Estratégias para o desenvolvimento de vacinas

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Praticar para aprender

A história da primeira vacina também marca o início da Imunologia Experimental. O ano era 1722 e a varíola assombrava a Europa. Edward Jenner fazia atendimentos médicos na área rural da Inglaterra e observou que ordenhadores infectados com a varíola bovina, doença que afetava o gado, não contraíam a forma mais grave da varíola humana. Baseado nesta observação, Jenner inoculou o fluido das pústulas da varíola bovina em um menino de 8 anos de idade. Posteriormente, infectou-o intencionalmente com a varíola humana e o menino não adoeceu. O trabalho foi publicado em 1978 e é o primeiro registro oficial da vacinação. Desde então, tornou-se uma das mais importantes estratégias de saúde pública no mundo, sendo responsável pela erradicação da varíola na década de 1980 e pela redução bastante expressiva da mortalidade e da morbidade de doenças como sarampo e poliomielite. 
Nos últimos 10 anos, houve uma verdadeira revolução no campo das vacinas, levando a avanços em, virtualmente, todos os aspectos do design vacinal, desde a descoberta de novos antígenos mais imunogênicos e adjuvantes mais potentes até a criação de novas plataformas mais eficazes e facilmente escalonáveis para a produção em larga escala. Todo esse avanço refletiu-se no rápido desenvolvimento de vacinas durante a pandemia do SARS-CoV2. E, mais uma vez, nossa dependência pelas vacinas foi mostrada. Por tratar-se de um tema extremamente importante na prática clínica, nesta seção estudaremos a base das vacinas, a imunidade de rebanho, e discutiremos, também, os diferentes tipos de plataformas vacinais, abordando a importância dos adjuvantes. 
Para contextualizar sua aprendizagem, vamos retomar a situação-problema da seção anterior, em que você, já formado, é o responsável técnico do laboratório de sorologia de um hospital. Conforme mencionado na seção anterior, você tem, agora, um estagiário sob sua responsabilidade. Por serem da área da saúde, todos os funcionários de seu laboratório foram chamados para a vacinação anual contra a gripe. Um dia após receber a vacina, seu estagiário passou a sentir febre, calafrios e dor muscular. Por causa dos sintomas, ele acreditou que a vacina o tivesse causado a gripe. O que você diria a ele? É possível que a vacina da gripe cause a doença? 
Bem-vindo à última seção desta unidade. Você está prestes a dar mais um passo importante na construção de seu conhecimento sobre a Imunologia. Boa sorte!

conceito-chave

Ainda na primeira seção deste livro, você estudou as características das respostas imunes. Viu que, graças à memória imunológica, um indivíduo pode ficar protegido contra determinado patógeno, respondendo mais rápido, e de forma mais eficiente, a sucessivos contatos com ele. Dizemos que essa proteção, ou imunidade, é ativa, pois o sistema imune do indivíduo exerce um papel direto na eliminação do micro-organismo. No entanto, a imunidade também pode ser passada de um indivíduo imune para outro não imune, por meio da transferência adotiva de células ou, mais comumente, de anticorpos. A essa imunidade dá-se o nome de passiva. A imunização passiva é uma forma de conferir resistência rápida, sem a necessidade de esperar a resposta imune ativa se desenvolver. Um exemplo fisiológico de imunidade passiva é a transferência de anticorpos maternos para o feto durante a gestação, de modo que os recém-nascidos possam combater infecções antes mesmo de seu sistema imunológico ter a habilidade de produzir anticorpos próprios. Uma diferença marcante entre as imunidades é a sua duração. Enquanto a imunidade ativa é duradoura, a imunidade passiva confere uma proteção transitória, pois não há geração de memória imunológica no indivíduo que a recebeu. 
Ambas as formas de conferir imunidade são hoje aplicadas na clínica. A imunidade passiva é exercida, artificialmente, de três formas: por meio da transferência de imunoglobulina humana hiperimune, ou seja, uma alta concentração de um anticorpo de interesse obtido do soro de um indivíduo imune; por meio da imunoglobulina humana combinada, feita por um conjunto de anticorpos IgG obtido de diferentes doadores e específico para vários antígenos; e por meio do soro (hiperimune) heterólogo, um conjunto de anticorpos neutralizantes obtidos de animais imunizados, geralmente cavalos, específicos para um determinado antígeno, como o soro antiofídico, por exemplo. 
Já a imunidade ativa pode ser adquirida, de forma artificial, por meio das vacinas. Aqui, a intenção é fazer o sistema imunológico do indivíduo não imune desenvolver uma resposta protetora e de memória. Assim, ao entrar em contato naturalmente com o patógeno, o indivíduo já estará imune a ele. Vale ressaltar que a eficiência deste método baseia-se em um importante fenômeno, conhecido como imunidade coletiva, ou imunidade de rebanho. Para você entender melhor, vamos destrinchá-lo.
Durante muito tempo, acreditou-se que o número de doentes e mortos durante uma epidemia decaía com o tempo devido a fatores relacionados ao agente etiológico, como a perda de sua infectividade. Apenas após a 2ª Guerra Mundial tornou-se consenso que a imunidade da população afetada tinha um papel central nesta diminuição. O conceito de imunidade coletiva está relacionado às doenças infecciosas que podem ser transmitidas entre indivíduos. De acordo com este conceito, a doença para de se alastrar em uma população quando um determinado percentual de pessoas já adquiriu imunidade contra ela, seja por meio da infecção natural ou por meio da vacinação. Se partirmos do pressuposto de que esses indivíduos não se infectam novamente, dentro de um certo período, cria-se uma barreira contra o alastramento da doença, que protege aqueles que ainda não possuem essa imunidade. Ou seja, a propagação da doença diminui porque a chance de uma pessoa infectada passar a doença para outra suscetível à infecção é menor. 
O percentual de indivíduos imunes necessário para uma população atingir a imunidade coletiva varia de acordo com o R0, número de reprodução da doença. Este número representa quantas pessoas um único doente pode infectar antes de se curar ou de morrer, e pode variar de acordo com inúmeros fatores, tais como a virulência do agente infeccioso, o período infectivo do doente, a forma de contágio e a adoção de medidas de saúde pública realizadas para impedir a transmissão. Só para citar um exemplo prático, o R0 do sarampo é 15, o que significa que um único doente é capaz de infectar 15 outras pessoas.
Você deve estar se perguntando: se a imunidade coletiva também pode ser alcançada com a infecção natural, por que as vacinas são necessárias? Para compreender esse ponto, você deve atentar para a taxa de mortalidade da doença em questão. Se a doença apresenta, por exemplo, 2% de mortalidade, significa que esse percentual de pessoas, dentre as que adoecem, morrerá. As vacinas retiram a taxa de mortalidade dessa equação, uma vez que geram imunidade sem que haja o desenvolvimento da doença. A erradicação da varíola e a diminuição excepcional no número de casos de poliomielite e de sarampo no mundo são reflexos da eficiência da imunização profilática contra os agentes infecciosos. 
O sucesso das vacinas depende de vários fatores relacionados tanto ao patógeno quanto à resposta imune que induzem. As vacinas são muito mais efetivas contra micro-organismos que não estabelecem latência ou que não sofrem variação antigênica constante. Devem, ainda, ser capazes de estimular o perfil de resposta imune mais adequado para a eliminação do patógeno. Com base nesses pontos, várias plataformas vacinais foram e têm sido desenvolvidas para melhorar ainda mais a eficiência deste método de imunização. As diferentes plataformas variam quanto à escolha dos alvos antigênicos, à natureza da resposta imune que induzem, à necessidade de adjuvantes, ao número de doses-reforço e, finalmente, à rota de imunização. Veja, a seguir, exemplos das plataformas existentes. 

Vacina com micro-organismo atenuado

Disponível desde a década de 1950, esta plataforma utiliza micro-organismos enfraquecidos sob condições laboratoriais. Dessa forma, ainda são capazes de se replicar, porém não causam a doença como a versão original. Historicamente, o processo de atenuação baseava-se na cultura desses micro-organismos em meios menos adequados para o seu crescimento, no caso das bactérias, ou em sucessivas passagens por diferentes culturas de células, no caso dos vírus. No entanto, com o avanço da Biologia Molecular, foi possível o desenvolvimento de técnicas mais eficientes e rápidas, como a deleção de genes que conferem virulência e, especialmente para os vírus, a de-otimização de códons. Os vírus gerados por esse método são quimicamente sintetizados para reter 100% da sequência de aminoácidos do vírus original, contendo, porém, um número maior de nucleotídeos não metilados, que superestimulam a resposta imune dos vacinados. 
Por ser a estratégia que mais se aproxima da infecção natural, costuma ser bastante imunogênica, gerando tanto resposta imune celular quanto humoral. Por esse mesmo motivo, não necessita da adição de adjuvantes, moléculas que estimulam a inflamação inicial, nem de doses extras para reforçar a resposta gerada. 
Apesar da eficiência, vacinas com micro-organismos atenuados apresentam algumas limitações em sua aplicação. Devido ao risco de reversão à forma virulenta, indivíduos imunossuprimidos, idosos e mulheres grávidas não podem ser vacinados. Além disso, se o micro-organismo vacinal é cultivado em uma cultura contaminada, a vacina pode conter o agente contaminante. 
São exemplos de vacinas desse tipo a BCG, formulada com o bacilo de Calmette-Guérin e usada para a prevenção da tuberculose, a vacina de Sabin (oral) para a poliomielite, e as vacinas para febre amarela e sarampo. 

Vacina com micro-organismo inativado

Estratégia que utiliza micro-organismos mortos/inativados por processos químicos, como formaldeído e beta-propiolactona, ou físicos, como a radiação ultravioleta. Este tipo de vacina estimula, preferencialmente, a resposta humoral. Por ser menos imunogênica que a anterior, necessita de adjuvantes e doses-reforço para conferir a imunidade completa. 
É importante ressaltar que o método de inativação pode influenciar a resposta imune estimulada pela vacina. Embora seja raro, o processo de inativação pode alterar epítopos antigênicos importantes para a geração da imunidade protetora, induzindo a formação de anticorpos não neutralizantes, que podem exacerbar a doença caso o indivíduo vacinado entre em contato com o patógeno. 
Um exemplo de vacina inativada de grande importância no mundo é a vacina da gripe. Todo ano, 3 ou 4 cepas do vírus influenza mais frequentes são selecionadas e incorporadas à vacina. No Brasil, as vacinas contra gripe devem conter, obrigatoriamente, a combinação de duas cepas de influenza tipo A (H1N1 e H3N2) e uma cepa de influenza tipo B. A versão tetravalente desta vacina incorpora uma segunda cepa de influenza tipo B às cepas obrigatórias já mencionadas. Outro exemplo importante de vacina deste tipo é a Coronavac, desenvolvida pela Sinovac Biotech, que utiliza o vírus SARS-CoV2 inativado com beta-propiolactona para conferir proteção contra a Covid-19. 

Vacina com proteína recombinante

Quando apenas anticorpos neutralizantes são necessários para conferir proteção contra a doença, estratégias mais simples podem ser usadas. Um exemplo são as vacinas com proteínas recombinantes. Esta abordagem baseia-se na escolha do antígeno proteico mais imunogênico, seguido da transfecção de uma célula bacteriana ou fúngica com o gene que o codifica. A vacina é, então, formulada com a proteína recombinante purificada da cultura onde o micro-organismo geneticamente modificado foi cultivado.
Esta abordagem é utilizada com sucesso na produção da vacina contra o vírus da hepatite B, composta pela glicoproteína HBsAg, produzida por leveduras transformadas. Essas moléculas mimetizam o antígeno liberado durante a infecção natural, induzindo a formação de anticorpos neutralizantes. 
Tal como comentado na abordagem anterior, as vacinas com proteínas recombinantes são pouco imunogênicas, necessitando de adjuvantes e de doses-reforço para garantir imunidade completa nos vacinados. Essa abordagem também apresenta limitações, especialmente no caso de infecções virais. Para vírus com estruturas finais formadas por várias proteínas interdependentes, o processo de transformação da célula pode levar à geração de proteínas mal enoveladas, incapazes de gerar uma resposta protetora. Além disso, em alguns casos, a reposta imune eficiente demanda o reconhecimento concomitante de diferentes proteínas antigênicas e não apenas de uma proteína. Por fim, essa abordagem induz fracamente o perfil de resposta Th1, necessário para o controle das infecções virais.

Vacina de subunidades

São vacinas compostas pelo antígeno purificado de micro-organismos ou por toxinas inativadas, sendo, normalmente, administradas com adjuvantes devido à baixa imunogenicidade. 
Um uso bastante efetivo desta plataforma é a prevenção de doenças causadas por toxinas bacterianas. Para tanto, uma versão da toxina inativada (por métodos físicos ou químicos), chamada de toxóide, é utilizada como antígeno vacinal. Um exemplo é a vacina tríplice bacteriana, composta pelos toxóides diftérico e tetânico, além de componentes da cápsula da bactéria Bordetella pertussis, causadora da coqueluche. 
Outro exemplo que se encaixa nesta plataforma é vacina conjugada. Muitas bactérias possuem uma cápsula de polissacarídeos recobrindo sua parede celular. Como essas moléculas são antígenos T-independentes, a resposta contra elas é fraca e gera anticorpos de baixa afinidade. Para favorecer uma resposta imune mais eficiente, polissacarídeos de diferentes cepas bacterianas são ligados a uma proteína carreadora que permite a estimulação de linfócitos T CD4+, com a consequente geração de anticorpos de alta afinidade e indução de memória imunológica mais duradoura. Atualmente, as vacinas contra pneumococos e H. influenzae utilizam essa plataforma. Entre várias, podemos citar a Pneumovax 23, que contém polissacarídeos capsulares purificados de vinte e três cepas diferentes de Streptococcus pneumoniae.

Vacinas com vetores virais

Nesta plataforma, o gene que codifica o antígeno de interesse é expresso em um vírus vetor não citopático, que é usado para a vacinação. Ou seja, o vírus vetor, ao infectar as células do indivíduo vacinado, serve como uma fonte de antígeno que estimula, por determinado tempo, seu sistema imune. A maior vantagem desta abordagem é a completa ativação da imunidade adaptativa, induzindo tanto resposta celular quanto humoral, além de representar uma estratégia segura, pois não há risco do vírus vetor se tornar virulento.
Os vetores utilizados podem ou não ser capazes de se replicar na célula do hospedeiro, fato que pode influenciar na imunogenicidade da vacina. Os vetores virais mais utilizados para este fim são o adenovírus humano 5 (Ad5), o adenovírus humano 26 (Ad26), o adenovírus de chimpanzé (ChAd), o vírus Ankara modificado (MVA) e o vírus da estomatite vesicular (VSV). 
Um exemplo recentemente aprovado para uso clínico foi a Ad5-EBOV. Esta vacina utiliza o adenovírus humano 5 como vetor para o gene do antígeno GP, isolado da cepa Zaire, do Ebola vírus, e se mostrou eficaz na indução de uma resposta imune duradoura contra a infecção. 
Em 2021, a ANVISA aprovou para uso emergencial a vacina AZD1222, também conhecida como ChAdOx1nCov-19, contra a Covid-19. Esta vacina utiliza o Adenovírus de Chimpanzé como vetor para o gene da proteína Spike do vírus SARS CoV2. Uma abordagem parecida foi escolhida para o desenvolvimento da vacina Sputnik V, que utiliza como vetores o Ad5 (primeira dose) e o Ad26 (dose-reforço) com o gene da proteína Spike. 

Vacinas com ácidos nucleicos

Essa plataforma baseia-se na utilização de DNA plasmidial ou RNA codificadores do antígeno de interesse. Após a aplicação da vacina, o ácido nucleico é incorporado pelas células do indivíduo, que passam a expressar o antígeno vacinal. Diversos trabalhos já demonstraram a capacidade dessa plataforma de induzir uma boa reposta protetora, com mecanismos tanto humorais quanto celulares. 
A maior parte das vacinas de DNA em desenvolvimento utiliza plasmídeos que contêm reguladores da expressão gênica de mamíferos. Esse tipo de plataforma favorece a captura por células dendríticas, com o consequente reconhecimento do DNA exógeno por receptores inatos presentes nesta célula, além da apresentação do antígeno de interesse via molécula de MHC de classe II. Ainda não há nenhuma vacina baseada nesta plataforma aprovada para uso clínico, embora existam inúmeros estudos clínicos em andamento.
As vacinas de RNA são baseadas na mesma premissa daquelas de DNA, ou seja, expressar o gene do antígeno vacinal nas células hospedeiras. No entanto, elas estão um passo à frente no processo de produção do antígeno, pois a expressão gênica inicia-se imediatamente após a entrada da molécula no citosol da célula, aumentando a eficiência do processo. Tal como na anterior, a molécula de RNA também pode ser reconhecida por receptores de reconhecimento padrão presentes nas células dendríticas, funcionando como seu próprio adjuvante. A primeira vacina do tipo aprovada para uso clínico foi a COMIRNATY™, desenvolvida pela Pfizer e BioNTech, e utiliza uma molécula de RNA mensageiro que codifica uma parte da proteína Spike (RBD) do SARS_Cov2 para a imunização contra Covid-19.

Além da plataforma vacinal, outro fator que também pode influenciar a eficiência de uma vacina é a sua rota de imunização. O desenvolvimento de uma resposta adaptada ao tecido que naturalmente é infectado representa o melhor cenário, logo, a administração do antígeno vacinal neste local poderia favorecer uma imunidade mais eficiente. Devido à presença de adjuvantes ou ao tipo de plataforma escolhido, entretanto, algumas rotas ficam impossibilitadas, tais como a via oral e a nasal. A maior parte das vacinas são aplicadas via intramuscular, justamente para reduzir os efeitos adversos locais. Existem, ainda, as vias subcutâneas e a intradérmica, usada apenas para a vacina BCG, uma vez que diminui o risco de injúria neuromuscular.
Você acaba de concluir mais uma unidade, parabéns! Agora, reforce os seus conhecimentos, praticando. Boa sorte!

Faça valer a pena

Referências

ABBAS, A. K.; LICHTMAN, A. H.; PILLAI, S. Imunologia Celular e Molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2015.
KUSTERS, I.; ALMOND, J. W. Vaccine Strategies. Encyclopedia of Virology, [S. l.], p. 235- 243, jul. 2008. Disponível em: https://bit.ly/3vFpV32. Acesso em: 20 mar. 2021.
LACERDA, C. D.; CHAIMOVICH, H. O que é imunidade de rebanho e quais as implicações? Jornal da USP, 2020. Disponível em: https://bit.ly/3iKDmMd. Acesso em: 20 mar. 2021.
MAO, H. H.; CHAO, S. Advances in Vaccines. Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., [S. l.], v. 171, p. 155-188, 2020. Disponível em: https://bit.ly/3wMt2Hq. Acesso em: 20 mar. 2021.
TREGONING, J. S. et al. Vaccines for COVID-19. Clin. Exp. Immunol., [S. l.], v. 202, n. 2, p. 162-192, nov. 2020. Disponível em: https://bit.ly/3iVxIGS. Acesso em: 20 mar. 2021.