Proceso para el desarrollo de una vacuna contra la fase hepática de Plasmodium vivax

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RESUMEN: INTRODUCCION: Anualmente se producen en el mundo entre 80 y 100 millones de casos de malaria ocasionada por Plasmodium vivax, segunda especie de Plasmodium en importancia a nivel mundial y primera en el continente americano. Ante la falla de los métodos clásicos de control de la malaria, derivada de la creciente resistencia de los mosquitos a los insecticidas y de los parásitos a los medicamentos disponibles, se ha trabajado intensamente en la búsqueda de vacunas que puedan prevenir completamente la infección o limitar los efectos patológicos de la enfermedad.

OBJETIVOS: Este trabajo describe el proceso de desarrollo de una vacuna experimental dirigida contra las formas pre-eritrocíticas del parásito, para lo cual se ha seleccionado la proteína circumesporozoito (CS) que se expresa de forma abundante en la superficie del parásito y que se halla comprometida en el proceso de invasión hepática.

METODOLOGÍA: El proceso consistió en una exhaustiva caracterización inmunológica de la proteína, mediante péptidos sintéticos de diferente longitud, seguida de pruebas de toxicidad e inmunogenicidad en animales con los tres péptidos largos que cubren las regiones N, R y C de la CS. Como etapa inicial de la prueba en humanos, se hizo un ensayo clínico fase I que probó la seguridad e inmunogenicidad, de cada uno de los péptidos formulados en el adyuvante Montanide ISA-720. El ensayo fue al azar, doble ciego y comprometió a 23 voluntarios sanos, hombres y mujeres entre 18 y 33 años de edad, sin historia de malaria.

CONCLUSIONES: La vacuna fue muy bien tolerada y demostró buena seguridad e inmunogenicidad en los ensayos preclínicos así como en todos los voluntarios, facilitando el avance a ulteriores fases de investigación clínica.

Palabras claves: P. vivax; Malaria; Vacunas, Estadíos pre-eritrocíticos; Ensayos clínicos.

SUMMARY: INTRODUCTION: Plasmodium vivax causes approximately 80-100 million clinical cases every year. It is the most prevalent human malaria parasite in the American continent and its prevalence is second only to P. falciparum worldwide. Due to the emergence of medication-resistant parasites and an increase in insecticide-resistant mosquitoes, research to find a vaccine that could prevent or limit the clinical manifestations of the disease has increased greatly. During the last two decades, significant progress has been achieved in this attempt; however, the development of a P. vivax vaccine has been hampered due to the lack of sustainable in vitro parasite cultures.

OBJECTIVES: We describe the development and testing of a vaccine to P. vivax pre-erythrocytic stages. We selected the circumsporozoite (CS) protein, an antigen abundantly expressed on the parasite surface.

METHODOLOGY: After extensive immunological characterization in vitro, three long peptides (N, R and C) were synthesized, and the toxicity and immunogenicity of these peptides were thoroughly assessed in animals. To determine the safety and immunogenicity in humans, a randomized, double blind clinical trial was conducted. The trial included 23 healthy volunteers who received 100 µg of N, R and C of each peptide formulated in Montanide ISA-720 adjuvant.

CONCLUSIONS: The vaccination was well tolerated and proven to be safe in both animals and volunteers; thus, additional clinical trials utilizing this vaccine candidate are indicated.

Key words: P. vivax; Malaria; Vaccine; Pre-erythrocytic stages; Clinical trials.

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La malaria representa una de las enfermedades infecciosas de mayor prevalencia en el mundo. A pesar de que el número real de casos está probablemente subestimado, la Organización Mundial de la Salud (OMS), calcula que cada año se producen por lo menos 500 millones de casos clínicos en todo el mundo1.

Plasmodium vivax ocupa el segundo lugar en términos de prevalencia de casos de malaria después de P. falciparum, y es responsable de una alta tasa de morbilidad estimada en cerca de 100 millones de casos al año, principalmente en regiones de Asia y América Latina<2. La enfermedad genera una importante incapacidad física, como consecuencia de la fiebre, el escalofrío, la sudoración, la adinamia, y demás síntomas clásicos de la malaria; también se caracteriza por recidivas periódicas.

La gran mortalidad y morbilidad ocasionadas por P. falciparum y P. vivax, así como los problemas derivados de la resistencia del parásito a los medicamentos antimaláricos y la resistencia de los mosquitos a los insecticidas, se suman a las serias limitaciones en la aplicación sistemática de las medidas de control; lo cual ha llevado a considerar que la vacunación sería la estrategia con mayor balance costo-beneficio para el control de la enfermedad.  

Las siguientes evidencias sustentan la factibilidad del desarrollo de una vacuna antimalárica:

1. En áreas con malaria, estable o inestable, alta o baja endemia, los individuos expuestos a la transmisión de malaria por períodos largos, presentan una disminución del riesgo de muerte y de complicaciones severas de la enfermedad3,4; 2. En estos individuos se observan casos de malaria asintomática y una reducción notable de la parasitemia3; 3. Los individuos no-inmunes reducen significativamente su parasitemia luego de la transferencia pasiva de anticuerpos provenientes de pacientes inmunes a la malaria4 4. La inmunización experimental con esporozoitos atenuados con radiación, induce una protección completa contra la infección. Sin embargo, producir vacunas basadas en parásitos atenuados, representa un reto técnicamente difícil de afrontar5.

Por estas razones, se ha aprovechado el acceso a técnicas de biología molecular y síntesis peptídica, para la identificación y prueba de antígenos parasitarios que representan un potencial como vacunas6. En los últimos cinco años, se han hecho grandes progresos en la prueba de moléculas candidatas derivadas de los diferentes estadios de P. falciparum>7, así como de combinaciones de las mismas. Desde hace dos años, luego de la publicación del genoma de P. falciparum8 y de los progresos en el estudio de su proteoma9 se viene aplicando una promisoria estrategia para la selección de epítopes relevantes en el desarrollo de vacunas, que combina los análisis genómicos y proteómicos10. En el caso de P. vivax, debido a las restricciones que impone la falta de métodos de cultivo in vitro, este progreso ha sido más limitado.  

El desarrollo de una vacuna funcional contra la malaria por P. vivax enfrenta numerosas dificultades biológicas, técnicas y económicas. Primero, este Plasmodium tiene un genoma estimado en 30 Mb, que se distribuye en 14 cromosomas, con un total aproximado de 5,000 a 6,000 genes que aún no han sido secuenciados en su totalidad11. Por analogía con P. falciparum, este genoma daría lugar a la expresión de un proteoma que está fuera del alcance de las capacidades técnicas existentes para su análisis. El complejo metabolismo de P. vivax y su preferencia por células inmaduras (reticulocitos) ha dificultado el desarrollo de técnicas de cultivo que permitan la producción de material parasitario en las concentraciones requeridas para lograr un mayor avance en su análisis químico e inmunológico. Adicionalmente, en vista de su bajo índice de mortalidad, se destinan muy pocos recursos a promover la investigación en esta especie, a pesar de que la morbilidad es significativa y que en la mayoría de las regiones donde la malaria es endémica, existe la presencia simultánea de P. falciparum y P. vivax. En estas comunidades, las vacunas antimaláricas que se han de aplicar, deberían poseer simultáneamente elementos constitutivos de las dos especies del parásito de manera que se impida la selección de una de ellas y un potencial desequilibrio epidemiológico. En estas condiciones, se impone la necesidad de desarrollar vacunas polivalentes, que reduzcan la transmisión y prevalencia de las dos especies de parásito y, en forma ideal, contra todas las que afectan al ser humano.

Actualmente existen alrededor de 12 candidatos a vacuna contra la malaria que se evalúan en ensayos clínicos, cuatro de ellos derivados de la proteína CS de P. falciparum o combinaciones de esta proteína con otros antígenos no maláricos12,13. En P. vivax, hasta el momento, sólo existen tres candidatos a vacuna evaluados en voluntarios humanos, los péptidos sintéticos derivados de la proteína CS descritos en este estudio, una proteína recombinante que corresponde aproximadamente al 70% de la proteína CS14 y la proteína Pvs25, derivada de los estadios de ooquinetos/ooquistes que se desarrollan en el intestino del mosquito. La función de esta última sería bloquear la transmisión de malaria del ser humano al mosquito15.

Durante más de una década, el grupo de Cali ha concentrado sus esfuerzos en crear la infraestructura para el desarrollo de una vacuna contra la fase hepática de P. vivax, que requiere de un proceso que ya está bien definido por la Organización Mundial de la Salud (OMS)16. Este proceso se inicia con una fase de búsqueda de nuevas moléculas candidatas a vacuna, que se estudian subsecuentemente en ensayos pre-clínicos donde hay pruebas in vitro, análisis de potencia y pruebas in vivo en modelos animales (roedores y primates), con el propósito de seleccionar aquellos antígenos más promisorios para su evaluación en ensayos clínicos. Estos últimos se desarrollan en cuatro fases progresivas (I-IV)16, de cuyo éxito depende que las vacunas se puedan registrar para su comercialización y uso masivo en comunidades endémicas o en riesgo de malaria. Aquí se describe parte del proceso, seguido en el desarrollo de una vacuna contra la fase hepática de Plasmodium, desde la búsqueda del antígeno hasta la fase I de ensayos clínicos (Figura 1).