Sin dall’inizio di questa pandemia, molti di noi si sono chiesti quando avremo un vaccino contro il virus SARS-CoV2. Lo sviluppo di un vaccino nuovo, sicuro ed efficiente, segue un percorso definito e rigoroso prima di essere approvato per l’uso nella popolazione. Il processo è essenzialmente lo stesso che porta alla scoperta di un nuovo farmaco.
In breve, lo sviluppo di un nuovo vaccino inizia con una fase di “scoperta” (discovery phase), in cui viene studiata la biologia del patogeno e viene disegnato il vaccino. I vaccini possono essere “proteici”, ovvero una proteina sintetica di un patogeno è introdotta nel corpo umano al fine di istruire il sistema immunitario per reagire contro future infezione; a DNA o RNA, in cui il sistema immunitario è istruito tramite l’iniezione di DNA/RNA patogeno che sarà usato dalla cellula per produrre la proteina; sfruttando un patogeno inattivato che, sebbene incapace di iniziare l’infezione, sarà in grado di istruire il sistema immunitario contro infezioni future.
La discovery phase è seguita da una fase pre-clinica, in cui sicurezza ed efficacia (capacità di indurre risposta immunitaria) vengono testate in sistemi in vitro (colture cellulari e tissutali) e in sistemi animali: in poche parole, la fase pre-clinica verifica se il nuovo vaccino funziona.
Se i risultati dei test pre-clinici sono promettenti, lo studio viene approvato per la sperimentazione clinica.
La fase I della sperimentazione clinica include pochi soggetti ed è volta a testare nell’essere umano la sicurezza del vaccino, l’efficacia –ovvero l’abilita e il grado di risposta immunitaria indotta (immunogenicità)–, la dose ottimale e il metodo di somministrazione.
Se i risultati della fase I sono incoraggianti, il vaccino entra nella fase II. L’obiettivo della fase II è quello di approfondire ulteriormente le conoscenze riguardo a sicurezza e immunogenicità; viene coinvolto un maggior numero di soggetti, sono incluse categorie ad altro rischio di sviluppare la malattia.
I vaccini che attraversano con successo la fase II entrano nella fase III. La fase III coinvolge migliaia di persone ed è principalmente volta ad identificare potenziali effetti collaterali rari (che potrebbero non essere rilevabili in gruppi meno numerosi). Viene valutata anche l’efficacia, ovvero se il vaccino è effettivamente in grado di prevenire la malattia.
Generalmente nella sperimentazione sull’uomo le persone vaccinate vivono la loro vita normalmente, esponendosi al patogeno. Tuttavia, alcuni studi possono procedere attraverso il cosiddetto “challenge model” in cui, dopo la vaccinazione, ai volontari viene iniettato il patogeno –magari una forma attenuata– per testare se sono protetti1. Dopo essere stati approvati, i vaccini sono prodotti su larga scala e somministrati alla popolazione. Alcuni studi possono includere una fase IV, dopo l’approvazione, al fine di continuare a valutare sicurezza, efficacia e potenziali altri usi del vaccino2.
Numerosi vaccini sono al momento in studio contro la covid-19, molti dei quali già nelle fasi avanzate di sperimentazione clinica. Tra questi possiamo menzionare Ad5-nCoV, sviluppato dall’istituto di Biotecnologie di Pechino (Cina) e CanSino Biologics, e il ChAdOx1 nCoV-19 (AZD1222), sviluppato dall’università di Oxford e Astra Zeneca, che coinvolge anche l’Irbm di Pomezia, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica The Lancet; il mRNA-1273, sviluppato dal National Institute of Allergy and Infectious Diseases e Moderna; il BNT162, sviluppato da BioNTech RNA Pharmaceuticals e Pfizer.
Il ChAdOx1 nCoV-19 (AZD1222)3 è un vaccino a DNA (che usa l’adenovirus di scimpanzé come vettore) che esprime la proteina spike di SARS-CoV2. Studi pre-clinici avevano dimostrato l’abilità di questo vaccino di indure immunogenicità nei topi e di conferire protezione –con carica virale significativamente più bassa e assenza di polmonite rispetto ai controlli– nei confronti di infezioni delle vie respiratorie inferiori in primati non umani in seguito all’iniezione di alte dosi di SARS-CoV2 (i risultati di questo studio sono stati pubblicati su bioRxiv.org4).
Lo studio ha coinvolto 1077 adulti sani (età mediana dei partecipanti era 35 anni, 50% maschi) nel Regno Unito. Il vaccino è stato somministrato come singola iniezione intramuscolare. I risultati sono incoraggianti, a favore di una ulteriore sperimentazione clinica: i) sicurezza: sono state osservate reazioni avverse da lievi a moderate nel 67% dei partecipanti, in parte limitate con la somministrazione di paracetamolo. Non sono stati osservati effetti avversi seri, dimostrando nel complesso la sicurezza del vaccino. ii) è stata confermata anche l’immunogenicità del vaccino: sono stati rilevati (tramite saggio ELISA) anticorpi contro la proteina Spike a partire dal giorno 28 fino almeno al giorno 56. Alcuni partecipanti hanno ricevuto una seconda iniezione per potenziare l’immunogenicità. Dopo la seconda iniezione, il siero di tutti i soggetti ha mostrato in vitro attività neutralizzante contro SARS-CoV2. È importante sottolineare che la vaccinazione ha aumentato in maniera marcata la risposta delle cellule T*** contro SARS-CoV2 già al giorno 7 e almeno fino al giorno 56. Tuttavia, sono necessari una fase di monitoraggio più lunga e la sperimentazione in pazienti di fasce di età diverse.
Il vaccino Ad5-nCoV5 è un vaccino a DNA (che usa l’adenovirus 5 come vettore) che esprime il gene della proteina virale Spike. Gli studi di fase II, condotti in Cina, hanno coinvolto 508 adulti sani (50% uomini), età media 39 anni, che hanno ricevuto una singola iniezione intramuscolare nel braccio. Sono state testate due diverse dosi. I risultati suggeriscono la sicurezza (soprattutto alle dosi più basse) e l’efficacia del vaccino: i) sicurezza: reazioni avverse sono state osservate entro 14 giorni dalla vaccinazione nel 70% circa dei partecipanti iniettati con entrambe le dosi. Tuttavia, effetti severi avversi sono stati osservati nel 9% dei partecipanti iniettati con la dose più alta e in un partecipante solo iniettato con la dose più bassa. In ogni caso, gli effetti avversi si sono risolti in poco tempo (non più di 48 ore) e non è stata osservata alcuna reazione avversa seria. ii) efficacia: l’iniezione del vaccino induce una significativa risposta immunitaria nella maggioranza dei partecipanti dopo una singola iniezione; infatti, sono stati rilevati –tramite test ELISA– anticorpi contro la RBD (dominio di legame al recettore, regione della proteina virale Spike) del virus. Questi anticorpi hanno mostrato, in test in vitro, attività neutralizzante contro SARS-CoV2 28 giorni dopo l’iniezione di entrambe le dosi del vaccino ed una aumentata risposta delle cellule T è stata osservata al 28esimo giorno. Tuttavia, non è noto al momento se il vaccino sia effettivamente in grado di conferire protezione nei confronti dell’infezione da SARS-CoV2; non si sa se gli anticorpi generati siano mantenuti (dato che nei pazienti con infezione lieve gli anticorpi si riducono notevolmente già un mese dopo l’infezione); l’efficacia potrebbe dipendere parzialmente da precedenti esposizioni ad adenovirus (che è il vettore del vaccino.
L’mRNA-12736 è un vaccino a RNA, che codifica per la proteina Spike di SARS-CoV2, incapsulato in nanoparticelle lipidiche. Lo studio di fase I ha reclutato 45 adulti sani, che hanno ricevuto due iniezioni. Sono state testate differenti dosi del vaccino. i) Sicurezza: eventi avversi erano più frequenti e severi a dosi più elevate e dopo la seconda vaccinazione: non è stato osservato alcun effetto avverso serio, tuttavia, il 33% dei partecipanti che hanno ricevuto la dose più bassa, il 67% di quelli che hanno ricevuto la dose “intermedia”, e il 53% di quelli che hanno ricevuto la dose più alta hanno mostrato effetti avversi da lievi a moderati, soprattutto dopo la seconda iniezione. ii) Immunogenicità: il vaccino si è dimostrato essere immunogenico, inducendo produzione di anticorpi specifici per il RBD, e con elevata attività neutralizzante contro il virus SARS-CoV2 (sembra necessaria la somministrazione di due dosi) in tutti i partecipanti. Le dosi più basse stimolavano una risposta specifica delle cellule T contro la proteina Spike. Sebbene la durata della risposta deve ancora essere valutata, così come la protezione da infezione SARS-CoV2, i dati di sicurezza e immunogenicità sono a favore di una ulteriore sperimentazione clinica.
Il BNT1627 è un vaccino a RNA che codifica il RBD della proteina virale Spike incapsulata in nanoparticelle lipidiche. Lo studio ha reclutato 45 adulti sani, che hanno ricevuto due dosi del vaccino. i) sicurezza: sono state osservate reazioni averse transienti, da lievi a moderate. ii) immunogenicità: sono stati rilevati anticorpi specifici contro RBD, con attività neutralizzante contro SARS-CoV2 in vitro, che aumentavano all’aumentare della dose somministrata e dopo la seconda iniezione. I risultati supportano una ulteriore valutazione clinica di questo vaccino.
Sebbene nessuno di questi vaccini sia stato ancora testato nel prevenire effettivamente la malattia nell’uomo, una correlazione tra la misurazione dell’attività neutralizzante e la protezione è stata dimostrata per altri virus respiratori e l’attività neutralizzante è generalmente accettata come marcatore di risposta anticorpale in vivo. Quindi, tutti e quattro i candidati sembrano promettenti. Quale di loro vincerà la corsa?
***Le infezioni inducono una risposta immunitaria “specifica”, che include la risposta immunitaria umorale (responsabile della produzione di anticorpi) e la risposta immunitaria cellulare (o cellulo-mediata). La risposta immunitaria cellulare coinvolge le cellule T. Molti nuovi vaccini sono ideati per indurre anche la risposta delle cellule T (in aggiunta alla riposta umorale) per aiutare la risposta anticorpale, per contribuire direttamente all’eliminazione del patogeno, o per attivare altre cellule del sistema immunitario (ad esempio, macrofagi e neutrofili).
Referenza. 1. Human Challenge Trials for Vaccine Development: regulatory Considerations. World Health Organization. EXPERT COMMITTEE ON BIOLOGICAL STANDARDIZATION. Geneva, 17 to 21 October 2016. 2. The Children's Vaccine Initiative: Achieving the Vision. 3. Safety and immunogenicity of the ChAdOx1 nCoV-19 vaccine against SARS-CoV-2: a preliminary report of a phase 1/2, single-blind, randomised controlled trial. Folegatti, Ewer, […]Green, Douglas, Hill, Lambe, Gilbert, Pollard, on behalf of the Oxford COVID Vaccine Trial Group. The Lancet 2020. 4. ChAdOx1 nCoV-19 vaccination prevents SARS-CoV-2 pneumonia in rhesus macaques. Neeltje van Doremalen, Teresa Lambe, […] Sarah C. Gilbert, Vincent J. Munster. bioRxiv.org 2020. 5. Immunogenicity and safety of a recombinant adenovirus type-5-vectored COVID-19 vaccine in healthy adults aged 18 years or older: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 2 trial. Feng-Cai Zhu, Xu-Hua Guan, […], Wei Chen. The Lancet 2020. 6. An mRNA Vaccine against SARS-CoV-2 — Preliminary Report. L.A. Jackson, […] J.H. Beigel, for the mRNA-1273 Study Group. The New England Journal of Medicine. 7. Phase 1/2 study of COVID-19 RNA vaccine BNT162b1 in adults. Mark J Mulligan, […], Kathrin U Jansen. Nature 2020.