De ontwikkeling van malariavaccins

5

Overzichtsartikelen

De ontwikkeling van malariavaccins Malaria vaccine development Dr. M. Roestenberg Samenvatting Een effectief malariavaccin kan een belangrijke bijdrage leveren aan het uitbannen van malaria. Recentelijk werd ’s werelds eerste malariavaccin door de European Medicines Agency (EMA) goedgekeurd voor gebruik in Afrika. Dit vaccin, genaamd RTS,S, vertoonde in fase III-studies een effectiviteit van 30-50% voor klinische malaria. Het is opgebouwd uit het circumsporozoïet-eiwit van het speekselklierstadium (sporozoïet) van de parasiet en biedt bescherming tegen de vroege ontwikkeling van de parasiet in de menselijke lever. Dit in tegenstelling tot vele andere kandidaten die gebruikmaken van bloedstadiumantigenen of antigenen uit de seksuele parasitaire stadia die essentieel zijn voor de overdracht van de parasiet. De ontwikkeling van RTS,S heeft geleid tot de opbouw van een infrastructuur voor klinisch fase III-vaccinonderzoek in Sub-Sahara-Afrika. Het behouden van deze infrastructuur is van belang voor het testen van toekomstige alternatieve of tweedegeneratie-malariavaccins met mogelijk verbeterde effectiviteit. Het klinisch testen van vaccinkandidaten wordt bespoedigd door het gebruik van gecontroleerde malaria-infectiestudies (CHMI). In deze studies worden vrijwilligers gevaccineerd en onder gecontroleerde omstandigheden blootgesteld aan de beten van geïnfecteerde malariamuggen, zodat alleen de beste vaccinkandidaten geselecteerd worden voor grotere veldstudies. Vaccins gericht tegen het sporozoïeten- of leverstadium, met name de levend verzwakte sporozoïetenvaccins, laten de meest veelbelovende effectiviteit zien in CHMI-studies. De ontwikkeling van een effectief malariavaccin kent een aantal problemen. Zo zijn immunologische markers voor bescherming onbekend, waardoor niet gericht gezocht kan worden naar vaccins die de meest optimale immuunrespons opwekken. Daarnaast wordt de ontwikkeling van een effectief vaccin bemoeilijkt door de grote antigene diversiteit van malariaparasieten. De ontwikkeling van een vaccin tegen Plasmodium vivax wordt geremd door het gebrek aan een in-vitrokweek voor deze parasiet. Hoewel de malariavaccinontwikkeling grote vooruitgang boekt, blijft chemoprofylaxe vooralsnog de enige optie om reizigers afdoende te beschermen tegen malaria. (Tijdschr Infect 2015;10(5):135-43)

Summary A highly effective malaria vaccine is an important tool for the eradication of malaria. Recently the first malaria vaccine was approved by the European Medicines Agency (EMA) for use in Africa. This vaccine, named RTS,S, shows an efficacy of 30-50% for clinical malaria in phase III trials. It is composed of the circumsporozoite protein from the salivary gland (sporozoite) stage of the parasite and protects against the initial development of the parasite in the human liver. This contrasts vaccine candidates which target blood-stage antigens or sexual stage antigens essential for parasite transmission. Clinical development of RTS,S has led to the establishment of infrastructure for phase III vaccine research in Sub-Sahara Africa. Maintaining this infrastructure is important to test future alternative or improved second generation vaccines in the field. The clinical development of malaria vaccine candidates is accelerated by the use of controlled human malaria infections (CHMI). In these trials, healthy human volunteers are being vaccinated and subsequently exposed to the bites of infectious mosquitoes under controlled circumstances, in order to select the best candidates for the field. Vaccines directed against the sporozoite or liver stage, particularly live attenuated sporozoite Correspondentie graag richten aan: mw. dr. M. Roestenberg, internist-infectioloog, afdeling Parasitologie/Infectieziekten C5-P, Leids Universitair Medisch Centrum, postbus 9600, 2300 RC Leiden, tel.: 071 5265062, e-mailadres: [email protected]. Belangenconflict/financiële ondersteuning: geen gemeld. Trefwoorden: falciparum, gecontroleerde humane malaria infecties, malaria, Plasmodium, pre-erythrocytair, vaccin. Keywords: falciparum, controlled human malaria infections, malaria, Plasmodium, pre-erythrocytic, vaccine. Ontvangen 14 januari 2015, geaccepteerd 28 augustus 2015.

Tijdschrif t voor Infectieziek ten

vol 10 - nr. 5 - 2015

13 5

Overzichtsartikelen vaccines, show most promising results in CHMI. The development of an efficacious malaria vaccine has met several hurdles. Immunological markers for protection are unknown, which makes the selection of vaccine candidates that induce the most optimal immune response difficult. In addition, the large antigenic diversity of malaria parasites hampers vaccine development. Plasmodium vivax vaccine development suffers particularly from the lack of an in vitro culture system for this parasite. Although malaria vaccine development has shown impressive progress, chemoprophylaxis is to date the only option to protect travellers from malaria.

Inleiding Ondanks jarenlange inspanningen blijft malaria een van de meest dodelijke infectieziekten ter wereld. Jaarlijks worden meer dan 200 miljoen klinische malariagevallen gemeld en sterven 627 duizend mensen, met name jonge kinderen, aan de gevolgen van malaria.1 Het hoogste aantal doden valt in Sub-Sahara-Afrika. Humane malaria wordt veroorzaakt door vijf protozoa van het genus Plasmodium: P. falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae en P. knowlesi. De ziekte wordt overgedragen door Anopheles-muggen, waarvan ongeveer 70 soorten Plasmodiumvectoren zijn.2 De parasiet die verantwoordelijk is voor het grootste deel van de morbiditeit en mortaliteit is P. falciparum en de belangrijkste vector van deze parasiet is A. gambiae. De overdracht (transmissie) van malaria door muggen in de wereld kan plaatselijk enorm variëren en loopt op tot meer dan 1.000 infectieuze muggenbeten per persoon per jaar.3 De verspreiding van de parasiet en de dominante vectoren wordt in kaart gebracht door het Malaria Atlas Project.2,4 De bestrijding van malaria vraagt om een multidisciplinaire aanpak, gericht op zowel het bestrijden van muggen als het voorkómen van muggenbeten en het bestrijden van de parasiet door middel van het behandelen van het menselijke infectieuze reservoir. Met deze aanpak is de wereldwijde incidentie van malaria de afgelopen jaren afgenomen.1 De huidige strategie wordt echter in toenemende mate bemoeilijkt door het optreden van resistentie bij zowel parasiet als vector. De eerste chloroquine- en sulfadoxine-pyrimethamineresistente P. falciparum-parasieten werden in de jaren 50 van de vorige eeuw gevonden en verspreidden zich snel over Afrika.5 Malariaparasieten die resistent zijn tegen medicijnen gebaseerd op de nieuwe artemisininepreparaten zijn nu aangetroffen in Zuidoost-Azië, waar aanvankelijk ook chloroquine-resistentie ontstond.6 Ook bij P. vivax ontstond chloroquine-resistentie rond 1989 in Zuidoost-Azië, maar deze is inmiddels wijdverbreid in Papoea-Nieuw-Guinea, Indonesië, India, Turkije en Madagaskar.7 Een actueel overzicht van resistentie bij humane malariaparasieten is te vinden op de website van het Worldwide Antimalarial Resistance Network.8

136


Muggen verliezen gevoeligheid voor insecticiden die gebruikt worden om klamboes te impregneren (‘longlasting insecticide-treated bednets’, ITN) of om huizen te sprayen (‘indoor residual spraying’, IRS). Muggen kunnen een kruisresistentie gen bevatten tegen de twee meest gebruikte insecticiden, de pyrethroïden (voor ITN) en dichloordifenyltrichloorethaan (DDT, voor IRS). Dit gen is nu ook aangetroffen in landen zonder eerder DDT-gebruik.9 Onderzoek naar alternatieven voor insecticiden, zoals het beïnvloeden van het steekgedrag en de voortplanting van de muggenvector, biedt in de toekomst mogelijk oplossing. Het ontwikkelen van een vaccin tegen malaria zou een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het uitbannen van malaria. De Malaria Vaccine Funders Group, een gezamenlijk initiatief van de voornaamste financiers van het malariavaccinonderzoek, heeft daartoe een visiedocument uitgebracht. Deze Malaria Vaccine Technology Roadmap wordt gecoördineerd door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en stelt als doel om voor 2030 een P. falciparum- en P. vivax-malariavaccin te registreren met een beschermende effectiviteit van ten minste 75% tegen klinische malaria en een vaccin om de malariatransmissie te onderbreken.10 Jarenlange ontwikkeling heeft de parasiet echter gewapend tegen het immuunsysteem en daarmee is het induceren van bescherming door middel van immunisatie tegen malaria zeker niet eenvoudig. In dit overzichtsartikel zal de achtergrond van malariaimmuniteit kort worden besproken, waarna een overzicht wordt gegeven van de meest recente ontwikkelingen op het gebied van vaccinkandidaten en de huidige uitdagingen in de malariavaccinontwikkeling. Ten slotte zal vooruit gekeken worden naar de meest veelbelovende ontwikkelingen in de komende jaren. Immuniteit tegen malaria Het opbouwen van natuurlijke immuniteit tegen een malaria-infectie in het veld gaat langzaam, geeft geen steriele bescherming en is stam- en soort-specifiek.11 Bij herhaaldelijke infectie kunnen kinderen bescherming verwerven tegen ernstige klinische symptomen en worden adolescenten in toenemende mate beschermd

vol 10 - nr. 5 - 2015

5 tegen klinische ziekte. In endemische gebieden kan een groot deel van de volwassen bevolking drager zijn van de parasiet zonder evidente klinische verschijnselen en zo bijdragen aan de lokale transmissie.11,12 Deze gedeeltelijke immuniteit, die bescherming geeft tegen ziekteverschijnselen, gaat bij gebrek aan natuurlijke infecties echter snel verloren. Dit is een risico met name voor migranten die na een verblijf in een non-endemisch gebied terugkeren naar het endemische land van herkomst. Bescherming tegen ernstige ziekteverschijnselen en dood lijkt langer te blijven bestaan.13 De immunologische markers die correleren met bescherming tegen infectie en het dragen van malariaparasieten zijn onbekend. Wel is duidelijk dat een malariainfectie leidt tot activatie van het aangeboren en het adaptieve (verworven) immuunsysteem. De malariaparasiet activeert het aangeboren immuunsysteem, met name tijdens replicatie in het bloed, door herkenning van parasitaire producten uit de geïnfecteerde erytrocyt (bijvoorbeeld glycosylfosfatidylinositol en hemozoïne).14 De productie van IFNγ door γδT-cellen en NK-cellen lijkt in dit stadium belangrijk voor de met malaria geassocieerde pathologie, maar mogelijk ook voor bescherming tegen malaria.15,16 In vergelijking met de beperkte kennis van de activatie van het aangeboren immuun-systeem, is de rol van het adaptieve immuunsysteem met zijn humorale en cellulaire componenten beter onderzocht. Het belang van antilichamen in de bescherming tegen replicatie van malariaparasieten in het bloed is onomstotelijk aangetoond in vroege antilichaam-transferstudies, waarbij de vermenigvuldiging van parasieten in de ontvanger geremd werd door antilichamen van de donor.17 Antilichaamresponsen tegen parasitaire glycanen hebben recentelijk hernieuwde aandacht gekregen.18 Antilichamen kunnen de invasie van hepatocyten en rode bloedcellen door de parasiet direct remmen of Fcγ-receptoren op monocyten verbinden en zodoende deze cellen aanzetten tot de excretie van toxinen.19 Dit fenomeen noemt men antilichaam-afhankelijke cel-gemedieerde cytotoxiciteit (ADCI).20 De kwaliteit, hoogte en breedte van de antilichaamrespons is hierbij van belang.21 De antilichaamrespons na natuurlijke infecties is over het algemeen echter van korte duur.22,23 Cellulaire immuniteit speelt een rol bij het afremmen van experimentele vermenigvuldiging van parasieten in het bloed, maar of dit ook optreedt bij natuurlijke infecties is onduidelijk.24 Zo kunnen CD4+ T-cellen bloedstadiumparasieten in vitro doden en biedt transfer van CD4+ T-cellen bescherming van ontvangende SCID-muizen, maar een tekort aan CD4+ T-cellen in


de context van hiv is niet duidelijk geassocieerd met ernstigere malaria.24 Ook CD8+ T-cellen, hoewel minder frequent onderzocht, kunnen een rol spelen bij de bescherming tegen een bloedstadiuminfectie in knaagdiermodellen, maar ook hiervan is de relevantie in het veld onduidelijk.25 In tegenstelling tot natuurlijk opgebouwde (partiële) immuniteit, tonen immunisatiestudies met levende, maar verzwakte parasieten aan dat een langdurige, neutraliserende immuniteit bij mensen wel degelijk opgewekt kan worden.26 In deze studies wordt de invasie van levercellen door extracellulaire sporozoïeten geremd met antilichamen en de ontwikkeling van de parasiet in de lever geremd door CD8+ cytotoxiciteit met IFNγ als kritisch effectorcytokine.27,28 Persisterend leverstadiumantigeen en ondersteuning van CD4+ T-cellen zijn waarschijnlijk noodzakelijk voor de effectiviteit van deze respons.29 Het is vooralsnog onduidelijk waarom er na natuurlijke blootstelling veel minder effectieve immuunresponsen worden opgewekt. Verschillende verklaringen zijn hiervoor mogelijk. Allereerst is de vraag of natuurlijke infecties in voldoende mate optreden om substantiële pre-erytrocytaire antigenen aan het immuunsysteem te kunnen presenteren. Daarnaast is het mogelijk dat de immuunrespons tegen muggenspeeksel interfereert met de opbouw van een effectieve immuunrespons tegen de parasiet.30 Er zijn aanwijzingen dat sporozoïeten die na inoculatie door de mug achterblijven in de huid de ontwikkeling van regulatoire T-cellen induceren en hierdoor de zich ontwikkelende systemische immuunrespons dempen.31,32 Daarnaast lijken bloedstadiumparasieten in staat te zijn om de antigeenpresentatie van dendritische cellen en ondersteuning door B-geheugencellen te onderdrukken, waardoor de antilichaamrespons van korte duur is.22,23 Bovendien induceren bloedstadiumparasieten een toename van regulatoire T-cellen.33 Bij persisterende bloedstadiumparasitemie ontstaat er een uitputting van T-cellen met activatie van de ‘programmed cell death 1’ (PD-1)pathway.25 Hierdoor nemen effectorresponsen af, worden geheugenresponsen zwakker en gaan immuuncellen verloren door apoptose.25 Naast immuunmodulatie draagt antigene diversiteit van parasieten bij aan het ontsnappen van parasieten aan het immuunsysteem. Antigene diversiteit ontstaat door een grote verscheidenheid aan antigenen in verschillende parasitaire stadia, door antigeenpolymorfismen binnen parasietpopulaties en het variëren van antigeenepitopen.29 Voor de ontwikkeling van een effectief malariavaccin is het dus belangrijk dat zeer gericht immuunresponsen worden opgewekt, waarbij effectieve responsen versterkt

vol 10 - nr. 5 - 2015

137

Overzichtsartikelen worden en regulatoire responsen onderdrukt. Daarnaast moet het bestand zijn tegen antigene diversiteit en variatie in natuurlijke parasietenpopulaties. Malariavaccin-ontwikkeling Het genoom van P. falciparum codeert voor meer dan 5.000 eiwitten, waarvan nu ongeveer 30 eiwitten als kandidaat-malariavaccin in klinische ontwikkeling zijn en ruwweg 20 vaccinkandidaten in een preklinisch stadium.34 Een actueel overzicht staat op de website van de WHO en in een recente publicatie van Arama en Troye-Blomberg.35,36 Naast deze explosieve groei van het aantal kandidaat-malariavaccins is er ook een snelle ontwikkeling op het gebied van adjuvantia. Deze kunnen onderverdeeld worden in immuunstimulerende adjuvantia zoals toll-like receptorliganden, vehikels zoals minerale zouten of liposomen en vectoren zoals adenovirussen.36 Door een gebrek aan goede immunologische parameters die correleren met bescherming, moeten individuele vaccinkandidaten met verschillende adjuvantia getest worden op effectiviteit, in over het algemeen grote veldstudies.36 De wereldwijde daling van de incidentie van malaria zorgt ervoor dat populaties van dergelijke studies groter moeten worden om zo effectiviteit aan te tonen. Dit maakt de klinische malariavaccinontwikkeling zeer kostbaar. Het is dus noodzakelijk om al in een vroegklinisch stadium vaccinkandidaten te selecteren, voordat veldstudies plaatsvinden. Gecontroleerde humane malaria-infecties (CHMI) bieden de mogelijkheid om in een vroeg stadium data te verkrijgen over de effectiviteit van vaccinkandidaten. Gecontroleerde malaria-infecties werden aanvankelijk gebruikt voor de behandeling van neurosyfilis in de jaren 20 van de vorige eeuw, waarbij patiënten geïnfecteerd werden door middel van intraveneuze toediening van met malaria geïnfecteerd bloed.37 In de huidige CHMI-studies wordt gebruikgemaakt van in vitro gekweekte bloedstadia van P. falciparum en in het laboratorium gekweekte en geïnfecteerde muggen.38 In deze gecontroleerde infecties worden vrijwilligers, al dan niet na immunisatie, blootgesteld aan de beten van 5 geïnfecteerde muggen. De vrijwilligers worden vervolgens meermaals per dag gecontroleerd op bloedstadiumparasieten, ofwel door middel van dikkedruppelmicroscopie, ofwel door middel van PCR. Door vroege detectie van de parasieten (maximaal 0,0004% geïnfecteerde rode bloedcellen) gevolgd door behandeling met antimalariamiddelen, ontwikkelen vrijwilligers een veelal symptomatische, maar nooit ernstige malaria.39 De lengte van de prepatente periode en eventueel de groei van bloedstadiumparasieten zijn een maat voor de

13 8


effectiviteit van een vaccin.39 Recente technologische ontwikkelingen in het opzuiveren en invriezen van sporozoïeten uit de speekselklieren van muggen maken het nu ook mogelijk om door middel van sporozoïeteninjectie gecontroleerde infecties uit te voeren. Dit is met name belangrijk voor bijvoorbeeld endemische gebieden, waar men geen beschikking heeft over gekweekte parasieten en muggen.40 Er zijn onvoldoende gegevens beschikbaar om met zekerheid te zeggen dat de effectiviteit verkregen in CHMI-studies te vertalen is naar het veld. Bij het RTS,S malariavaccin werd echter een aanvankelijke bescherming van 30-50% in CHMI-studies ook terug gevonden in latere veldstudies.41,42 Daarnaast is de ontwikkeling van verschillende andere vaccinkandidaten gestopt na een lage effectiviteit in CHMI-studies.43,44 Het langdurig kweken van P. vivax in bloed is, in tegenstelling tot P. falciparum, technisch niet mogelijk. Gecontroleerde humane P. vivax-infecties worden uitgevoerd door het blootstellen van vrijwilligers aan muggen die geïnfecteerd worden door het voeden van bloed van patiënten met P. vivax-infectie.45 Kandidaat-malariavaccins worden ingedeeld naar het deel van de levenscyclus waarin het betreffende antigeen tot expressie komt. Zo worden vaccins aangeduid als pre-erytrocytair, bloedstadium en transmissieblokkerend (zie Figuur 1). Pre-erytrocytaire vaccins richten zich op het voorkómen van bloedstadiumparasieten en de daarbij behorende ziekteverschijnselen. Bloedstadiumvaccins richten zich op het remmen van de vermenigvuldiging van de parasiet in het bloed, waarmee de ziekteverschijnselen afnemen. Transmissieblokkerende vaccins richten zich op het blokkeren van de overdracht van parasieten naar de mug. Hoewel een zeer praktische indeling, zijn er ook antigenen die in meer dan één stadium tot expressie worden gebracht. Dit maakt het beoordelen van de effectiviteit en het bepalen van eindpunten in studies naar een kandidaat vaccin complexer. Pre-erytrocytaire vaccins Pre-erytrocytaire antigenen komen tot expressie in het asymptomatische sporozoieten- en leverstadium van de parasiet. Hoewel zeer aantrekkelijke stadia vanwege het nog relatief lage aantal sporozoïeten en geïnfecteerde hepatocyten in het menselijk lichaam, deelt elke leverstadiumparasiet zich in tienduizenden merozoïeten en daarom is een effectiviteit van 100% tegen het leverstadium essentieel om een bloedinfectie te voorkomen.3 De gouden standaard voor malariavaccinatie, het immuniseren met bestraalde sporozoïeten, is gebaseerd op het elimineren van sporozoïeten en leverstadia en werd al in de jaren 60 van de vorige eeuw beschreven.46

vol 10 - nr. 5 - 2015

5 oöcyst oökineet zygoot gameet

sporozoïet

Plasmodium falciparum

gametocyt

leverschizont

merosoom

schizont merozoïet trofozoïet

1 Figuur 1. Levenscyclus en bijbehorende categorieën kandidaatvaccins.

Het meest prominente eiwit op het oppervlak van de sporozoïet is het circumsporozoïet-eiwit (CSP). RTS,S, het meest ontwikkelde malariavaccin, is een fusie tussen CSP en het hepatitis B oppervlakteantigeen (HBsAg), gecombineerd met GlaxoSmithKline’s adjuvant system (AS). Fase III van klinische ontwikkeling in 11 centra in 7 landen in Sub-Sahara-Afrika laat een bescherming zien van 27% tegen klinische malaria bij kinderen van 6-12 weken oud en van 46% bij oudere kinderen van 5-17 maanden.42 De effectiviteit van RTS,S na de laatste vaccinatie neemt af over de jaren.47 Dit vaccin is recent door het Europese geneesmiddelagentschap (European Medicines Agency, EMA) goedgekeurd voor gebruik in Afrika. Het vaccineren van 15.000 kinderen in een fase III-malariavaccinstudie is een grote logistieke onderneming geweest en heeft geleidt tot het opzetten van nieuwe Afrikaanse studiecentra. Het behouden van deze infrastructuur is belangrijk om verbeterde tweedegeneratie-geheugen-B-cellen vaccins in de toekomst te kunnen testen.


Naast RTS,S zijn er nog enkele andere veelbelovende vaccins gebaseerd op pre-eryhrocytaire antigenen in ontwikkeling. Het eiwit CelTROS (cell-traversal protein for ookinetes and sporozoites) is van belang voor de migratie van de parasiet door cellen en vaccinatie met een recombinant eiwit induceert bescherming tegen malaria in een muizenmodel.48 Het is nog niet in klinische studies getest. Het eiwit TRAP (thrombospondinrelated adhesion protein) is veelbelovend vanwege de robuuste CD8+ T-celresponsen in muizen volgens een zogenoemde prime-boost vaccinatiestrategie. Recombinant chimpansee-adenovirus en gemodificeerd vacciniavirus Ankara (MVA) worden hierbij gebruikt als vector voor het eiwit.49 Deze vaccinatiestrategie induceerde substantiële bescherming in een muizenmalariamodel. Een fase I-studie bij vrijwilligers wordt nu in Afrika uitgevoerd.49 Geen van de eiwit/peptidevaccins (subunit vaccins) bereiken een effectiviteit die vergelijkbaar is met levende, door bestraling verzwakte, sporozoïeten. Deze

vol 10 - nr. 5 - 2015

13 9

Overzichtsartikelen verzwakte parasieten hebben de capaciteit om volledige bescherming te induceren bij mensen wanneer zij worden blootgesteld aan meer dan 1.000 beten van geïnfecteerde en bestraalde muggen. Hoewel zeer effectief, leek deze methode aanvankelijk weinig aantrekkelijk als basis voor een vaccin, omdat de immunisatiedosis die noodzakelijk is voor protectie hoog bleek, de hoeveelheid radiatie kritiek voor de veiligheid en de parasiet niet geproduceerd kan worden zonder de natuurlijke muggengastheer. Hernieuwde aandacht voor deze strategie heeft echter geleid tot studies waarin mensen volledig beschermd worden tegen een gecontroleerde malaria-infectie door hen bloot te stellen aan 45 geïnfecteerde muggenbeten in drie sessies gedurende chemoprofylaxe met chloroquine.26 Chloroquine doodt de parasiet in het bloedstadium, maar laat het leverstadium intact. De bescherming is langdurig (>2 jaar) en volledig bij vier van zes geteste vrijwilligers; de overige twee ontwikkelden bloedstadiumparasieten in een zeer laat stadium.50 Hoewel deze strategie niet direct toepasbaar is voor grootschalige toediening, laten deze experimenten zien dat pre-erytrocytaire immuunresponsen, ook na lage doses parasieten, zeer effectief kunnen zijn. Recente technische ontwikkelingen voor het opzuiveren van parasieten uit geïnfecteerde muggen en het invriezen van sporozoïeten hebben geleid tot de ontwikkeling van een vaccin dat bestaat uit levende, door bestraling verzwakte sporozoïeten (‘radiation attenuated sporozoites’, RAS). Na een eerste teleurstellende immunisatiestudie, waarin mensen de sporozoïeten intradermaal geïnjecteerd kregen, bleek immunisatie door middel van intraveneuze toediening succesvol en waren 6/6 vrijwilligers beschermd tegen een gecontroleerde infectie.51,52 Er wordt nu onderzoek verricht naar een meer praktische toediening van het vaccin en naar de effectiviteit van het vaccin in malaria-endemische gebieden. Bestraling is niet de enige methode waarmee parasieten kunnen worden verzwakt. Door het selectief uitschakelen van genen die essentieel zijn voor de complete ontwikkeling van het leverstadium, kunnen parasieten gestopt worden in hun ontwikkeling. In muizenmalariamodellen induceren deze genetisch verzwakte parasieten (‘genetically attenuated parasites’, GAP) een betere bescherming dan bestraalde sporozoïeten. De bescherming is geassocieerd met een bredere en grotere CD8+ T-celrespons.53 Er is zowel in de Verenigde Staten als in Nederland een GAP-vaccin ontwikkeld.54,55 Beide worden de komende jaren in klinische studies getest. Bloedstadiumvaccins Bloedstadiumvaccins zijn erop gericht de vermenigvul-

14 0


diging van de parasiet in erytrocyten af te remmen en daardoor symptomen te verminderen. In een experimentele setting kan bescherming tegen een gecontroleerde infectie opgewekt worden door blootstelling van mensen aan ultralage doses van bloedstadiumparasieten.56 Ook immunisatie met een lage dosis dode bloedstadiumparasieten kan in muizen zeer goede bescherming induceren.57 Klinische studies met dode, geïnfecteerde bloedproducten zijn nog niet uitgevoerd. Er zijn veel vaccins in ontwikkeling gebaseerd op eiwitten of peptiden van bloedstadiumparasieten, met name die eiwitten op het oppervlak van de merozoïet die betrokken zijn bij de invasie van de erytrocyt. Voorbeelden zijn ‘merozoite surface proteins’ 1-3 (MSP1-3), ‘apical membrane antigen’ 1 (AMA1), ‘glutamate rich protein’ (GLURP), ‘ring-infected erythroocyte surface antigen’ (RESA), ‘serine repeat antigen’ 5 (SERA 5), ‘erythrocyte binding surface antigen’ 175 (EBA-175)36 en ‘Pf reticulocyte-binding protein homologue’ 5 (PfRH5).58 In tegenstelling tot in muismodellen valt de effectiviteit van deze vaccins bij mensen vaak tegen. Een van de oorzaken voor de lage effectiviteit in het veld is mogelijk het grote aantal polymorfismen in het natuurlijke eiwit.36 Verder onderzoek aan bloedstadiumvaccins richt zich vooral op het verbreden of vergroten van immuunresponsen om de effectiviteit in het veld te vergroten, door middel van adjuvantia, prime-boost, multi-antigene mixen, een combinatie van antigenen, of de selectie van meer geconserveerde antigenen.59-62 Welke van deze strategieën het meest effectief is, zal uit vervolgonderzoek moeten blijken. Transmissieblokkerende vaccins Transmissieblokkerende vaccins richten zich op de seksuele vormen van de parasiet in menselijk bloed (gameten en gametocyten) en de parasietstadia in de mug (oökineten en oöcysten). Deze vaccins induceren antilichamen bij geïmmuniseerde proefpersonen die de seksuele stadia binden en zo de ontwikkeling van parasieten in de mug remmen, waardoor de parasiet zich niet kan verspreiden.63 In tegenstelling tot de pre-erytrocytaire, en wellicht ook de bloedstadiumvaccins berust het effectormechanisme van transmissieblokkerende vaccins voornamelijk op antilichaamresponsen tegen het transmissieblokkerend antigeen. Een probleem bij dit soort vaccins is het gebrek aan herhaaldelijke natuurlijke blootstelling aan deze antigenen, hetgeen versterkt zal worden door het succes van het vaccin zelf. Dit maakt het noodzakelijk om alleen met vaccinatie langdurige antilichaamresponsen te induceren.64 Kandidaten in deze categorie zijn het P. falciparum oppervlakteantigeen Pfs25, Pfs 48/45,

vol 10 - nr. 5 - 2015

5 Aanwijzingen voor de praktijk 1.

Het eerste malariavaccin RTS,S, gebaseerd op een eiwit van de sporozoïet, laat een effectiviteit zien van ongeveer 50% in fase III-studies. Naar verwachting zal dit vaccin binnen enkele jaren geregistreerd worden voor gebruik in endemische gebieden.

2.

Het ontwikkelen van een tweedegeneratiemalariavaccin met een hogere effectiviteit is wenselijk, bijvoorbeeld door het optimaliseren van RTS,S-immuunresponsen of het combineren van RTS,S met andere antigenen.

3.

Er zijn veel kandidaatmalariavaccins in ontwikkeling; gecontroleerde humane malaria-infecties (CHMI) zijn een hulpmiddel om veelbelovende kandidaten te selecteren voor grotere vervolgstudies in endemische gebieden.

4.

Vaccins gebaseerde op levende, verzwakte sporozoïeten (door middel van bestraling of genetische modificatie) induceren de meest veelbelovende bescherming tegen dergelijke gecontroleerde infecties bij mensen. De effectiviteit van deze vaccins in endemische gebieden wordt onderzocht.

Pfs28, Pfs230 en de P. vivax Pvs28, Pvs25 en Pvs230.36 De effectiviteit van dergelijke vaccins wordt getest door het voeden van muggen op het bloed van de geïmmuniseerde, om vervolgens de ontwikkeling van parasieten in deze mug te monitoren (direct of standard membrane feeding assay).65 De resultaten van deze test worden geëxtrapoleerd naar een afname van transmissie in het veld. Er is meer aandacht gekomen voor dit type vaccins, omdat het nadrukkelijk genoemd wordt in de meest recente versie van de Malaria Vaccine Technology Roadmap. Conclusies en vooruitzichten De ontwikkeling van een vaccin tegen malaria is een belangrijk middel in de bestrijding van malaria. ’s Werelds eerste malaria vaccin, RTS,S, heeft een effectiviteit van 30-50% in fase III klinische studies en zal gevolgd worden door effectievere tweedegeneratievaccins. Het optimaliseren van RTS,S of het combineren van dit vaccin met een transmissieblokkerend en mogelijk ook bloedstadiumantigeen zijn opties. Gecontroleerde malaria-infectiestudies (CHMI) worden in toenemende mate gebruikt om vaccinkandidaten te selecteren voor vervolgstudies in het veld. Vaccins gebaseerde op levende, verzwakte sporozoïeten induceren de meest veelbelovende bescherming tegen dergelijke gecontroleerde infecties. De effectiviteit van deze kandidaatvaccins wordt nu getest in endemische gebieden. Parasieten kunnen verzwakt worden door middel van bestraling of genetische modificatie. Klinische studies moeten uitwijzen welke methode effectiever is. Daarnaast zal de productie en toediening van dergelijke vaccins geoptimaliseerd moeten worden. Vooralsnog blijft chemoprofylaxe de enige optie


om reizigers afdoende te beschermen tegen malaria in hoogendemische gebieden. In laagendemische gebieden kunnen vaccins met een lagere effectiviteit echter al wel een bijdrage leveren aan het uitroeien van malaria. Dankwoord Ik ben dank verschuldigd aan Chris Janse, Lisette van Lieshout, Leo Visser, Hermelijn Smits en Anna Roukens voor het kritisch lezen en becommentariëren van het manuscript. Referenties 1. WHO Malaria Report 2013. Te raadplegen op: http://www.who.int/malaria/ publications/world_malaria_report_2013/en/, 28-7-2014 2. Hay SI, et al. Developing global maps of the dominant anopheles vectors of human malaria. PLoS Med 2010;7:e1000209 3. White NJ, et al. Malaria. Lancet 2014;383:723-35. 4. Malaria Atlas Project. Te raadplegen op: http://www.map.ox.ac.uk, 28-7-2014 5. Naidoo I, et al. Following the path of most resistance: dhps K540E dispersal in African Plasmodium falciparum. Trends Parasitol 2010;26:447-56. 6. Dondorp AM, et al. Artemisinin resistance in Plasmodium falciparum malaria. N Engl J Med 2009;361:455-467. 7. Douglas NM, et al. Artemisinin combination therapy for vivax malaria. Lancet Infect Dis 2010;10:405-16. 8. Worldwide Antimalarial Resistance Network. Te raadplegen op± http://www. wwarn.org, 28-7-2014 9. Van den Berg H. Global status of DDT and its alternatives for use in vector control to prevent disease. Environ Health Perspect 2009;117:1656-63. 10. Malaria Vaccine Technology Roadmap. Te raadplegen op: http://www.who. int/immunization/topics/malaria/vaccine_roadmap/en/, 11-12-2013 11. Doolan DL, et al. Acquired immunity to malaria. Clin Microbiol Rev 2009;22:13-36. 12. Bousema T, et al. Asymptomatic malaria infections: detectability, transmissibility and public health relevance. Nat Rev Microbiol 2014;12:833-40.

vol 10 - nr. 5 - 2015

141

Overzichtsartikelen 13. Struik SS, et al. Does malaria suffer from lack of memory? Immunol Rev

Plasmodium falciparum. Nature 2002;419:498-511.

2004;201:268-90.

35. Malaria Vaccine Rainbow Table. Te raadplegen op: http://www.who.int/

14. Coban C, Ishii KJ, Horii T, et al. Manipulation of host innate immune responses

immunization/topics/malaria/vaccine_roadmap/en/, 24-7-2014

by the malaria parasite. Trends Microbiol 2007;15:271-8.

36. Arama C, et al. The path of malaria vaccine development: challenges and

15. Teirlinck AC, et al. Longevity and composition of cellular immune responses

perspectives. J Intern Med 2014;275:456-66.

following experimental Plasmodium falciparum malaria infection in humans.

37. Covell G, et al. Clinical, chemotherapeutic and immunological studies on

PLoS Pathog 2011;7:e1002389.

induced malaria. Br Med Bull 1951;8:51-5.

16. Inoue S, et al. Roles of IFN-gamma and gammadelta T Cells in Protective

38. Ponnudurai T, et al. Infectivity of cultured Plasmodium falciparum gametocytes

Immunity Against Blood-Stage Malaria. Front Immunol 2013;4:258.

to mosquitoes. Parasitology 1989;98 Pt 2:165-73.

17. Cohen S, et al. Gamma-globulin and acquired immunity to human malaria.

39. Sauerwein RW, et al. Experimental human challenge infections can accele-

Nature 1961;192:733-7.

rate clinical malaria vaccine development. Nat Rev Immunol 2011;11:57-64.

18. Yilmaz B, et al. Gut Microbiota Elicits a Protective Immune Response against

40. Shekalaghe S, et al. Controlled Human Malaria Infection of Tanzanians by

Malaria Transmission. Cell 2014;159:1277-89.

Intradermal Injection of Aseptic, Purified, Cryopreserved Plasmodium falciparum

19. Yazdani SS, et al. Immune responses to asexual blood-stages of malaria

Sporozoites. Am J Trop Med Hyg 2014;91:471-80.

parasites. Curr Mol Med 2006;6:187-203.

41. Kester KE, et al. Efficacy of recombinant circumsporozoite protein vaccine

20. Bouharoun-Tayoun H, et al. Antibodies that protect humans against Plasmo-

regimens against experimental Plasmodium falciparum malaria. J Infect Dis

dium falciparum blood stages do not on their own inhibit parasite growth and inva-

2001;183:640-7.

sion in vitro, but act in cooperation with monocytes. J Exp Med 1990;172:1633-41.

42. RTS,S Clinical Trials Partnership. Efficacy and Safety of the RTS,S/AS01

21. Osier FH, et al. Breadth and magnitude of antibody responses to multiple

Malaria Vaccine during 18 Months after Vaccination: A Phase 3 Randomized,

Plasmodium falciparum merozoite antigens are associated with protection from

Controlled Trial in Children and Young Infants at 11 African Sites. PLoS Med

clinical malaria. Infect Immun 2008;76:2240-8.

2014;11:e1001685.

22. Scholzen A, et al. How malaria modulates memory: activation and dysregu-

43. Cummings JF, Spring MD, Schwenk RJ, et al. Recombinant Liver Stage

lation of B cells in Plasmodium infection. Trends Parasitol 2013;29:252-62.

Antigen-1 (LSA-1) formulated with AS01 or AS02 is safe, elicits high titer anti-

23. Stevenson MM, et al. Regulating the adaptive immune response to blood-

body and induces IFN-gamma/IL-2 CD4+ T cells but does not protect against

stage malaria: role of dendritic cells and CD4(+)Foxp3(+) regulatory T cells. Int

experimental Plasmodium falciparum infection. Vaccine 2010;28:5135-44.

J Biol Sci 2011;7:1311-22.

44. Genton B, et al. Randomized double-blind controlled Phase I/IIa trial to

24. Good MF, et al. Development and regulation of cell-mediated immune

assess the efficacy of malaria vaccine PfCS102 to protect against challenge

responses to the blood stages of malaria: implications for vaccine research.

with P. falciparum. Vaccine 2010;28:6573-80.

Annu Rev Immunol 2005;23:69-99.

45. Arevalo-Herrera M, et al. Plasmodium vivax Sporozoite Challenge in Malaria-

25. Wykes MN, et al. Malaria drives T cells to exhaustion. Front Microbiol

Naive and Semi-Immune Colombian Volunteers. PLoS One 2014;9:e99754.

2014;5:249.

46. Nussenzweig RS, et al. Protective immunity produced by the injection of

26. Roestenberg M, et al. Protection against a malaria challenge by sporozoite

x-irradiated sporozoites of plasmodium berghei. Nature 1967;216:160-2.

inoculation. N Engl J Med 2009;361:468-77.

47. Campo JJ, et al. Duration of vaccine efficacy against malaria: 5th year of

27. Felgner PL, et al. Pre-erythrocytic antibody profiles induced by controlled

follow-up in children vaccinated with RTS,S/AS02 in Mozambique. Vaccine

human malaria infections in healthy volunteers under chloroquine prophylaxis.

2014;32:2209-16.

Sci Rep 2013;3:3549.

48. Bergmann-Leitner ES, et al. Immunization with pre-erythrocytic antigen

28. McCall MB, et al. Interferon-gamma--central mediator of protective immune

CelTOS from Plasmodium falciparum elicits cross-species protection against

responses against the pre-erythrocytic and blood stage of malaria. J Leukoc

heterologous challenge with Plasmodium berghei. PLoS One 2010;5:e12294.

Biol 2010;88:1131-43.

49. Bakshi S, et al. Malaria Vectored Vaccines Consortium (MVVC). Hum Vaccin

29. Stanisic DI, et al. Escaping the immune system: How the malaria parasite

2010;6:433-4.

makes vaccine development a challenge. Trends Parasitol 2013;29:612-22.

50. Roestenberg M, et al. Long-term protection against malaria after experimental

30. Depinay N, et al. Mast cell-dependent down-regulation of antigen-specific

sporozoite inoculation: an open-label follow-up study. Lancet 2011;377:1770-6.

immune responses by mosquito bites. J Immunol 2006;176:4141-6.

51. Epstein JE, et al. Live attenuated malaria vaccine designed to protect

31. Da Silva HB, et al. Early skin immunological disturbance after Plasmodium-

through hepatic CD8(+) T cell immunity. Science 2011;334:475-80.

infected mosquito bites. Cell Immunol 2012;277:22-32.

52. Seder RA, et al. Protection against malaria by intravenous immunization with

32. Wykes MN, et al. Rodent blood-stage Plasmodium survive in dendritic cells

a nonreplicating sporozoite vaccine. Science 2013;341:1359-65.

that infect naive mice. Proc Natl Acad Sci U S A 2011;108:11205-10.

53. Butler NS, et al. Superior antimalarial immunity after vaccination with late liver

33. Minigo G, et al. Parasite-dependent expansion of TNF receptor II-positive

stage-arresting genetically attenuated parasites. Cell Host Microbe 2011;9:451-62.

regulatory T cells with enhanced suppressive activity in adults with severe

54. Van Schaijk BC, et al. A genetically attenuated malaria vaccine candidate

malaria. PLoS Pathog 2009;5:e1000402.

based on gene-deficient sporozoites. Elife 2014;3:10.7554/eLife.03582.

34. Gardner MJ, et al. Genome sequence of the human malaria parasite

55. Mikolajczak SA, et al. A next-generation genetically attenuated Plasmodium

142


vol 10 - nr. 5 - 2015

falciparum parasite created by triple gene deletion. Mol Ther 2014;22:1707-15. 56. Pombo DJ, et al. Immunity to malaria after administration of ultra-low doses of red cells infected with Plasmodium falciparum. Lancet 2002;360:610-7. 57. Pinzon-Charry A, et al. Low doses of killed parasite in CpG elicit vigorous CD4+ T cell responses against blood-stage malaria in mice. J Clin Invest 2010;120:2967-78. 58. Bustamante LY, et al. A full-length recombinant Plasmodium falciparum PfRH5 protein induces inhibitory antibodies that are effective across common PfRH5 genetic variants. Vaccine 2013;31:373-9. 59. Sagara I, et al. A randomized and controlled Phase 1 study of the safety and immunogenicity of the AMA1-C1/Alhydrogel + CPG 7909 vaccine for Plasmodium falciparum malaria in semi-immune Malian adults. Vaccine 2009;27:7292-8. 60. Hill AV, et al. Prime-boost vectored malaria vaccines: progress and prospects. Hum Vaccin 2010;6:78-83. 61. Faber BW, et al. Diversity covering AMA1-MSP119 fusion proteins as malaria vaccines. Infect Immun 2013;81:1479-90. 62. Malkin E, et al. A phase 1 trial of PfCP2.9: an AMA1/MSP1 chimeric recombinant protein vaccine for Plasmodium falciparum malaria. Vaccine 2008;26:6864-6873. 63. Dinglasan RR, Jacobs-Lorena M. Flipping the paradigm on malaria transmission-blocking vaccines. Trends Parasitol 2008;24:364-70. 64. Dinglasan RR, Armistead JS, Nyland JF, et al. Single-dose microparticle delivery of a malaria transmission-blocking vaccine elicits a long-lasting functional antibody response. Curr Mol Med 2013;13:479-87. 65. Churcher TS, Blagborough AM, Delves M, et al. Measuring the blockade of malaria transmission--an analysis of the Standard Membrane Feeding Assay. Int J Parasitol 2012;42:1037-44.


vol 10 - nr. 5 - 2015

14 3

De ontwikkeling van malariavaccins

Recommend Documents