Les vaccins d’aujourd’hui et de demain

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

2. 1798 E. Jenner Vaccination contre la variole avec le virus de vaccine L. Pasteur 1880 - 1885 Cholera des poules (Pasteurella multocida) Bacille du charbon (Bacillus anthracis), Virus de la rage

3. Efficacité de la vaccination Nombre de cas annuels dans la monde Avant Après éradication 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?

4. Causes majeures de mortalité 57 millions de morts annuelles, toutes causes confondues Maladies infectieuses > 25 % 15 millions Maladies cardiovasculaires 31 % Cancers 13 % Accidents 11 % Autres 6 % Mortalité maternelle 5 % Affections respiratoires et allergiques 9 % Source OMS

5. Causes majeures de mortalité dans les pays à faible revenu (Asie du Sud - Est et Afrique) Maladies non transmissibles 35 % Maladies infectieuses 45 % Accidents 11 % Mortalité périnatale 6 % Mortalité maternelle 2 % Malnutrition 1 % Source OMS

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

7. 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...

8. 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 activequi induit unemémoire 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

9. 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

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

11. Vivant atténué Entier inactivé Fraction antigénique III. La situation actuelle en France 153 spécialités pharmaceutiques vaccinales avec une AMM pour 21 pathologies infectieuses tuberculose (BCG) poliomyélite oral (Sabin) fièvre Jaune rougeole oreillons rubéole varicelle rage poliomyélite injecté (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

12. III. A. 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 Contre-indiqué pour les personnes immunodéprimées Limites Effets secondaires, Phénomène de réversion possible contamination par des virus de la culture Ex: BCG, ROR, polio (Sabin), Fièvre jaune….

13. III. B. 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 températures 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 Ex: Bordetella cellulaire, polio (Salk), grippe...

14. III. C. Les 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 Ex: Tétanos, diphtérie, HBV, Haemophilus….

15. protéine Anatoxine tétanique ou diphtérique Réponse thymo-indépendante Réponse thymo-dépendante Pas de mémoire 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

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

17. ex la rougeole: Tx de couverture à 2 ans = 85% Tx de couverture nécessaire pour l’éradication = 95% (OMS) => risque d’apparition d’épidémies III. D. 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) - 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

18. 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

19. Contre Pour Efficacité contre méningites, miliaires tuberculeuses 64 - 86% Efficacité contre formes pulmonaires <50% Impossibilité d’utiliser le test tuberculinique pour diagnostiquer d’une primo-infection Suède arrêt de la vaccination en 1975 Avant 0.8 cas / 100 000 à 3.9 / 100 000 BCGites Le cas du BCG: doit-on continuer à vacciner? En Europe, France et Grèce maintiennent une vaccination entre la naissance et 6 ans 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?

20. programme vaccinal minimum pour les enfants (OMS) 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) Les pays en voie de développement

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

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

23. 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

24. Morphologie (MEB) 100 µm 10 µm Prof Siepman

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

26. 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)

27. 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 Les immunostimulants issu d’immunogènes bactériens MDP-A = MDP (muramyl dipeptide) + émulsion squalane-L-121 dinucléotides déméthylés 5’-CpG-3’ Les cytokines IL-2….

28. IV. 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

29. IV. 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)

30. 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) IV. Les nouvelles stratégies vaccinales Les vaccins à ADN Ag -> clonage du gène -> séquence ADN -> transfert de l’ADN -> production Ag in situ

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

32. IV. 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

33. 5 - 15 ans La vaccinologie classique Identification des Composants immunogènes Purification des Composants, clonage Sélection des antigènes candidats Tests d’ immunogénicité Développement industriel et fabrication Expression sur vecteurs du vaccin recombinant Etude de l’immunogénicité sur modèles animaux Vaccination

34. croissance exponentielle des séquences de génome bactérien

35. 1 - 2 ans Isof 1 TTCACCGTAA ATGCTTCTAA Cont 1 TTCACCGTAA ATGCTTCTAA Isof 2 TTCATCGCAA ATGCTTTT.. Cont 2 TTCATCGCAA ATGCTTTT.. Isof 1 ATTATATTCT TGTCATGTCT Cont 1 ATTATATTCT TGTCATGTCT Isof 2 ATTATCTC Cont 2 ATTATCTC La vaccinologie inverse Résultats et prédictions des Candidats- vaccins potentiels 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

36. 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 IV. Les nouvelles stratégies vaccinales Les vaccins anti-tumoraux

37. 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

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

39. IV. 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

40. Vaccin préventif (prophylaxique) Vaccin thérapeutique (vaccinothérapie) Prévenir une infection Rééducation du système immunitaire Essais de vaccin thérapeutique anti VIH chez l’homme 118 patients dont charge virale indétectable sous traitement (< 200 copies/ml) Préparation vaccinale (Alvac vCP1433 et Lipo-6T) = virus canarypox portant les gènes nef, et pol 4 injections (à 1 mois d’intervalle) Le vaccin thérapeutique, un nouveau concept. Une nouvelle efficacité ? 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...)

41. Accès au site d’immunologie: =>Site de la Faculté de Pharmacie de Lille => Espace étudiant => Espace réservé aux étudiants de la Faculté Nom d’utilisateur: immunologie mot de passe: pharimmuno

43. 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….

44. 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...

45. 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….

46. 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) Étude thaïlandaise 2546 toxicomanes volontaires groupe placebo => 105 infectés groupe vaccin => 106 infectés VIII. Immunothérapie du VIH ? Les vaccins prophylactiques Une vingtaine de vaccin en essais cliniques Protéines cibles : Gp120, Gag, Pol, Nef, Un vaccin contre le VIH est-il possible?

47. 3 challenges à relever pour envisager un vaccin: 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 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 …..