV-relaterade kliniska kohortstudien, Zhang et al. följde upp 131 HPV16-infekterade patienter under 12 månader och fann att HPV-specifik T-cellsimmunitet är viktig för virusclearance.

I den slutliga kliniska prövningsrapporten, Chen et al. undersökte säkerheten och immunogeniciteten hos ett neoantigenbaserat vaccin hos sju pankreascancerpatienter. Författarna visade att vaccinet var säkert och inducerade både CD4 plus och CD8 plus T-cellssvar. En patient som uppvisade betydande expansion av en reaktiv T-cellsklon överlevde i 21 månader, betydligt mer än det förväntade 6-månadsgenomsnittet för patienter med detta stadium av sjukdomen.

SLUTSATS

Vacciner mot infektionssjukdomar har hittills visat sig vara mycket mer framgångsrika än vacciner mot cancer, huvudsakligen på grund av att patogener är icke-själv och presenterar ett mycket större immunologiskt mål som stimulerar stark medfödd, humoral och cellulär immunitet. Icke desto mindre har betydande framsteg gjorts i identifieringen av andra antigener än främmande patogener, t.ex. neoantigener och tumörassocierade antigener (TAA) som kan utnyttjas med vaccinteknologi, särskilt med användning av peptidvacciner. Dessa framsteg, tillsammans med den senaste utvecklingen inom den kliniska tillämpningen av IO-medel, erbjuder möjligheten till personliga kombinationsterapier som kan vara transformerande vid behandling av många cancerformer.

Observera att forskningsartiklarna som samlas in om detta forskningsämne är starkt fokuserade på utformningen av peptidvacciner. För ett gränsperspektiv på peptidvacciner, särskilt cancerpeptidvacciner, se översiktsartikeln av Stephens et al.

FÖRFATTARBIDRAG

SJ, MG och XNX skrev den här artikeln. Alla författare bidrog till artikeln och godkände den inskickade versionen.

FINANSIERING

Innovate UK finansierar SJ, anslagsnummer 104992 & 133783, och genom anslag från CBI och Oxford Vacmedix UK, Ltd. MG stöds av det kinesiska National Natural Science Funding-programmet (81771221, 81870967 och 82071384). Finansiärerna var inte involverade i studiens design, insamling, analys, tolkning av data, skrivningen av denna artikel eller beslutet att skicka in den för publicering.

Intressekonflikt:

SJ och XNX är grundare eller konsulter till Oxford Vacmedix UK Ltd som utvecklar peptidbaserade vacciner.

Den återstående författaren förklarar att forskningen utfördes i frånvaro av några kommersiella eller finansiella relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.

Utgivarens anmärkning:

Alla påståenden som uttrycks i den här artikeln är enbart författarnas och representerar inte nödvändigtvis de från deras anslutna organisationer, eller de från utgivaren, redaktörerna och recensenterna. Alla produkter som kan utvärderas i den här artikeln, eller påståenden som kan göras av dess tillverkare, garanteras eller godkänns inte av utgivaren.

For more information:1950477648nn@gmail.com