Laboratório de Imunologia Aplicada Dept. de Microbiologia e Parasitologia Centro de Ciências Biológicas Vacinas contra HIV Prof. Aguinaldo R. Pinto

Laboratório de Imunologia AplicadaDept. de Microbiologia e Parasitologia

Centro de Ciências Biológicas

Vacinas contra HIV

Prof. Aguinaldo R. Pinto

20 anos após a descoberta do HIV...............

40 milhões de soropositivos

A pandemia somente será interrompida por uma vacina que seja:

Segura

Eficaz

Barata

Estável

Simples de ser administrada

Questões a serem resolvidas de ordem:

Política

Prática

Econômica

Social

Ética

• Biologia básica do HIV

Porque ainda não temos uma vacina contra HIV?

HIV não resulta em imunidade protetora

»Caxumba, rubéola, sarampo

Infecção é persistente, longa, letalidade de 98% dos infectados

SI não é capaz de eliminar o vírus

Mecanismos imunes que impeçam re-infecções não são conhecidos

Porque ainda não temos uma vacina contra HIV?

Difícil neutralização por Anticorpos

Progressiva destruição dos linfócitos T CD4

“Evolução” viral, levando ao escape

Diversidade viral

Down-regulation de MHC I

Integração pró-vírus em células CD4

Reservatórios

Challenges in the

development of an HIV vaccine

Scientific challenges:– HIV variability– Lack of Immune correlates of protection – Limitation of animal models

Logistical challenges:– Multiple clinical trials required– Research in developing countries– Ethical considerations

Financial challenges – Low investment (compared with drugs)– Future “markets”

HIV vaccine approaches

synthetic peptides (V3)

naked DNA

live-recombinant vectors(viral, bacterial)

whole-inactivated virus

live-attenuated virus

recombinant protein gp120

How vaccines are developed?

Basic researchBasic research Preclinical developmentPreclinical development Clinical trialsClinical trialsPhase I/IIPhase I/II Phase IIIPhase III

Safety,Immunogenicity

Safety,ImmunogenicityDiscoveryDiscovery

Human researchHuman researchin vitro & animal studiesin vitro & animal studiesLaboratoryLaboratory

ExplorationExploration EfficacyEfficacy

Vaccine concept Experiments in primates Human trials

123

4

5

6

Safety, immunogenicity

Likelihood of protection in humans

1: Recombinant Protein – 2: Synthetic Peptides – 3: Naked DNA 4. Live-recombinant vectors- 5: Whole inactivated virus – 6: Live attenuated virus

What are the steps in Vaccine development?

Phase I: 10-30 volunteers, 8-12 months

Phase II: 50-500 volunteers,18-24 months

Phase III: Thousands of volunteers, 3 or more years

HIV Vaccines: Current Pipeline Situation

# GMPlots made

25

Vaccine Constructs in

Concept Stage66

# EnteredPhase I

25

# EnteredPhase II

5

# EnteredPhase III

2

Progress toward AIDS vaccine since 2000

30 AIDS vaccines in small-clinical trials

Developing countries taking a lead

Demonstration that large scale AIDS vaccine trials can be conducted

What types of HIV vaccines are being tested?

Peptide epitopes (protein fragments)

Status: In phase I trials

Live attenuated HIVStatus: Non-human primates

Whole, killed HIVStatus: Not under study in primates

Naked DNAStatus: Phase I trials



Recombinant Viral ProteinsStatus: Phase II and III trials

Live bacterial vectorsStatus: Phase I trials

Live Viral VectorsStatus: Phase II trials

PseudovirionsStatus: Pre-clinical trials

Immune correlates

What type of immune response can protect against HIV infection or progression to AIDS?– Humoral immunity (neutralizing Ab)– Cell-mediated immunity (CTLs, T helper cells)– Mucosal immunity– Combination of all ?

Different vaccine concepts are explored

targeting different types of immune

response(s)

Three “waves” of HIV vaccine paradigms and clinical trials

First “wave” (1987 - mid 1990s):– Induction of neutralizing antibodies– Envelope antigens

Second “wave” (mid 1990s - early 2000s)– Induction of cell-mediated immunity (CD 8 CTL)– Live vectors, DNA vaccines– Prime-boost combinations (pox-vectors + gp120)

Third “wave” (now)– Better/broader immune responses– Novel immunogens and combinations

Vacinas contra HIV

Anticorpos neutralizantes

Linfócitos T CD8+ específicos

Diversidade genética

What Does an HIV Vaccine Need to Do?

• Bind up free virions in infected secretions

NeutralizationBinding Antibodies

Anticorpos neutralizantes - AcN

Glicoproteínas de superfície do HIV são resistentes à ligação de Ac neutralizantes:– Extensa glicosilação impede ligação de anticorpos;– Quando aparecem AcN eficazes, ocorre uma rápida

seleção de vírus resistentes a essa neutralização;– alças hipervariáveis mascaram os epítopos

importantes do envelope viral. Ex: CCR5


Anticorpos monoclonais neutralizantes

2 clones principais: b12 e 2G12

Uso profilático (SHIV)

Administração tópica em cremes vaginais

Dificuldades

Grande quantidades

Várias doses

Muito caro


AIDSVAX B/B e B/E

gp 120 recombinante

Tailândia e EUA – 7.500 voluntários

Não induziu anticorpos neutralizantes

Vacinas contra HIV




What Does an HIV Vaccine Need to Do?

• Produce T cell memory to eliminate HIV infected cells

Kill

HIV Infected Cell

CTL CTL

Apoptotic Death


Induzir linfócitos T CD8 específicos que controlem a replicação viral:

– Destruição de células infectadas– Secrecção de citocinas (INF-, TNF-α)– Secrecção de quimiocinas (RANTES, MIP 1-α,

MIP 1β) – bloqueio dos co-receptores


Good points:Indivíduos HIV-positivos progressores lentos apresentam

altos níveis de células T CD8+

Estudos em primatas com SIV, mostram que a depleção de CD8+ faz com eles evoluam rapidamente para AIDS

Grupo de prostitutas em Nairóbi recorrentemente expostas e HIV negativas


Bad points:

Células T CD8+ reconhecem células infectadas apenas após infecção.

Vacinas que estimulam principalmente células T não devem induzir imunidade esterilizante.

Viral load set point

• Controle da replicação viral após infecção

• Diminuir disseminação viral

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0 5 10 15 20

No Vaccine

Vaccine reduces viremia to 1,000 copies/mL

Mathematical Model of Impact of a Vaccine That Reduced Viral Load Over Time

(Ira Longini, Emory University)

Pre

vale

nc

e o

f H

IV in

Po

pu

lati

on

Years

Porque indivíduos com células T CD8 específicas evoluem para AIDS?

– HIV desenvolve mecanismos de escape– NEF diminui a expressão de moléculas de MHC– Depleção de células CD4 impede o auxílio que

estas células fornecem às células T CD8

Porque uma vacinas baseada em Linfócitos T CD8+ funcionaria?

Os linfócitos T CD8 específicos estarão presentes desde o início da infecção e portanto serão mais

eficazes do que aqueles estimulados pela infecção natural, uma vez que terão todo o suporte das células

T CD4.

Vacinas contra HIV



• Diversidade genética


Transcriptase reversa não tem capacidade de corrigir erros– 1 nucleotídeo errado a cada 10.000

–Muitas dessas mutações são deletérias ao vírus

Diversidade em termos de amino-ácido– 15 % gag e 30 % env– Influenza > 2% requer nova vacina

High genetic diversity of HIV-1 is perceived as a major obstacle for the development of

globally effective HIV vaccines

The genetic diversity of HIV-1 strains can vary significantly. For example, in the env gene it can range :

In a single individual: up to 8-10 %

Between different individuals in the same population: up to 20%

Between populations in diverse geographical locations: up to 35 %


n= 23

n= 193

Ensaios clínicos

Primeira Fase I – início em 1987 »5 anos após isolamento do HIV

Primeira Fase III (gp 120 recombinante)– AIDSVAX B/B – EUA – 5009 indivíduos, a

maioria homosexuais– AIDSVAX B/E – Tailândia – 2546 indivíduos

usuários de droga injetáveis

NÃO INDUZIU PROTEÇÃO!!!!

Examples of Products in Development

Adeno-associated virus (A,C)

Adenovirus (B)

Canarypox (A)

DNA (A, B, C)

Fowlpox (B)

MVA (A, B)

Salmonella-DNA (A, B)

VEE replicon (C)

Where are these vaccines being tested?

What are the animal models for HIV vaccines?

MacaquesChimpanzees

Animal models

Three major animal models:SIV in monkeysSHIV in monkeys

Different candidate vaccines induce different types of protection in different animals:

gp120 protects chimps but not macaquesprotection in macaques is usually

“incomplete” (no sterilizing immunity, only decreasing virus loads)

No clear immunological correlate of protectionRelevance of these animal models in terms of

human protection is not clear and they needto be validated

Surrogate Challenge Model

VVgag Inject ip

5 days

Homogenize,Freeze Thaw

Gag-specificCD8+ T cells

Vacinas

Problemas éticos

Interesses– Pesquisador– Indústria farmacêutica– Governo– Comunidade

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Perguntas?

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