4 research outputs found
Rational design of HIV vaccines and microbicides: report of the EUROPRISE network annual conference 2010
Novel, exciting intervention strategies to prevent infection with HIV have been tested in the past year, and the field is rapidly evolving. EUROPRISE is a network of excellence sponsored by the European Commission and concerned with a wide range of activities including integrated developmental research on HIV vaccines and microbicides from discovery to early clinical trials. A central and timely theme of the network is the development of the unique concept of co-usage of vaccines and microbicides. This review, prepared by the PhD students of the network captures much of the research ongoing between the partners. The network is in its 5th year and involves over 50 institutions from 13 European countries together with 3 industrial partners; GSK, Novartis and Sanofi-Pasteur. EUROPRISE is involved in 31 separate world-wide trials of Vaccines and Microbicides including 6 in African countries (Tanzania, Mozambique, South Africa, Kenya, Malawi, Rwanda), and is directly supporting clinical trials including MABGEL, a gp140-hsp70 conjugate trial and HIVIS, vaccine trials in Europe and Africa
Development of multigenic, multivector vaccines against human and simian immunodeficiency virus to be tested in parallel
Die HIV-1 Infektion, und die damit verbundene AIDS-Erkrankung stellt seit der
Pest die gröĂte pandemische Gesundheitsbedrohung der Menschheit dar. Obwohl
diese schon seit fast 30 Jahren bekannt und seitdem im Fokus der
Impfstoffentwicklung ist, konnte bislang kein wirksamer Impfstoff entwickelt
werden. Der vorherrschende wissenschaftliche Optimismus nach der
Identifikation des Auslösers des erworbenen Immundefizienzsyndroms in Bezug
auf die schnelle Entwicklung eines wirksamen Impfstoffes fand nach ungefÀhr
einer Dekade des Scheiterns klassischer Impfstoffkonzepte ein ernĂŒchterndes
Ende. Infolge dieser Problematik und grundlegenden wissenschaftlichen
Fortschritten wurden vielfÀltige neuartige Immunisierungsstrategien,
hauptsÀchlich auf Basis rekombinanter Proteine und genetischer Impfstoffe,
entwickelt und in unzÀhligen prÀklinischen und klinischen Studien getestet.
Leider spiegelt sich die einzigartige Natur und Pathologie von HIV-1 auch hier
in groĂen HĂŒrden bei der Entwicklung eines effektiven modernen Impfstoffes
wider. Die fehlende Kenntnis immunologisch protektiver Mechanismen, die
auĂerordentlich hohe VirusdiversitĂ€t, die rapide Entwicklung latenter Virus-
reservoire sowie von Fluchtmutanten infolge immunologischen Selektionsdruck,
die virusbedingte Modulation wichtiger immunologischer Funktionen, die
gezielte Infektion und Depletion der fĂŒr die adaptive Immunantwort
essentiellen T-Helferzellen sowie die Probleme der Induktion und EffektivitÀt
neutralisierender Antikörper stellen in dieser Kombination und KomplexitÀt
eine bislang nie dagewesene Heraus-forderung dar. Mithilfe der, seit ungefÀhr
Mitte der neunziger Jahre in Tiermodellen durchgefĂŒhrten genetischen
Immunisierung konnten bislang auf Basis von HIV oder anderer Virus- bzw.
Tumorerkrankungen zum Teil sehr vielversprechende Ergeb-nisse erzielt werden.
Die gewonnenen Erfahrungen aus diesen Tierstudien und Untersuchungen von
Personen mit einer ausgeprÀgten Resistenz vor HIV-Infektion oder AIDS-
Progression stÀrkten die Bedeutung einer virusspezifischen, zellulÀren
Immunantwort vorrangig zytotoxischer T-Zellen, nachhaltig. Infolge dessen
wurden eine Vielzahl genetischer Immunisierungsvektoren und âregime entwickelt
und getestet. Mit den zunehmenden Fortschritten wurden Probleme bei der
Ăbertragung von in Tiermodellen erzielten Ergebnissen auf klinische Studien in
Menschen deutlich. So wurden um HIV-Impfstoffe direkt im Makkaken-
Belastungsmodell testen zu können, chimÀre SHIV-Belastungsviren entwickelt und
in Effizienzstudien ver-wendet. Die mangelhafte Aussagekraft der Ergebnisse
des SHIV-Makkaken Modells gipfelte letztendlich in dem vorzeitigem Abbruch
einer darauf initiierten groĂen klinischen Effizienzstudie. DarĂŒber hinaus
wurden in dieser und weiteren klinischen Studien Schwierigkeiten in Bezug auf
die vergleichsweise geringe ImmunogenitÀt der verwendeten Impfstoffe deutlich.
Als mögliche Ursache fĂŒr diese Unterschiede kommen vorrangig eine prĂ€existente
VektorimmunitÀt und Schwierigkeiten bei der Skalierbarkeit von genetischen,
vor allem DNA-basierten Impf- bzw. Applikations-methoden in Frage. Die hohe
genetische HeterogenitÀt menschlicher Probanden, insbesondere in Bezug auf den
HLA-Haplotypen, ist ein weiterer Faktor, der erst neuerdings verstÀrkt bei der
DurchfĂŒhrung von Makkaken-Studien berĂŒcksichtigt wird. Mithilfe der
Erfahrungen aus den unzÀhligen Publikationen zu dem Thema HIV-Impfstoffe in
den letzten Jahrzehnten und den damit verbundenen Problemen haben wir
versucht, eine rationale Immunisierungsstrategie zu entwickeln, um einen
möglichst groĂen Teil dieser Problematik zu berĂŒcksichtigen. HierfĂŒr wurde ein
multigenes, multivektorielles genetisches Immunisierungsregime, basierend auf
DNA GeneGun-Vektoren, rekombinanten Adenoviren des Serotyps 5 und
rekombinanten Adeno assoziierten Viren des Pseudotyps 9 entwickelt. Obwohl
bekannt ist, dass heterologe Immunisierungsregime die ImmunogenitÀt deutlich
steigern können, einer VektorimmunitÀt entgegenwirken und die Eignung der
einzelnen Vektoren fĂŒr Immunisierungen bereits mehrfach gezeigt werden konnte,
ist nach unserem Wissen keine Arbeit publiziert, in der alle drei
Vektorsysteme kombiniert wurden. Eine zusÀtzliche Steigerung der ImmunogenitÀt
sollte durch bekannte Methoden, wie die Codonoptimierung der DNA-Sequenzen,
und mithilfe eines genetischen GMCSF-Adjuvants erzielt werden. Um dem Problem
der hohen VirusdiversitĂ€t zu begegnen, haben wir uns fĂŒr die Verwendung einer
HIV Klade B Konsensussequenz entschieden. Diese Art regionspezifischen
Impfstoffs stellt zwar einen Kompromiss dar, ist jedoch nichtsdestotrotz ein
adÀquates Mittel, um dem Problem der DiversitÀt zu begegnen. Um die
Möglichkeit einer spÀteren Effizienztestung der entwickelten
Immunisierungsstrategie unter Verwendung des am besten geeigneten SIV
/Makkaken-Modells zu haben, wurden parallel zu den HIV-1 Impfvektoren
SIVmac239 Impfvektoren auf die gleiche Weise entwickelt und vergleichend auf
deren Eigenschaften im Mausmodell getestet. Die Evaluation der verschiedenen
homologen und heterologen zweifachen und dreifachen Immunisierungsregime
zeigte fĂŒr die HIV und SIV Impfstoffe deutlich die Ăberlegenheit von
dreifachen, heterologen Immunisierungen in Bezug auf die StÀrke der
induzierten zellulÀren Immunantwort und die Anzahl erkannt antigener Epitope.
Die gemessenen zellulÀren Immunantworten von annÀhernd 30000 reaktiven
T-Zellen pro Million Splenozyten und bis zu 15 reaktiven Epitopen im Gag und
Pol Antigen, waren deutlich höher als erwartet und ĂŒbertreffen die Werte aus
erfolgreichen Immunisierungs- und Belastungsversuchen mit Influenza, LCMV,
SARS oder Tumorzellen deutlich. Untersuchungen der induzierten humoralen
Immunantwort zeigten einen Trend der Steigerung der Antikörperproduktion bei
Verwendung von rAAV9 Vektoren, weitgehend unabhÀngig von der Anzahl oder der
Kombination der Immunisierungen. Die gemessene StÀrke der zellulÀren
Immunantwort, die Anzahl der erkannten Epitope sowie die beobachteten Trends
Ă€hnelten sich fĂŒr die HIV- und SIV-Immunisierungen weitgehend. Eine
abschlieĂende Untersuchung der in vivo ZytotoxizitĂ€t dieses optimalen dreifach
heterologen HIV- und SIV-Immu-nisierungsregime konnte die FunktionalitÀt der
induzierten Immunantwort eindeutig bestÀtigen. Immunisierte MÀuse waren in der
Lage, 88-98 % der injizierten syngenen Splenozyten, welche mit je einem
immundominanten Gag-Peptid markiert wurden, innerhalb von zwölf Stunden zu
lysieren. Die hervorragenden Eigenschaften dieses neuartigen multigenen
DNA/rAd5/rAAV9 Immunisierungsregimes in Bezug auf die Induktion einer Ă€uĂerst
starken, breit-gefÀcherten und funktionellen zellulÀren Immunantwort zeichnen
dieses als einen interessanten Kandidaten fĂŒr weiterfĂŒhrenden Makkakenstudien
aus. Mehrere, gegen Ende dieser Arbeit publizierte vielversprechende
Immunisierungs- und Belastungsversuche in Makkaken unterstĂŒtzen die
Bedeutsamkeit dieses Immunisierungskonzeptes eindeutig und könnten einen
Schritt in Richtung eines wirksamen HIV-Impfstoffes beitragen.Despite being the focus of vaccine research for almost 30 years, an effective
vaccine against HIV/AIDS, a pandemic that perhaps poses the greatest threat to
human health since the Black Death, remains elusive. The scientific optimism
for the rapid development of an effective vaccine that prevailed following the
initial identification of the pathogen causing AIDS disappeared within a
decade as the classical approaches to vaccine production continuously failed.
As a result of these problems and based on the scientific advances of the
time, a wide range of novel immunisation strategies, based mainly on
recombinant proteins and genetic vaccines, were developed and evaluated in
numerous preclinical and clinical studies. Unfortunately, the unique nature
and pathology of HIV-1 imposes major hurdles to the development of an
effective, modern vaccine. Critically, knowledge is lacking of a protective
immune mechanism and factors such as the extraordinarily high degree of virus
diversity, the rapid development of latent virus reservoirs and of escape
mutants as a result of immunological selective pressure, the modulation by the
virus of critical immunological functions, the targeted infection and
depletion of the helper T-cells essential for an adaptive immune response, as
well as the problems with the induction and efficacy of neutralising
antibodies, present, in this combination and complexity, a previously unknown
challenge. More recently, promising results have been generated with HIV,
other viruses and cancers using the technique of 'genetic immunisation'
established in the mid-1990s. The experience gained from these animal studies
and studies involving humans that have an exceptional resistance to HIV-
infection or AIDS progression continue to support the conclusion that virus-
specific, predominantly cytotoxic T-lymphocytes can be effective. As a result,
many genetic vaccine vectors and regimes have been developed and tested. It
became increasingly clear that there are major problems in transferring the
results from the animal model to human clinical trials. To enable HIV vaccines
to be tested directly in the macaque challenge model, chimeric SHIV challenge
viruses were developed and used in efficacy trials. However, the poor
relevance of results from the SHIV model for the situation in humans came into
sharp focus when a large clinical trial initiated partially in response to
results with the SHIV/macaque model was abandoned due to an unexpected higher
rate of infection in vaccinees. Furthermore, this and other clinical studies
revealed the poor immunogenicity of the vaccines being tested. Possible
reasons for these differences were predominantly the presence of pre-existing
anti-vector immunity and problems with the scale-up of genetic vaccines,
particularly those based on DNA, and their method of application. The high
genetic heterogeneity of human test subjects, particularly with regard to HLA-
haplotypes, is another factor that is only recently being taken into account
during macaque studies. Based on the experience and countless publications
concerning HIV vaccine development and its problems over the preceding
decades, we attempted to develop a rational immunisation strategy that took
these problems into account. Therefore, a multigenic, multivector genetic
immunisation regime, based on gene-gun vectors (DNA), recombinant adenovirus
type 5 (rAd5) and recombinant adeno-associated virus pseudotype 9 (rAAV9) was
developed. Although it is known that a heterologous immunisation regime can
greatly enhance immunogenicity, that it can eliminate the inhibitory effects
of vector immunity and that the suitability of the individual vectors has been
demonstrated many times, no publication has yet included a combination of all
three vector systems. It was also decided to provide an additional boost in
immunogenicity by using methods such as codon-optimisation of the DNA sequence
and the use of a genetic form of GMCSF as adjuvant. To avoid problems with the
high diversity of HIV we decided to base the HIV vaccine on a clade B
consensus sequence. Although this form of region-specific vaccine represents a
compromise, it is nevertheless a promising approach to tackling the problem of
diversity. To allow subsequent efficacy trials in the relevant SIV/macaque
model, we developed in parallel to the HIV constructs vaccines based on
SIVmac239 and compared their immunogenicities in mice. The evaluation of
different homologous and heterologous double- and triple-immunisation regimes
demonstrated for both the HIV and SIV vaccines a clear superiority for triple,
heterologous vaccination, with regard to the strength of the cellular immune
response induced and the number of antigen epitopes recognised. The cellular
immune responses, with almost 30000 reactive T-cells per million splenocytes
and up to 15 reactive epitopes in Gag and Pol, were far higher than expected
and significantly exceed those reported in successful immunisation/challenge
studies with influenza, LCMV, SARS and tumor cells. Investigations of the
induced humoral immune responses demonstrated a trend for increasing antibody
production using rAAV9 vectors, largely independently of the number or
combination of the immunisation. The strength of the cellular immune response,
the number of epitopes recognised and the trends observed were similar for the
HIV and SIV vaccines. A concluding evaluation of the in vivo efficacy of the
optimal triple, heterologous HIV and SIV immunisation regime confirmed the
functionality of the immune responses induced. Immunised mice were able,
within twelve hours, to eliminate 88-98% of injected, syngeneic splenocytes
pulsed with an immunodominant Gag peptide. The impressive properties of this
new multigenic DNA/rAd5/rAAV9 immunisation regime, with regard to the
extremely strong, broad and functional cellular immune response, make this an
interesting candidate for subsequent macaque studies. A number of
immunisation/challenge macaque studies published towards the end of this
project support the significance of this immunisation concept and could
contribute to the eventual development of an effective AIDS vaccine