Vaccino a DNA

I vaccini a DNA sono vaccini che usano, al posto di una componente proteica di un patogeno (antigene), solo alcune parti del genoma del patogeno: parti che codificano, sotto forma di DNA, l'informazione genetica per la sintesi del rispettivo antigene.^[1]

Questo tipo di vaccinazione è anche chiamata vaccinazione a DNA.^[2]

Per l'uomo non ci sono ancora vaccini a DNA approvati in nessuna parte del mondo.^[1]

Storia

I vaccini a DNA sono i cosiddetti vaccini di "terza generazione": «Per oltre cento anni la vaccinazione è stata influenzata da uno dei due approcci: o l'introduzione di antigeni specifici contro i quali il sistema immunitario reagisce direttamente, o l'introduzione di agenti infettivi vivi attenuati che si replicano all'interno dell'ospite senza causare malattie [e che possono] sintetizzare gli antigeni che successivamente innescano il sistema immunitario. Recentemente, è stato sviluppato un approccio radicalmente nuovo alla vaccinazione».^[3]

I vaccini a DNA contengono DNA che codifica per proteine specifiche (antigeni) da un agente patogeno. Il DNA viene iniettato nel corpo e assorbito dalle cellule, i cui normali processi metabolici sintetizzano le proteine in base al codice genetico nel plasmide che hanno assorbito. Poiché queste proteine contengono regioni di sequenze di amminoacidi che sono caratteristiche di batteri o virus, vengono riconosciute come estranee e quando vengono elaborate dalle cellule ospiti e visualizzate sulla loro superficie, il sistema immunitario viene allertato, che quindi innesca le risposte immunitarie.^[4]^[5] In alternativa, il DNA può essere incapsulato in proteine per facilitare l'ingresso nelle cellule. Se questa proteina del capside è inclusa nel DNA, il vaccino risultante può combinare la potenza di un vaccino vivo senza rischi di reversione.

Nel 1983, Enzo Paoletti e Dennis Panicali del Dipartimento della Salute di New York hanno ideato una strategia per produrre vaccini a DNA ricombinante utilizzando l'ingegneria genetica per trasformare il normale vaccino contro il vaiolo in vaccini che potrebbero essere in grado di prevenire altre malattie.^[6] Hanno alterato il DNA del virus del vaiolo bovino inserendo un gene da altri virus (come i virus Herpes simplex, dell'epatite B e dell'influenza).^[7]^[8]

Nel 1993, Jeffrey Ulmer e collaboratori presso i laboratori di ricerca Merckha dimostrato che l'iniezione diretta di topi con DNA plasmidico codificante per un antigene influenzale, proteggeva gli animali dalla successiva infezione sperimentale con virus influenzale.^[9]

Nel 2016 un vaccino a DNA per il virus Zika è stato testato sugli esseri umani presso i National Institutes of Health. Lo studio era previsto coinvolgere fino a 120 soggetti di età compresa tra i 18 e i 35 anni. Separatamente, Inovio Pharmaceuticals e GeneOne Life Science hanno avviato a Miami i test con un diverso vaccino a DNA contro Zika. Il vaccino dei NIH viene iniettato nella parte superiore del braccio ad alta pressione.

Sono in corso studi clinici per vaccini a DNA per prevenire l'HIV.^[10]

Il vaccino a DNA e le tecniche di terapia genica (in inglese Gene Therapy) sono simili.

Vantaggi

Nessun rischio di infezione^[5]
Presenta antigene sia da molecole MHC di classe I che di classe II^[5]
Polarizza la risposta delle cellule T verso il tipo 1 o il tipo 2^[5]
Risposta immunitaria concentrata sull'antigene di interesse
Facilità di sviluppo e produzione^[5]
Stabilità per lo stoccaggio e la spedizione
Costi di produzione ridotti
Elimina la necessità di sintesi peptidica, espressione e purificazione di proteine ricombinanti e uso di coadiuvanti^[11]
Persistenza a lungo termine dell'immunogenicità^[4]
Lo sviluppo in vivo assicura che la proteina assomigli più strettamente alla normale struttura eucariotica, con le modifiche post-traduzionali collegate^[4]

Svantaggi

Limitato agli immunogeni proteici (non utile per antigeni non proteici come i polisaccaridi batterici)
Potenziale di elaborazione atipica di proteine batteriche e parassitarie^[5]
Potenziale quando si utilizza la somministrazione spray nasale di nanoparticelle di DNA plasmidico per trasfettare cellule non bersaglio, come le cellule cerebrali^[12]

Vettori

Tabella 2. Metodi di somministrazione dei plasmidi di DNA
Metodo di somministrazione		Formulazione di DNA	Tessuti target	DNA richiesto
Parenterale	Iniezione (ago ipodermico)	Soluzione salina acquosa	IM (muscolo scheletrico); ID; (IV, sottocutanea e intraperitoneale con successo variabile)	Grandi quantità (circa 100-200 μg)
	Pistola genetica	Perline d'oro rivestite di DNA	ED (pelle addominale); mucosa vaginale; muscoli esposti chirurgicamente e altri organi	Piccole quantità (fino a 16 ng)
	Iniezione pneumatica (getto)	Soluzione acquosa	ED	Molto alto (fino a 300 μg)
Applicazione topica		Soluzione acquosa	Oculare; intravaginale	Piccole quantità (fino a 100 μg)
Mediato dalla citofectina		Liposoma (cationico); microsfere; vettori di adenovirus ricombinanti; vettore di Shigella attenuato; formulazioni di lipidi cationici aerosolizzati	IM; IV (per trasfettare i tessuti in modo sistemico); intraperitoneale; immunizzazione orale alla mucosa intestinale; membrane mucose nasali/polmonari	variabile

Metodi di somministrazione

Tabella 3. Vantaggi e svantaggi dei metodi di somministrazione del vaccino a DNA
Metodo di somministrazione	Metodo di spedizione	Svantaggio
Iniezione intramuscolare o intradermica	Nessun meccanismo di consegna speciale Espressione permanente o semipermanente Il pDNA si diffonde rapidamente in tutto il corpo	Sito inefficiente per l'assorbimento a causa della morfologia del tessuto muscolare Quantità relativamente elevate di DNA utilizzate La risposta Th1 potrebbe non essere la risposta richiesta
Pistola genetica	DNA bombardato direttamente nelle cellule Piccole quantità di DNA	La risposta Th2 potrebbe non essere la risposta richiesta Richiede particelle inerti come veicolo
Iniezione a getto	Non sono necessarie particelle Il DNA può essere consegnato alle cellule da mm a cm sotto la superficie della pelle	Notevole taglio del DNA dopo l'espulsione ad alta pressione Espressione 10 volte inferiore e risposta immunitaria inferiore Richiede grandi quantità di DNA (fino a 300 µg)
Consegna mediata da liposomi	Possono essere generati alti livelli di risposta immunitaria Può aumentare la trasfezione del pDNA somministrato per via endovenosa I complessi liposomi-DNA somministrati per via endovenosa possono potenzialmente trasfettare tutti i tessuti I complessi liposoma-DNA somministrati per via intranasale possono provocare l'espressione nella mucosa distale e nella muscosa nasale e la generazione di anticorpi IgA	Tossicità Inefficacia nel siero Rischio di malattia o reazioni immunitarie

Note

^ ^a ^b (DE) Neuer WHO-Leitfaden zu modernen DNA-Impfstoffen., su pei.de, 9 luglio 2020. URL consultato il 19 gennaio 2021.
^ Barbara Bröker, Christine Schütt, Bernhard Fleischer, Grundwissen Immunologie, Springer-Verlag, 2019, p. 252, ISBN 978-3-662-58330-2.
^ (AF) DNA, su WHO. URL consultato il 17 marzo 2021.
^ ^a ^b ^c Jason B. Alarcon, Gary W. Waine e Donald P. McManus, DNA Vaccines: Technology and Application as Anti-parasite and Anti-microbial Agents, in Advances in Parasitology, Advances in parasitology, vol. 42, Elsevier, 1999, pp. 343-410, DOI:10.1016/s0065-308x(08)60152-9, ISBN 978-0-12-031742-4, ISSN 0065-308X (WC · ACNP), PMID 10050276.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Harriet L Robinson e Tamera M Pertmer, DNA vaccines for viral infections: Basic studies and applications, in Advances in Virus Research, Advances in virus research, vol. 55, Elsevier, 2000, pp. 1-74, DOI:10.1016/s0065-3527(00)55001-5, ISBN 978-0-12-039855-3, ISSN 0065-3527 (WC · ACNP), PMID 11050940.
^ Les O. White, Ellen Gibb, Helen C. Newham, Malcolm D. Richardson e Richard C. Warren, Comparison of the growth of virulent and attenuated strains of Candida albicans in the kidneys of normal and cortisone-treated mice by Chitin assay, in Mycopathologia, vol. 67, n. 3, Springer Science and Business Media LLC, 16 luglio 1979, pp. 173-177, DOI:10.1007/bf00470753, ISSN 0301-486X (WC · ACNP), PMID 384256.
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^ M. Sedegah, R. Hedstrom, P. Hobart e S. L. Hoffman, Protection against malaria by immunization with plasmid DNA encoding circumsporozoite protein., in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 91, n. 21, Proceedings of the National Academy of Sciences, 11 ottobre 1994, pp. 9866-9870, DOI:10.1073/pnas.91.21.9866, ISSN 0027-8424 (WC · ACNP), PMC 44918, PMID 7937907.
^ B T Harmon, A E Aly, L Padegimas, O Sesenoglu-Laird, M J Cooper e B L Waszczak, Intranasal administration of plasmid DNA nanoparticles yields successful transfection and expression of a reporter protein in rat brain, in Gene therapy, vol. 21, n. 5, Springer Science and Business Media LLC, 27 marzo 2014, pp. 514-521, DOI:10.1038/gt.2014.28, ISSN 0969-7128 (WC · ACNP), PMID 24670994.

Bibliografia

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US Patent 4722848 - Method for immunizing animals with synthetically modified vaccinia virus.

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Collegamenti esterni

Che cosa è un vaccino del DNA?, su News-Medical.net, 25 settembre 2020. URL consultato il 17 marzo 2021 (archiviato dall'url originale l'8 aprile 2021).
Vaccini genetici (DNA, RNA), su INFOVAC, 12 settembre 2020. URL consultato il 17 marzo 2021.

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[Neuer_WHO-Leitfaden_zu_modernen_DNA-Impfstoffen-1] (DE) Neuer WHO-Leitfaden zu modernen DNA-Impfstoffen., su pei.de, 9 luglio 2020. URL consultato il 19 gennaio 2021.

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[7] Paoletti E, Lipinskas BR, Samsonoff C, Mercer S, Panicali D, Construction of live vaccines using genetically engineered poxviruses: biological activity of vaccinia virus recombinants expressing the hepatitis B virus surface antigen and the herpes simplex virus glycoprotein D, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 81, n. 1, gennaio 1984, pp. 193-7, Bibcode:1984PNAS...81..193P, DOI:10.1073/pnas.81.1.193, PMC 344637, PMID 6320164.

[8] US Patent 4722848 - Method for immunizing animals with synthetically modified vaccinia virus

[9] (EN) J. B. Ulmer, J. J. Donnelly, S. E. Parker, G. H. Rhodes, P. L. Felgner, V. J. Dwarki, S. H. Gromkowski, R. R. Deck, C. M. DeWitt, A. Friedman e Al Et, Heterologous protection against influenza by injection of DNA encoding a viral protein, in Science, vol. 259, n. 5102, 19 marzo 1993, pp. 1745-1749, Bibcode:1993Sci...259.1745U, DOI:10.1126/science.8456302, ISSN 0036-8075 (WC · ACNP), PMID 8456302.

[10] Chen Y, Wang S, Lu S, DNA Immunization for HIV Vaccine Development, in Vaccines, vol. 2, n. 1, febbraio 2014, pp. 138-59, DOI:10.3390/vaccines2010138, PMC 4494200, PMID 26344472.

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