1

Piano Regionale delle Vaccinazioni

Profilassi vaccinale come scelta consapevole e gestione degli eventi avversi

Sede e Data

2

Caratteristiche della risposta immunitaria ai vaccini

Relatore e Qualifica

3

UOMO

Immunitàadattiva

Immunitàinnata

Cute, mucose,secrezioni

•Rapida•Scarsa specificità•Presente alla nascita•Non si modifica con l’età•Recettori immunità innata •Cellule: macrofagi, polimorfonucleati, natural killer

•Non rapida•Molto specifica•Memoria•Può sbagliare-immunopatologia•Cellule: linfociti•Risposta umorale•Risposta cellulare

Germi patogeni

Ambiente esterno

SISTEMA IMMUNITARIO

4

BARRIERE DI PROTEZIONE ESTERNE

prima linea di difesa dell'immunità innata

5

Innate ImmunityInnate ImmunityInnate immunity is responsible for the earliest response by the Innate immunity is responsible for the earliest response by the

body to potential infection.body to potential infection.Innate immunity precedes adaptive immunity.Innate immunity precedes adaptive immunity.

6

Il sistema immunitario protegge l'ospite dai microrganismi patogeni

FASI

Riconoscimento

Attivazione

Eradicazione

7

Importanti caratteristiche del Sistema Immunitario

• Specificità• Memoria• Tolleranza• Rigetto

8

FATTORI CHE INFLUENZANO IL TIPO DI RISPOSTA

Nell’infezione naturale, il tipo di microrganismo, la sua via di entrata nell’ospite e la sede di concentrazione

prevalente determinano il tipo di risposta immunitaria, che sarà la più idonea alla sua neutralizzazione ed

eliminazione:l’immunità umorale esercita un ruolo fondamentale nella

neutralizzazione dei virus e delle tossine batteriche e nel prevenire l’adesione di microrganismi extracellulari ai

recettori sulle cellule ospitil’immunità cellulare è necessaria per eliminare i patogeni

intracellularil’immunità mista cellulare e umorale mucosale per

prevenire l’adesione e la penetrazione di nuovi microrganismi

9

PatogenoPatogeno Risposta Risposta immunologicaimmunologica

GuarigioneGuarigioneee

protezioneprotezione

malattiamalattia

tossinatossina

VaccinoVaccino Risposta immunologicaRisposta immunologica ProtezioneProtezione

InfezioneInfezione

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FATTORI CHE INFLUENZANO IL TIPO DI RISPOSTA E L’EFFICACIA VACCINALE

Nell’infezione naturale, il tipo di microrganismo, la sua via di entrata nell’ospite e la sede di concentrazione prevalente determinano il tipo di risposta immunitaria, che sarà la più

idonea alla sua eliminazione.

Anche per i vaccini il tipo di formulazione e la via di somministrazione influenzano il tipo di risposta e l’efficacia

La risposta umorale esercita un ruolo fondamentale nella neutralizzazione dei virus e delle tossine batteriche e nel

prevenire l’adesione di microrganismi extracellulari ai recettori sulle cellule ospiti, mentre l’immunità cellulare è necessaria

per eliminare i patogeni intracellulari

11

I vaccini interi, (attenuati o inattivati),specie se somministrati per le vie naturali dell’infezione,

soddisfa generalmente tutti i requisiti necessari

Gli antigeni solubili non raggiungono le celluleimmunocompetenti specifiche o

non promuovono risposte efficaci

12

Antigene: sostanza in grado di indurre la risposta immunitaria

Vaccino: antigene, carrier, adiuvante

Adiuvante: sostanza aggiunta al vaccino per aumentarne l’immunogenicità,

attraverso il prolungamento dell’effetto stimolante

Carrier: sostanza con funzione di trasporto

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REQUISITI FONDAMENTALI PER L’EFFICACIA DI UN VACCINO

-SPECIFICITA’: si devono individuare determinanti antigenici specifici

- PROTEZIONE: i determinanti antigenici devono indurre immunità protettiva

- IMMUNOGENICITA’: la formulazione deve indurre il sistema immunitario a montare una risposta effettrice, nella sede idonea

- INDUZIONE DI MEMORIA IMMUNOLOGICA: la risposta immunitaria deve portare alla costituzione di memoria immunologica di lunga durata, anche in ambiente “antigen-free”

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CELLULE COINVOLTE NELLA RISPOSTA IMMUNOLOGICA

Monociti/MacrofagiCellule dendritiche

Linfociti natural killer

Linfociti BLinfociti T effettori (citotossici)

Linfociti T regolatori (amplificatori e soppressori)

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Macrofagi Macrofagi Cellule Cellule dendritichedendritiche

MonocitiMonociti

APC (cellule presentanti lAPC (cellule presentanti l’’antigene)antigene)

Linfocita B CD19+Linfocita B CD19+

Linfocita T CD3+Linfocita T CD3+--helperhelper CD4+CD4+

--citotossicocitotossico CD8+CD8+

--regolatorioregolatorio(CD4+,CD8+)(CD4+,CD8+)

Linfocita NK CD56+Linfocita NK CD56+--NK CD3NK CD3--

--NKT CD3+NKT CD3+

16

Macrofagi Macrofagi Cellule Cellule dendritichedendritiche

MonocitiMonociti

APC (cellule presentanti lAPC (cellule presentanti l’’antigene)antigene)

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I recettori dell’immunità innataToll-like receptors

• Sono presenti sulla superficie delle cellule• Riconoscono “patterns” molecolari

altamente conservati (PAMPS), prodotti da svariati microorganismi

• Scoperti negli anni ’90, oggi riconosciute 13 unità distinte

18Based on Nat. Rev. Immunol. 2001; 1: 135

Toll-like receptor (TLR) ePathogens Associated Molecolar Patterns (PAMP)

TLR-6 TLR-9MD-2CD14 TLR-4TLR-2 TLR-5TLR-3TLR-1

Peptidoglycan (G+)Lipoprotein

LipoarabinomannansZymosan (Yeast)

GPI proteinLPS(G-)RSV F dsRNA Flagellin

Bacterial CpG DNA

19

20

21

• I Toll-receptors sono molecole che legano strutture batteriche altamente conservate (lipopolisaccaridi di membrana, tossine, oligonucleotidi CpG) o virali (RNA a doppia elica) mediando segnali di attivazione cellulare.

• La cellula attivata produce citochine , chemochine e molecole costimolatorie essenziali per l’attivazione dell’immunità specifica.

• I TLR sono come “sentinelle” che per primi avvertono il sistema immunitario, lo attivano ed indirizzano il tipo di risposta.

22

Quasi tutti gli adiuvanti conosciuti (con l’eccezione dei sali di alluminio) sono ligandi dei Toll-receptors.

Differenti Toll-receptors legano con diversa affinitàdiverse sostanze, mediando segnali qualitativamente e quantitativamente differenti. Inoltre, diverse cellule e in differenti siti esprimono pannelli diversi di questi

recettori (2000-03)

Il risultato finale della stimolazione dei TR può esitare in effetti diversi a seconda del tipo di

patogeno e della sede di contatto, nell’infezione naturale, e del tipo di adiuvante usato e della via di

somministrazione nelle pratiche vaccinali

23

24

25

IFN IFN γγLymphotoxinLymphotoxin

GMGM--CSFCSFILIL--22ILIL--33

ILIL--33ILIL--44ILIL--55ILIL--66ILIL--1010

Cytotoxic T cell activationIgG-2 production(IgM, IgG-1, IgA)

Macrophage activation

IgM, IgG1, IgA productionIgE production

B cell proliferationActivation of eosinophils

TH0

TH1 TH2IL-2IL-4IFN-γ

TR

26

Human Leukocyte Antigen

Complesso maggiore di isocompatibilitàMHC

Molecole superficie cellulare

distinzione self vs. nonself

Presenta gli antigeni peptidici alle cellule TCLASSE I: A,B,C CLASSE II: DR,DQ,DP

HLA J. Noble

α3β2

α1 α2 α1

α2

β1

β2

•Legano 8-10mers•Espresse dalla maggior parte delle cellule nucleate•Presentano proteine citosoliche alle cellule T CD8+

•Legano 13-25mers•Espresse da APCs,Macs, B cells, T cell. attivate

•Presentano proteine vescico-lari alle cellule T CD4+

Class I Class II

Le molecole HLA Classe I e II hanno Struttura and Funzioni distinte

BDC

28

Immunità umorale

Produzione di anticorpi

29

IMMUNITA‘ VERSO ANTIGENI PROTEICI

(T-DIPENDENTE)

30

Antigene

APCAPC

endocitosi

T Cell Receptor

Peptide

MHC II

CD4+

T cellCD4CD4++

T cellT cell

Prima fase: riconoscimento

31

CD4+

T cellCD4CD4++

T cellT cellT Cell Receptor

Peptide

LPS

TLR4

Antigen Presenting Cell (APC)Antigen Presenting Cell (APC)

MHC II

“Segnale 1”

“Segnale 2”

“Segnale 3”

IL-1

IL-6

IL-12

CD28B7

IL-12 Receptor

Segnale 1: Specificità

Segnale 2: Attivazione

Segnale 3: Differenziazione

Attivazione delle cellule T da parte delle APC

32

Pathogens

IL-12, IL-18

TH1APC

T

TLRsAntigenpresentation

Costimulatorymolecules

IFN-γ

La presentazione dell’antigene senza l’attivazione del sistemaimmune innato porta ad una “non risposta” (anergia)

APCT

TLRsAntigenpresentation

Costimulatorymolecules

Soluble Proteins

Anergy

IL-12, IL-18

33

CD2

APC APC MHC II

B7 (CD80/86)

Interazione tra APC e cellula T

CTLA-4

CD40L

CD28

B7 (CD80/86)

TCR

CD40

CD58 (LFA-3)

CD4CD4++

T CellT Cell

↓Activation

↑Activation

Recognition

Adhesion

↑Activation

34

35

36

Seconda fase: attivazione

T-helper cell

CD40LCD40L-CD40CD40L-CD40

Antigen-presenting

cell

B Cell

TCR

HLADR

IgG

CD28

B7

CD4

37

Seconda fase: attivazione

38

39

CD4

TCR

ActivatedT-helper-1 or 2 cell

Cell–cell contactIL-3IL-4IL-5IL-10IFN

B cell

Antigen

MemoryB cell

IgG1-producingplasma cell

IL-2, -4, -5 IFN

CD4

TCR

T-helper cell

Antigen-presenting cell

MHC

IL-1

40

0 14 28

IgM

IgG

giorni

La risposta anticorpale

B

M

M

M

MemG

G

Mem Mem

Mem

Mem

Mem

IgM

IgG1

41

42

Differenti isotipi di Ig (classi) hanno differenti funzioni

Inoltre i differenti isotipi hanno diversa distribuzione [sangue, secrezioni (muco, saliva, lacrime, latte), passaggio attraversola placenta]

43

Osponizzazione di un batterioe fagocitosi

Osponizzazione di un batteriocapsulato e fagocitosi

44

Correlati di protezione dei vacciniAnatossina tetanica >0.1 IU/ml

Anatossina difterica >0.01 IU/ml

Pertosse intero Titolo agglutinine >1.32

Pertosse acellulare Sconosciuto

Polio >1:8

Morbillo >1:8

Parotite >1:8

Rosolia >1:8

Pichichero, Pediatr Clin North Am, 2000

45

Correlati di protezione dei vacciniEpatite B >10 mIU/ml

Epatite A >30 mIU/ml

Varicella Titolo FAMA 1:10

Hib non coniugato >1 µg/ml

Hib coniugato Sconosciuto

Pneumo non coniugato

Meningo non coniugato

Pneumo o meningo con.

>1.5 µg/ml

>2.0 µg/ml

SconosciutoPichichero, Pediatr Clin North Am, 2000

46

IMMUNITA‘ VERSO ANTIGENI

NON PROTEICI

(T-INDIPENDENTE)

IMMUNITA‘ VERSO ANTIGENI

NON PROTEICI

(T-INDIPENDENTE)

POLISACCARIDI, ACIDI NUCLEICI, GLICOLIPIDI

47

Antigen recognitionby B cells

IgM-producingplasma cell

Memory B cell ?

Regulation ofB cell response

by T-helper cells ?

IgG2-producingplasma cell

48

Principali differenze tra Principali differenze tra antigeni antigeni

TT--dipendenti e Tdipendenti e T--indipendentiindipendenti

TT--dipendentidipendenti

proteico, glicoproteicobuon effetto primingbuono switch IgM-IgGelevata risposta IgG1valido effetto booster

TT--indipendentiindipendenti

polisaccaridicoscarso effetto primingscarso switch IgM-IgGrisposta IgG2scarso effetto booster

49

0

200

400

600

800

0

20

40

60

80

3 mesi3 anni10 anniadulto

IgG1 IgG2 IgG3 IgG4

Livelli di sottoclassi IgG nelle varie età

mg/dl mg/dl

50

carrier

polisaccaride

carrier CRM-197, variante non tossica della tossina difterica

CRM-197

51

Ogni linfocita B ha la capacità di produrre circa 1015 specifici anticorpi

Ogni linfocita T ha sulla superficie circa 1015 siti di legame specifici

52

Gli antigeni stimolano il sistema immunitario

Ad es. il battere della pertosse ha piùdi 3000 antigeni

53

Antigeni: proteine e Polisaccaridi nei vaccini

VaccineVaccine ProteinsProteins VaccineVaccine ProteinsProteins VaccineVaccine ProteinsProteins VaccineVaccine ProteinsProteins

19001900 19601960 19801980 20002000

TOTALS:TOTALS:

1 ~2001 ~200 5 ~32175 ~3217 7 ~30417 ~3041 11 12311 123--126126

smallpox ~200smallpox ~200 smallpox smallpox ~200~200diphtheria diphtheria 11tetanustetanus 11wcwc--pertussispertussis ~3000~3000poliopolio 1515

diphtheria diphtheria 11tetanustetanus 11wcwc--pertussispertussis ~3000~3000poliopolio 1515measlesmeasles 1010mumpsmumps 99rubellarubella 55

diphtheria diphtheria 11tetanustetanus 11acac--pertussispertussis 22--55poliopolio 1515measlesmeasles 1010mumpsmumps 99rubellarubella 55Hib conj.Hib conj. 22varicellavaricella 6969pneumopneumo conj.conj. 77hepatitis Bhepatitis B 11

Modified from Offit PA, et al. Pediatrics January 2002

54

Quanti antigeni Quanti antigeni polisaccaridicipolisaccaridici

possono essere coniugati allo stesso possono essere coniugati allo stesso

carrier carrier proteico senza che questo proteico senza che questo

perda la sua efficacia?perda la sua efficacia?

Un tetrasaccaride coniugato è meno

protettivo del tri- e bi-saccarideVelasco, Vaccine, 1993

55

carrier

polisaccaride

Il vaccino eptavalenteconiugato contiene 7 polisaccaridi, ciascuno coniugato al suo carrierCRM-197, variante non tossica della tossina difterica

CRM-197

56

1) Meccanismi intrinseci al sistema immunitario:- esaurimento funzionale o numerico delle cellule citotossiche o helper- generazione di cellule ad azione soppressoria- produzione di citochine ad azione inibitoria o apoptogena sui CTL- effetti di mascheramento degli antigeni microbici da parte degli

anticorpi specifici2) Meccanismi intrinseci al vaccino:

- interferenza diretta con molecole di membrana delle celluleimmunocompetenti con possibili:

a) down regolazione di molecole costimolatorie o apoptotiche b) down regolazione di molecole HLA di membrana

- veicolazione o induzione alla produzione di elevate quantità di molecole di HLA solubile o di citochine immunosoppressive- breve permanenza del materiale vaccinale nell’organismo

MECCANISMI DI SMORZAMENTO

DELLA RISPOSTA VACCINALE

57

Immunità cellularedifesa da patogeni intracellulari

linfociti T (CD8+) che aggrediscono e distruggono le cellule infettate

cellule che esprimono sulla superficie antigeni estranei

(cellule virus-infette, cellule tumorali, cellule di tessuti trapiantati)

�

58

APCAPC

MHC-I

MHC-II

antigene

Th1Th1CD4

TcTcCD8

BBCD40

Ifn-γ

59

60

An advantage to killing infected cells by apoptosis is that the cell's contents, including viable virusparticles and mediators of inflammation,

are not released as they are during cell lysis.

61

62

Generally

Antibody

T cells

T cells (antibody)

Antibody

63

La durata

dell’immunità

alle vaccinazioni

64

Isole Far Isole Far OerOer

Meccanismi di protezione Meccanismi di protezione immunologicaimmunologica a lunga a lunga durata: cellule della memoria durata: cellule della memoria immunologica immunologica a a lunga vitalunga vita

1846: nuova epidemia; 1846: nuova epidemia;

Nel 1781 gli abitanti Nel 1781 gli abitanti vengono decimati da vengono decimati da unun’’epidemia di morbilloepidemia di morbillo

Non contraggono lNon contraggono l’’infezione solo infezione solo coloro che hanno > 65 anni. coloro che hanno > 65 anni.

Experimentum naturae Experimentum naturae delle delle Isole Far Isole Far OerOer::

Si ammalano figli e nipoti: il virus non era piSi ammalano figli e nipoti: il virus non era piùùcomparso nelle isole dalla precedente epidemiacomparso nelle isole dalla precedente epidemia

65

linfociti

NagasakiNagasaki9 agosto 19459 agosto 1945

esposizione a radiazioniesposizione a radiazioni

dannicromosomici

19971997

66

•Vaccini con antigeni purificati

•Vaccini sintetici

Sicuri Breve emivita

bassa risposta CTL (no HLAclasse I)

•Vaccini attenuati

Risposta umorale e t-mediata,

Sicuri

Valutare controindicazioni

VANTAGGI E SVANTAGGI