inmunoterapia contra el cancer
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Dr. Jorge Lloberas Departament de Fisiologia, Facultat de Biologia Parc Científic de Barcelona, IRBB [email protected] Actualització en Immunologia ICE de la Universitat de Girona 26 de novembre de 2004, Girona PROGRAMA IMMUNOLOGIA BATXILLERAT 1. El sistema immunitari. 2. Principals cèl·lules del sistema immunitari i la seva funció. 3. Mecanismes de defensa específica. CANCER 4. Tipus de vacunes i mecanisme d’actuació. 5. Trastorns i malalties relacionades amb la immunitat. [email protected] [email protected] ÍNDICE Características generales de la inmunidad frente a los tumores. Formación de tumores, características de las células tumorales, transformación, oncogenes. Antígenos tumorales. Antígenos específicos de tumor, antígenos asociados a tumor. Respuestas inmunitarias a tumores. Papel de los linfocitos T colaboradores y T citolíticos, células NK y los anticuerpos. Evasión del sistema inmunitario por los tumores. Inmunoterapia contra el cancer. Anticuerpos, [email protected] Células Dendríticas, Citocinas, Terapias génicas. [email protected] 1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES La inmunología tumoral puede definirse como la respuesta del sistema inmunitario frente a tumores o células tumorales. Desde el punto de vista inmunológico las células del organismo que que han derivado en tumorales o neoplásicas, pueden ser consideradas como como células alteradas o modificadas que han escapado de los mecanismos reguladores reguladores del crecimiento normal. El concepto de INMUNOVIGILANCIA (Macfarne y Burnett, Burnett, 1959), se definió como la capacidad fisiológica del sistema inmunitario para reconocer los clones celulares antes de transformarse en tumores y/o destruirlos destruirlos una vez formados. Esta teoría ha sido muy cuestionada por los resultados contradictorios de algunos experimentos. No obstante, es evidente evidente que el sistema inmunitario reacciona contra tumores y por tanto constituye constituye un prometedor campo de estudio. [email protected] [email protected] CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Formación de tumores De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman Las células, en determinadas condiciones, no mantiene los mecanismos normales de crecimiento produciendo una expansión incontrolada de las mismas que causa un tumor y puede crear metástasis. [email protected] [email protected] 2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Características de las células tumorales Las células tumorales tienen características que las distinguen de las células normales: Origen clonal, los tumores derivan de una sóla célula neoplásica. Crecimiento no regulado, las células tumorales no responden a los mecanismo de regulación normales de crecimiento, de tal modo que proliferan de forma indefinida. Alteración de la afinidad tejido-específica, las células tumorales crecen más allá de los límites de su tejido de origen, metastasis. Funciones bioquímicas alteradas que amplifican el potencial de crecimiento tumoral: La actividad glucolítica aumentada, las células tumorales crecen a niveles de oxígeno inferiores. Secreción de enzimas, degradación de las membranas basales y del estroma subyacente. Producción de factores angiogénicos. Citoesqueleto alterado, citoesqueleto desorganizado y morfología celular alterada. Alteraciones cromosómicas, aparece aneuploidía, mayor o menor número de cromosomas de la dotación normal, los cromosomas también contienen deleciones, translocaciones y duplicaciones génicas. En cultivo celular presentan crecimiento inmortal, normalmente son inmortales y crecen de forma indefinida. [email protected] las células tumorales [email protected] CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Los tumores expresan antígenos que son reconocidos como extraños por el sistema inmunitario del individuo portador del tumor: Demostrado en observaciones clínicas y en animales de experimentación. experimentación. Las respuestas inmunitarias a menudo no logran impedir el crecimiento crecimiento tumoral: Las células tumorales generalmente derivan de las células del huésped huésped por tanto se asemejan a las células propias en muchos aspectos. El crecimiento y la diseminación rápida de los tumores puede superar superar la capacidad del sistema inmunitario de erradicar las células tumorales tumorales y el control del tumor requiere que todas las células malignas sean eliminadas. eliminadas. Muchos tumores tiene mecanismos especializados para evadir las respuestas respuestas inmunitarias del individuo. El sistema inmunitario puede ser estimulado para que destruya las las células tumorales de forma eficaz y erradique el tumor: Se han desarrollado nuevas estrategias de inmunoterapia en las que que el objetivo del tratamiento es la amplificación de la respuesta antitumoral antitumoral del huésped. [email protected] [email protected] 3 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Transformación oncogénica de células normales Los procesos de transformación espontánea son resultado de mutaciones al azar o reorganizaciones génicas durante el proceso de crecimiento normal. Acción de carcinógenos, que pueden ser de origen químico, físico de naturaleza vírica. Carcinógenos Químicos Carcinógenos Físicos Oncogenes Víricos Oncogenes Celulares [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Oncogenes: carcinogénesis por mutaciones [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] 4 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Carcinogénesis: Procesos múltiples Model of sequential genetic alterations leading to metastatic colon cancer. Each of the stages indicated at the bottom is morphologically distinct, allowing researchers to determine the sequence of genetic alterations. [Adapted from B. Vogelstein and K. W. Kinzler, 1993, Trends Genet. 9:138.] [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Carcinogénesis por alteraciones cromosómicas [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] 5 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Carcinogénesis por antígenos tumorales [email protected] [email protected] CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INMUNIDAD FRENTE A LOS TUMORES Inmunidad antitumoral •La inducción de tumores en ratones, mediante carcinógenos químicos (metilcolantreno), demostró que dichos ratones podían generar una respuesta inmunitaria protectora contra dichos tumores. Así como que los mismos expresaban antígenos específicos tumorales (antígenos del rechazo del tumor) •La respuesta anti-tumoral es específica y tiene memoria inmunológica. [email protected] [email protected] 6 ANTÍGENOS TUMORALES Antígenos tumorales Los tumores muy a menudo expresan antígenos que pueden ser potencialmente reconocidos como extraños por el sistema inmunitario. Se clasifican en dos categorías: TSA’s (TSTA’s) - antígenos especificos de tumor (tumor-specific antigens). - son únicos de células tumorales. - sólo se expresan en un tejido específico. - antígenos virales pueden ser expresados en tumores inducidos por virus. - herpesvirus humano 8 (HHV 8) Sarcoma de Kaposi - papilomavirus humano 16 (HPV 16) – cancer cervical - formas mutantes de antígenos propios específicas de tumor - p53 mutada [email protected] [email protected] ANTÍGENOS TUMORALES TAA’s (TATA’s) - antígenos asociados a tumor (tumor-associated antigens) - se expresan en células normales bajo determinadas circunstancias en la que pueden suponer la pérdida de la tolerancia, p.e. solo se expresan en etapas embrionarias, o solo se expresan a bajos niveles o se expresan en lugares restringidos. Antígenos Oncofetales expresados normalmente en células embrionarias p.e. antígeno carcinoembrionario (CEA); α-fetoproteina Antígenos con distribución tisular restringida p.e. MAGE-1: expresado normalmente en las células germinales testiculares Antígenos de diferenciación específicos de tejido p.e. Melan A (MART1) en melanocitos y melanomas [email protected] [email protected] 7 ANTÍGENOS TUMORALES [email protected] [email protected] ANTÍGENOS TUMORALES Tipos de antígenos tumorales reconocidos por los linfocitos T [email protected] [email protected] 8 RESPUESTAS INMUNITARIAS A TUMORES Expresión de un único antígeno específico de tumor De: FUNDAMENTAL IMMUNOLOGY W.E. PAUL 4TH EDITION LW&W [email protected] [email protected] RESPUESTAS INMUNITARIAS A TUMORES ¿Porque los antígenos tumorales no inducen el rechazo del tumor? El sistema inmunitario puede eliminar células tumorales que expresan antígenos tumorales PERO esto puede ser simplemente el dejar crecer variantes que han perdido la expresión del antígeno. Por ejemplo, el sistema inmunitario simplemente actúa como un agente selectivo que promueve la selección y crecimiento de células tumorales que son resistentes al ataque inmunológico. [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] 9 RESPUESTAS INMUNITARIAS A TUMORES ¿Porque los antígenos tumorales no inducen el rechazo del tumor? Proliferación Otra posibilidad es la ausencia de la expresión de MHC de clase I, permitiendo que las células tumorales escapen de la lisis mediada por las CTL. De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] [email protected] RESPUESTAS INMUNITARIAS FRENTE TUMORES Papel de los Tc y Th en la inmunidad tumoral IFN-γ → Activación de Macrófagos [email protected] [email protected] 10 RESPUESTAS INMUNITARIAS A TUMORES Papel de los anticuerpos y las NK en la inmunidad frente a tumores tumores Anticuerpos La opsonización de los tumores permite la fagocitosis por los macrófagos. Activación de la citotoxicidad celular mediada por anticuerpos (ADCC) en las células NK. Células NK Reconocimiento y destrucción de células tumorales que apenas expresan MHC de clase I. ADCC. Producción de IFN-γ → Activación de macrófagos. [email protected] [email protected] MECANISMOS DE EVASIÓN DE LOS TUMORES Por modulación antigénica. Presentar baja inmunogenicidad: Desaparición del antígeno tumoral de la superficie en presencia de anticuerpos séricos y reaparecer al disminuir dichos anticuerpos Por supresión de la inducida por el tumor: [email protected] Por carecer de péptidos antigénicos que se unan a moléculas MHC clase I. Por no expresar moléculas MHC en la superficie de las células tumorales. Por carecer de moléculas coestimuladoras (ej: ej: CD80). Por no expresar moléculas de adhesión. respuesta Secreción de citocinas inmunosupresora (TGF(TGF-ß). inmunitaria con acción [email protected] 11 MECANISMOS DE EVASIÓN DE LOS TUMORES Ausencia de expresión de MHC clase I en tumores [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Anticuerpos Ejemplos de antígenos de tumor que se han convertido en dianas para anticuerpos monoclonales en ensayos terapeúticos. terapeúticos. Especificidad del anticuerpo Forma de anticuerpo utilizado Ensayos clínicos HER-2/neu Monoclonal de ratón humanizado Monoclonal de ratón humanizado Cáncer de mama (aprobado para uso clínico) CD10 Monoclonal de ratón humanizado, inmunotoxina CEA Monoclonal de ratón humanizado Linfoma de células B; uso sistemático para purgar la médula ósea de las células tumorales residuales CD20 (marcador de células B) Linfoma de células B Cánceres gastrointestinales, cáncer de pulmón CEA125 Monoclonal de ratón Cáncer de ovario CD3 gangliosido Monoclonal de ratón humanizado Melanoma [email protected] [email protected] 12 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Anticuerpos Herceptin - Genentech - Anticuerpo humanizado monoclonal aprobado por la FDA (1998). - Anticuerpo contra el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico (HER-2). - Tratamiento del cáncer de mama metastático que sobre-expresa HER-2. - Tiene una incidencia en 25-30% de los casos y produce que la enfermedad sea más agresiva. - Generalmente acompañado por quimioterapia. - El índice de respuesta es del 20-30% y de 9 meses la media de la duración de la respuesta. Remisión completa (~2%). Mecanismos de acción? Herceptin produce un descenso en la expresión en superficie de HER-2, quizás sea el mecanismo por el que se inhibe el crecimiento in vitro. Herceptin es un potente activador de la ADCC. [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Anticuerpos •Inmunoterapia con anticuerpos monoclonales anti-antígenos tumorales: –libres y ligados a toxinas Inmunotoxinas: Ricino Difteria Toxina de Pseudomonas [email protected] Janeway et al.: Inmunobiología. © Masson, Barcelona, 2000 [email protected] 13 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Vacunas [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Células Dendríticas Dendritic cells capture killed tumor cells and present their antigens to elicit tumor-specific immune responses. Nouri-Shirazi M, Banchereau J, Bell D, Burkeholder S, Kraus ET, Davoust J, Palucka KA. The Journal of Immunology 165: 3797 – 3803. (2000) Dendritic Cells Acquire Antigens From Live Cells for Crosspresentation to CTL. Harshyne LA, Watkins SC, Gambotto A, and Barratt-Boyes SM. The Journal of Immunology, 166: 3717 – 3723, 2001. [email protected] [email protected] 14 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Células Dendríticas Matthias et al (1999) The Lancet 353:1188. Células dendríticas aisladas cargadas con antígeno (lisado tumoral) + KLH y reinfundidas a los pacientes (6 ciclos). [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Tratamiento con citocinas De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman FIGURE 22-12 Photomicrographs of cultured normal melanocytes (top) and cultured cancerous melanoma cells (bottom) in the presence (left) and absence (right) of tumor necrosis factor (TNF-α). Note that, in the presence of TNF-α, the cancer cells stop proliferating, whereas TNF-α has no inhibitory effect on proliferation of the normal cells. [From L. J. Old, 1988, Sci. Am. 258(5):59.] [email protected] [email protected] 15 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Activación de linfocitos con citocinas Tratamiento con estimulantes inespecíficos de la respuesta inmunitaria inmunitaria celular: ILIL-2 LAK (Lymphokine (Lymphokine Activated killers): killers): activación de linfocitos ex vivo con dosis altas de ILIL-2 LAKLAK-TILs: TILs: similar pero a partir del linfocitos infiltrantes peritumorales [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Activación de linfocitos con ILIL-2 Pruebas clínicas en pacientes con metástasis de melanoma o metástasis de cáncer renal. (prácticamente 100% fatal). NCI Prueba clínicas: 1985-1996, 409 pacientes tratados con altas dosis de IL-2. IL-2 Linfocitos aislados de sangre periférica 27 pacientes (6.6%) mostraron una completa regresión de todas las metástasis cancerosas, al menos desde el mes 39 al 148 desde el principio del tratamiento. Melanoma linfocitos +IL-2 durante 3 días La respuesta se asoció con la dosis de IL-2. “Si bien el 25% (101 de 409) de todos los pacientes había recibido previamente inmunoterapia, sólo el 2% de este grupo de pacientes presentó una respuesta completa (p< 0.05), sugiriendo que los pacientes que habían recibido inmunoterapia previamente fueron menos receptivos que los pacientes que no lo habían recibido. Células LAK Rosenberg et al. (1998) Ann. Surg. 228:307. [email protected] [email protected] 16 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Tratamiento de Melanoma con células LAK + ILIL-2 Antes Después [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Activación de linfocitos infiltrados con ILIL-2 Todos los tumores sólidos contienen linfocitos infiltrados. Esto linfocitos se denominan como TIL, linfocitos infiltrados en el tumor. Los TIL generalmente no median una respuesta anti-tumoral efectiva. Se han propuesto varias hipótesis para explicar porque los TIL no median ninguna respuesta efectiva contra los tumores, por ejemplo la producción de factores inmunosupresores por parte del tumor. Terapia propuesta: aislar los TIL a partir de los tejidos extraídos quirúrgicamente y reinfundirlos junto con citocinas. Los resultados de las pruebas clínicas: en metástasis de carcinoma renal, no se observaron diferencias entre pacientes que recibieron TIL + IL2 y pacientes que recibieron sólo IL2. (Figlin et al. (1999) J. Clin. Oncol. 17:2521). [email protected] IL-2 Obtención quirúrgica de un nódulo canceroso Linfocitos T Tumor +IL-2 [email protected] 17 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Tratamiento de Melanoma con TIL + ILIL-2 Antes Después [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Problemas asociados con las terapias con ILIL-2 Efectos tóxicos: fiebre, infiltración vascular general CD44 IL-2 Células endoteliales Linfocito T [email protected] [email protected] 18 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Terapias génicas Potenciación de la respuesta anti-tumoral: Inmunomodulación de la respuesta por inducción del gen para IL-2. Inducción de la expresión de moléculas que faciliten el reconocimiento antigénico: B7.1 (CD80) [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Terapias génicas La transfección de tumores con el gen de B7 o del factor de crecimiento (GM-CSF) aumenta la inmunogenicidad del tumor. [email protected] [email protected] 19 INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Terapias génicas Pistola de transfección utiliza un pulso de 15 Kg/cm2 para acelerar partículas de oro recubiertas de plásmido a través de las membranas celulares de las células del tumor renal. - Seigne et al. (1999) J. Urol. 162:1259. Controles no tratados Animales tratados con células + B7 Ratones normales tratados con células de melanoma que han sido transfectadas con el gen de B7. Posteriormente, los ratones tratados y los controles notratados fueron retados con células de mieloma maligno. [email protected] [email protected] INMUNOTERAPIA CONTRA EL CANCER Terapias génicas Pistola de transfección utiliza un pulso de 15 Kg/cm2 para acelerar partículas de oro recubiertas de plásmido a través de las membranas celulares de las células del tumor renal. - Seigne et al. (1999) J. Urol. 162:1259. Controles no tratados Animales tratados con células + B7 Ratones normales tratados con células de melanoma que han sido transfectadas con el gen de B7. Posteriormente, los ratones tratados y los controles no-tratados fueron retados con células de mieloma maligno. [email protected] [email protected] 20 Dr. Jorge Lloberas Departament de Fisiologia, Facultat de Biologia Parc Científic de Barcelona, IRBB [email protected] Actualització en Immunologia ICE de la Universitat de Girona 26 de novembre de 2004, Girona PROGRAMA IMMUNOLOGIA BATXILLERAT 1. El sistema immunitari. 2. Principals cèl·lules del sistema immunitari i la seva funció. 3. Mecanismes de defensa específica. 4. Tipus de vacunes i mecanisme d’actuació. 5. Trastorns i malalties relacionades amb la immunitat. [email protected] [email protected] ÍNDICE Historia. Principios y memoria. Respuesta Humoral y Respuesta Celular. Conceptos. Inmunización Activa e Inmunización Pasiva. Tipos de vacunas. Vacunas atenuadas y Vacunas inactivadas. Polio. Vacunas por subunidades. subunidades. Vacunas por vectores recombinantes. recombinantes. Vacunas de DNA. Vacunación sistémica. Sistema de presentación. Vacunas contra HIV. Beneficios y riesgos de la vacunación. [email protected] [email protected] 21 HISTORIA Hace mas de 2.000 años apareció la viruela (variola virus) en China (?) 710 a.C. – la viruela llega Europa Durante los siglos XVII y XVIII, la viruela fue la enfermedad infecciosa más importante en Europa. La mortalidad variaba entre 10 – 60%; mayoritariamente niños “La viruela siempre estuvo presente, llenando las iglesias de muertos, atormentando con constante temor a todo aquel que no ha enfermado, dejando en aquellos cuyas vidas perdonó las terribles trazas de su poder, cambiando al niño en un mutante al cual la madre le produce estremecimiento, y transformando los ojos y las mejillas de la doncella prometida en objeto de horror para su amante.” Macaulay TB. The History of England from the Accession of James II. Philadelphia: Source: http://www.beyond2000.com/news/jan_01/story_972.html Claxton, Remsen & Haffelfinger; 1800. [email protected] [email protected] HISTORIA Siglos XIV – XVII : en China se realiza la VARIOLIZACION -Se inhala polvo de costras de pústulas de viruela (o se introducen en zonas erosionadas de la piel) para protegerse de la viruela -Estas prácticas se realizan en ciertas regiones de Turquía en el siglo XVII http://www.immunisation.org.uk/history.html [email protected] [email protected] 22 HISTORIA 1714-1716 – Hechos publicados en Philosophical Transactions of the Royal Society (Emanuele Timoni y Giacomo Pilarino) 1718 – Lady Mary Wortley Montagu, esposa del embajador británico en Constantinopla, permite que sus hijas sean tratadas de esta forma. [email protected] [email protected] HISTORIA 1721 - Charles Maitland – cirujano inglés – se le otorga la licencia REAL para variolizar seis prisioneros – todos sobreviven y uno parece ser inmune a la viruela ya que no la contrae despues de ser expuesto a indviduos infectados. 1722 – La Princesa de Gales varioliza a sus hijas Æ el método se extiende rápidamente Beneficios de la variolización: 1721 – Boston – mortalidad del 14% en la enfermedad adquirida de forma natural, contra un 2,5% en individuos variolizados 1722 – Inglaterra – tasa de mortalidad por viruela en niños: 1/14 en no inoculados contra 1/91 en inoculados PERO El 2-3% de los individuos variolizados morían por la viruela, o eran fuente de nuevos focos de viruela, o morían por otras infecciones transmitidas durante el procedimiento [email protected] [email protected] 23 HISTORIA En esa época se sabía que los granjeros productores de leche que habían sufrido la viruela bovina era resistentes a la viruela humana. La viruela bovina es una enfermedad relativamente benigna tanto para humanos como para los bueyes. 1765 – El Dr. Fewster describe en la Medical Society of London que la variolización no tiene efecto alguno en individuos que han padecido previamente la viruela bovina. 1774 – Benjamin Jesty, un granjero, deliberadamente inocula a su mujer e hijos con viruela bovina para protegerlos de la viruela humana (Jesty había observado que los ordeñadores de su granja eran resitentes a la viruela). Jesty fue ridiculizado por sus vecinos – pero su familia jamás desarrolló la enfermedad en las siguientes epidemias de la enfermedad. [email protected] [email protected] HISTORIA En esa época se sabía que los granjeros productores de leche que habían sufrido la viruela bovina era resistentes a la viruela humana. La viruela bovina es una enfermedad relativamente benigna tanto para humanos como para los bueyes. 1765 – El Dr. Fewster describe en la Medical Society of London que la variolización no tiene efecto alguno en individuos que han padecido previamente la viruela bovina. 1774 – Benjamin Jesty, un granjero, deliberadamente inocula a su mujer e hijos con viruela bovina para protegerlos de la viruela humana (Jesty había observado que los ordeñadores de su granja eran resitentes a la viruela). Jesty fue ridiculizado por sus vecinos – pero su familia jamás desarrolló la enfermedad en las siguientes epidemias de la enfermedad. [email protected] [email protected] 24 HISTORIA Edward Jenner [email protected] [email protected] HISTORIA Su oportunidad llegó cuando en mayo de 1796, una ordeñadora llamada Sarah Nelmes desarrolló viruela vacunal a través del contacto con las vacas. Jenner sacó fluido de una pústula de la mano de Nelmes e inoculó a James Phipps, un niño saludable de ocho años. Él hizo 2 cortes superficiales de media pulgada en el brazo del niño y aplicó el fluido. Seis semanas más tarde inoculó al niño con el virus vivo de la viruela humana, pero el niño no enfermó. Meses más tarde Jenner volvió a exponer al niño al virus de la viruela humana a través de la variolación, sin causar enfermedad. Aparentemente Jenner también expuso a varias personas que habían tenido viruela vacunal al virus de la viruela humana, sin causar infección en ellos. Estos experimentos y observaciones llevaron a Jenner a concluir que efectivamente el virus de la viruela vacunal protegía contra la viruela humana. Como resultado, el infectar a personas con el virus de la viruela vacunal se convirtió en la vacuna contra la viruela humana. http://www.thebody.com/bp/sidaahora_oct01/jenner.html [email protected] http://www.pbs.org/wgbh/nova/cancer/images/disc_smallpox.jpg [email protected] 25 HISTORIA 1796 – Jenner envió un artículo a la Royal Society describiendo sus resultados sobre la capacidad protectora de la inoculación de la viruela vacunal frente a la viruela. La Royal Society rechazó su trabajo porque estaba “en desacuerdo con los conocimientos “ y era "increíble." La Royal Society le sugirió que “Mejor no promulgue sus salvajes ideas si aprecia su reputación” Jenner publicó él mismo sus trabajos, denominando al virus de la viruela vacunal como variolae vaccinae (derivado del Latín vaca, vaca) [email protected] [email protected] HISTORIA http://www.immunisation.org.uk/history.html Vacunación vs. Variolización - sin riesgo de padecer la viruela - pocos efectos secundarios Hacia el 1800, la vacunación fue ampliamente aceptada. [email protected] [email protected] 26 Bicentenario de la Real Expedición Filantrópica de la Vacuna (1803-1806) Una corbeta, denominada María Pita, zarpó de La Coruña el 30 de noviembre de 1803 con un equipo compuesto por dos cirujanos, cinco médicos, tres enfermeros y 22 niños expósitos, todos bajo la dirección de Francisco Xavier Balmis, siendo subdirector, José Salvany Lleopart. El virus se mantiene vivo pasándolo de niño a niño siguiendo la técnica "brazo a brazo" de Jenner. Además transportan una carga de linfa de vacuna guardado entre placas de vidrio selladas, así como miles de ejemplares de un tratado que explicaba cómo vacunar y conservar la linfa. LIBRO ELECTRÓNICO http://www.aeped.es/balmis/libro-balmis.htm [email protected] [email protected] Bicentenario de la Real Expedición Filantrópica de la Vacuna (1803-1806) Se tiene un conocimiento detallado de las etapas y de las vicisitudes del viaje. Por ejemplo, cómo en Cartagena de Indias se llevaron a diez niños del orfanato para que transportaran la vacuna por el sistema de brazo a brazo. Se ha recogido también el número exacto de vacunaciones hechas en cada lugar, por ejemplo: 56.000 en Colombia, 7.000 en Cuenca (Ecuador), 22.726 en el reino de Perú. Los indios de Tunja se resistieron abiertamente a la vacunación y murieron en su mayoría mientras que de los 2.000 vacunados sólo murieron cinco. [email protected] El mismo Jenner tuvo conocimiento cercano de la expedición y en una carta fechada en 1806 se refería a ella en estos términos: "No me imagino que en los anales de la historia haya un ejemplo de filantropía tan noble y tan extenso como éste". [email protected] 27 HISTORIA [email protected] [email protected] HISTORIA - La viruela fue erradicada oficialmente de la Tierra en 1977. El último caso de viruela (ocasionado de forma natural)-Ali Maow Maalin de Somalia. [email protected] [email protected] 28 PRINCIPIOS Y MEMORIA [email protected] [email protected] PRINCIPIOS Y MEMORIA Respuesta humoral [email protected] [email protected] 29 PRINCIPIOS Y MEMORIA Respuesta celular [email protected] [email protected] CONCEPTOS Inmunidad Resistencia Adquirida Natural Pasiva Artificial [email protected] Natural Activa Artificial Natural [email protected] 30 CONCEPTOS Inmunización pasiva Inmunización Pasiva - Inmunización que provee protección contra un pero no FUENTE DEpatógeno específico, ENFERMEDAD INDICACIÓN se requiere que el receptor desarrolle una respuesta inmunitaria activa. ANTICUERPOS - Se obtiene por transferenciaHumano, de anticuerpos Difteria, tetanus caballo(o células).Profilaxis, terapia Varicela zooster Generalmente se utiliza si: Humano Inmunodeficiencias Gangrena gaseosa Caballo Post-exposición - Es necesaria una inmunización inmediata (p.e. antitoxina tetánica), o Botulismo, picadura de Humano Post-exposición - Se trata de una persona inmuno-suprimida y es incapaz de generar una serpiente, escorpion, rabia, respuesta inmunitaria La transferencia de los anticuerpos maternos por vía placentaria Hipogama-globulinemia Humano Profilaxiso por vía de amamantamiento también se consideran ejemplos de inmunización pasiva. [email protected] [email protected] CONCEPTOS Inmunización pasiva Inmunización Pasiva - Inmunización que provee protección contra un patógeno específico, pero no se requiere que el receptor desarrolle una respuesta inmunitaria activa. - Se obtiene por transferencia de anticuerpos (o células). Generalmente se utiliza si: - Es necesaria una inmunización inmediata (p.e. antitoxina tetánica), o - Se trata de una persona inmuno-suprimida y es incapaz de generar una respuesta inmunitaria La transferencia de los anticuerpos maternos por vía placentaria o por vía de amamantamiento también se consideran ejemplos de inmunización pasiva. [email protected] [email protected] 31 CONCEPTOS Inmunización pasiva ARTIFICIAL NATURAL Figure 14.1 [email protected] [email protected] CONCEPTOS Inmunización pasiva Ventajas Desventajas protección a corto plazo enfermedad del suero protección inmediata [email protected] riesgo de hepatitis o SIDA enfermedad del injerto contra el huesped (GVHD, sólo en caso de injerto celular) inmunosupresión mediada por anticuerpos [email protected] 32 CONCEPTOS Inmunización activa: VACUNACIÓN - Inmunización con la totalidad o parte de un patógeno de forma que se provoca una respuesta inmunitaria protectora en el receptor. - Se trata de inducir una respuesta primaria contra un patógeno sin que sea necesario estar expuesto a la forma virulenta del patógeno. Si encontramos la forma virulenta del patógeno, el individuo genera una respuesta secundaria y el patógeno es eliminado rápidamente. Puede suceder de forma natural en exposiciones a infecciones subclínicas, o puede suceder de forma artificial mediante la utilización de sistemas de vacunación diversos. [email protected] [email protected] TIPOS DE VACUNAS Vacunas vivas atenuadas Vacunas inactivadas Vacunas por subunidades: Péptidos, toxoides y polisacáridos. Vacunas de vectores recombinantes Vacunas de DNA Vacunas basadas en células dendríticas [email protected] [email protected] 33 VACUNAS ATENUADAS O INACTIVADAS VACUNAS ATENUADAS Inoculación con un microorganismo capaz de replicar. Microorganismo avirulento (no patogénico). Obtenido por pases en diversos cultivos de tejidos o diferentes huéspedes para perder virulencia. Inoculación con organismos relacionados para desencadenar reacciones cruzadas (inmunización contra la viruela con viruela bovina o virus vaccinia). vaccinia). VACUNAS INACTIVADAS Microorganismos sin capacidad de replicación. Inactivados por medio de calor o químicamente (formaldehído). [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] VACUNAS ATENUADAS VENTAJAS Infección subclínica que mimetiza la infección normal. Menor masa antigénica: el microorganismo infecta y replica. Activa todos los mecanismos del sistema inmunitario. Pueden tanto activar IgG humorales como IgA locales de mucosa. Se generan respuestas contra todos los antígenos. Inmunidad más duradera; mayor reacción cruzada. Activa en una sola dosis. DESVENTAJAS Reversión a mutantes virulentos. Puede producir la enfermedad. Efectos secundarios: fiebre, picores, etc. Interferencia: una infección preexistente puede evitar el establecimiento de la cepa vacunal. Dificultades en el transporte y almacenamiento. Peligrosas para individuos inmunodeficientes. [email protected] [email protected] 34 VACUNAS INACTIVADAS VENTAJAS Genera suficiente inmunidad humoral si hay dosis de recuerdo. No hay mutaciones o reversiones. Pueden ser usadas en personas inmunodeficientes. Vacunas polivalentes: múltiple vacunas administradas a la vez. Son estables al transporte y almacenamiento. Menores problemas con contaminaciones de otros microorganismos. DESVENTAJAS Muchas vacunas no generan inmunidad. Necesidad de dosis de recuerdo. Desarrollo pobre de la inmunidad de mucosas (importante). Mayor coste. Fallo en la inactivación pueden potenciar la enfermedad. Se requiere una mayor masa antigénica. Deben ser administradas por inyección. [email protected] [email protected] POLIO Enterovirus de picornaviridae (ssRNA). ssRNA). 3 tipos antigénicosantigénicos- 1,2,&3, sin reacción cruzada. El virus de la Polio ha existido desde hace 3.000 años, pero en Europa y en U.S.A. U.S.A. solo han habido epidemias a finales del siglo XIX y comienzos del XX. Se piensa, irónicamente, que estas epidemias se han debido a los avances en la higiene pública, de modo que los niños ahora son expuestos a la primera infección cuando son demasiado mayores. El virus de la Polio inicialmente infecta células del intestino y se replica en esas células. En el 99% de los casos, los síntomas se limitan a una diarrea transitoria. En el 1% de los casos, el virus pasa al torrente sanguíneo. Infecta a las neuronas motoras y puede producir parálisis asimétrica o la muerte. Mortalidad del 40% si hay afección respiratoria. Sabin vs Salk 1954 epidemia de virus de la polio tipo 1. [email protected] [email protected] 35 POLIO Sabin vs Salk 1935 – Prueba de vacuna con 17.000 niños utilizando extractos de cerebro de mono infectado tratados con formaldehido. Doce de estos niños contrajeron la polio y seis murieron. 1937 - Edwin Schultz utiliza una vacuna en spray nasal con 5.000 niños en Toronto. Bastantes niños perdieron el olfato de forma permanente. 1954 - Salk demuestra inmunidad duradera a la polio en receptores de preparaciones de virus de la polio inactivados. 1954 – 1.730.000 de niños en edad escolar participan en las pruebas de la vacuna de Salk. 1955 – La vacuna de Salk se declara efectiva en un 90% y segura. Siete días después del anuncio de éxito de las pruebas empieza la inmunización de los escolares. 1955 – El “Incidente Cutter”- Un lote de vacuna mal tratado en los Laboratorios Cutter deja 250 casos de poilio y 11 muertos. 1955-1960 – La vacuna de Salk es ampliamente utilizada. [email protected] [email protected] POLIO Sabin vs Salk Vacuna Inactivada (Salk) [email protected] [email protected] 36 POLIO Sabin vs Salk 1956 - Albert Sabin trabaja con una vacuna del virus vivo. 1957 - Sabin comienza pruebas de campo con la vacuna viva en la USSR y en Europa del Este. 1961 – La Asociación Médica Americana aprueba el uso de la vacuna oral de Sabin antes de que las pruebas de campo en America hayan empezado. Una vez se adoptó la vacuna de Sabin se llamó a todo el mundo para su revacunación. LA CONTROVERSIA SALK VERSUS SABIN “En Septiembre de 1954 practicamente todos los virólogos y epidemiólogos especialistas en Polio a nivel mundial estaban en Roma en la Tercera Conferencia Internacional sobre Poliomielitis. La atmosfera que se respiraba correspondía más a la de la corte de los Borgia en la Florencia del Renacimiento que a la de una reunión científica. Pocos esfuerzos se hicieron para conciliar las posturas de la escuela del virus-vivo con la escuela del virus-muerto, y abundaron más las intrigas de pasillo y las maniobras de los conciliabulos. La Objetividad Científica fue solo una frase de libro de texto para los seguidores de Sabin o Salk, que sólo se preocupaban en descalificar al oponente por razones de política….” - de “Trial by Fury” de Aaron Klein. [email protected] [email protected] POLIO Reciproco del título de anticuerpos contra el virus Sabin vs Salk 512 128 32 Vacuna Atenuada (Sabin) IgG en suero IgM en suero IgM en suero IgA Nasales IgA en suero 8 IgA en suero 2 IgA en Duodeno IgA Nasales y en duodeno 1 48 Vacunación [email protected] IgG en suero Vacuna Inactivada (Salk) 48 96 Días 96 Vacunación [email protected] 37 POLIO Sabin vs Salk Porqué utilizar la vacuna de Sabin?: Inmunidad local: La vacuna trabaja como una infección natural. La vacuna detiene la replicación a nivel del tracto intestinal, por lo tanto la replicación viral se anula TOTALMENTE. La vacuna de Salk no tiene ningún efecto a nivel de replicación viral en el intestino. No hay inactivación selectiva. Reacción cruzada elevada incluso en presencia de deriva antigénica. Inmunidad a largo término. [email protected] [email protected] POLIO Sabin vs Salk Vacuna Inactivada (Salk) Vacuna atenuada (Sabin) [email protected] [email protected] 38 POLIO Sabin vs Salk 1954 – 21.000 casos 1991 - 6 casos 1979 – Ultimos casos de infección por polio en USA (individuos no vacunados en comunidades Amish. 1979-1999 – 5 -10 casos anuales de polio asociados con los procesos de vacunación. Durante 21 años, los únicos casos de polio en USA han sido inducidos por la vacunación. La reversión de la cepa atenuada tiene una frecuencia de 1 caso cada 4-5 millones de dosis. 1998 – El CDC recomendó la vacuna de Salk para los dos primeras dosis y la de Sabin para las dos últimas dosis. 2000 – El CDC finalmente recomendó la vacuna de Salk totalmente en la vacunación de niños (poniendo en duda las recomendaciones de los ultimos 21 años hechas para la vacuna de Sabin). [email protected] [email protected] ATENUACIÓN CONTROLADA Ingeniería genética A B C A Vector lanzadera A B C C A Vector lanzadera defectivo C B A C A C A C Obtención de un “knock out” del gen de la gE de BHV-1 [email protected] [email protected] 39 VACUNAS POR SUBUNIDADES De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] [email protected] VACUNAS POR SUBUNIDADES Toxoides Toxina Toxoide Modificación química (formaldehido) Actividad tóxica Determinantes antigénicos Generación de anticuerpos que bloquean las exotoxinas. [email protected] [email protected] 40 VACUNAS POR SUBUNIDADES Polisacáridos La virulencia de algunas bacterias depende de las propiedades antifagocíticas de los polisacáridos de sus cápsulas. Si se opsonizan con Ab´s y complemento se aumenta la fagocitosis. Con la utilización de polisacáridos se induce la formación de anticuerpos opsonizantes LIMITACIONES No se activa una respuesta Th, ya que se activan linfocitos B de forma Tindependiente de tipo 2. Por ello, sólo se generan IgM, apenas hay cambio de clase, no hay maduración de la afinidad, y Prácticamente no hay memoria. MEJORAS Utilización de polisacáridos unidos a proteínas portadoras (toxinas), se induce el cambio de clase y la memoria B, pero no se induce memoria T. [email protected] [email protected] VACUNAS POR SUBUNIDADES Proteínas recombinantes Aislamiento de genes que codifican para proteínas inmunogénicas. Proteínas de superficie de bacterias, virus o protozoos, expresadas en bacterias, levaduras, células de insecto o sistemas de expresión de mamíferos, para ser utilizados como antígenos. Hasta ahora la única vacuna diseñada de esta forma es contra la Hepatitis B. Vacuna que induce la formación de anticuerpos neutralizantes. INCONVENIENTES Hay muchas proteínas que pueden tener epítopos inmunosupresores. La respuesta en forma de Ab’s a veces no es la más efectiva. No genera defensa contra mutaciones o deriva antigénica. Problemas de presentación, haplotipos diferentes implican péptidos presentados diferentes. [email protected] [email protected] 41 VACUNAS VECTORES RECOMBINANTES Utilización de virus como vectores para diseñar vacunas recombinantes. En 1982 se sugirió, dado que el virus vaccinia había sido utilizado ampliamente y era seguro (vacuna de la viruela), podría ser utilizado como vector para llevar genes extraños y poder inmunizar contra otros patógenos. Esto significa: Combinar las ventajas de una inmunización con un virus vivo relativamente seguro. Se elimina la necesidad de crear cepas atenuadas de muchos patógenos. Elimina el riesgo de infectar personas vacunadas con patógenos virulentos. De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] [email protected] VACUNAS VECTORES RECOMBINANTES Ventajas: Barato de producir y administrar. Estable. Una sola inoculación. Administración oral. Estimula tanto la respuesta humoral como la celular. Los poxvirus tienen un gran genoma, pueden expresar una gran cantidad de genes extraños. Desventajas: El virus vaccinia puede llevar a la muerte a individuos inmunodeficientes. Para ello se han utilizado poxvirus aviares (viruela aviar, viruela del canario) como vectores. Estos virus pueden infectar células de mamífero pero no pueden producir nuevos viriones en células de mamífero. Los virus recombinantes pueden tener alterado el tropismo o patogenicidad. Pueden infectar otra especies. Pueden recombinar con otros virus, quizás generar nuevas enfermedades. [email protected] [email protected] 42 VACUNAS DE DNA Making a genetic vaccine: from Genetic Vaccines: Scientific America, 1999 by David B. Weiner and Ronald C. Kennedy [email protected] [email protected] VACUNAS DE DNA [email protected] De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] 43 VACUNAS DE DNA Los plásmidos se pueden producir en grandes cantidades. El DNA es muy estable. El DNA resiste a temperaturas extremas luego el transporte y el almacenamiento es fácil. La secuencia del DNA puede cambiarse con facilidad en el laboratorio, eso significa una rápida respuesta a los cambios en el agente infeccioso. Utilizando un plásmido, la/s proteína/s antigénica/s son producidas y procesadas (posttranscripcionalmente modificadas) del mismo modo que las proteínas de los virus o bacterias. Su ruta de procesamiento se pueden dirigir mediante secuencias adecuadas. De forma que esta vía genera antígenos de una forma mucho más ágil que si se tienen que obtener los antígenos de forma recombinante. Producción de anticuerpos anti-nucleoproteína Influenza A – inyectados con un plásmido. El ratón también desarrollo una respuesta CTL. B. Ulmer et al. (1993) Heterologous Protection against Influenza by Injection of DNA Encoding a Viral Protein. Science, 259:1745-1749. [email protected] [email protected] VACUNAS DE DNA Supervivencia de ratones inmunizados con DNA, después de ser retados con una dosis letal media de 102.5. de virus A/HK/68. Los ratones fueron inmunizados tres veces a intervalos de tres semanas con el plásmido V1-NP DNA (círculos plenos) o plásmido vacío (círculos vacíos) y controles no inyectados (triángulos vacíos), fueron retados 3 semanas después de la última inmunización. El % de supervivencia se muestra en grupos de nueve a diez animales. Se pueden utilizar mezclas de plásmidos que codifican para diferentes proteínas de forma que se obtengan inmunizaciones de amplio espectro. El plásmido no replica y solo codifica para proteínas de interés. No se lleva a cabo ninguna respuesta contra el mismo vector. Se genera una respuesta CTL contra cada uno de los antígenos del patógeno. La respuesta CTL también es útil contra bacterias patógenas intracelulares obligadas (p.e. Mycobacterium tuberculosis). [email protected] [email protected] 44 VACUNAS DE DNA Posibles Problemas Integración potencial del plásmido en el genoma de huésped, generando una posible mutagénesis insercional. Inducción de respuestas autoinmunes (p.e. anticuerpos anti-DNA patogénicos). Inducción de tolerancia inmunológica (p.e. donde la expresión del antígeno en el huésped puede dirigir una falta de respuesta contra ese antígeno). [email protected] [email protected] Vacunas por genética reversa GENES CLONADOS H1 N1 Nueva Cepa H5N1 H5 Clonaje Transfección Nueva Cepa H5N1 Producción Nueva Vacuna en 3 meses [email protected] Inactivación http://www.biomedcentral.com/news/20030227/04/ [email protected] 45 VACUNAS BASADAS EN CÉLULAS DENDRÍTICAS TEMA CANCER [email protected] [email protected] VACUNACIÓN SISTÉMICA [email protected] [email protected] 46 VACUNACIÓN SISTÉMICA Vacunas contra virus [email protected] [email protected] VACUNACIÓN SISTÉMICA Vacunas contra bacterias [email protected] [email protected] 47 SISTEMA DE PRESENTACIÓN [email protected] [email protected] SISTEMA DE PRESENTACIÓN De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] [email protected] 48 SISTEMA DE PRESENTACIÓN De: IMMUNOLOGY J. KUBY 5TH EDITION,2002 Ed. W.H. Freeman [email protected] [email protected] SISTEMA DE PRESENTACIÓN Scanning electron micrograph of microspheres bar 100 µm [email protected] [email protected] 49 SISTEMA DE PRESENTACIÓN Demostración de la microencapsulación de virus marcados con fluoresceína FLUORESCENCIA REFLEXIÓN [email protected] [email protected] SISTEMA DE PRESENTACIÓN Cinética de la fagocitosis de microesferas que contienen virus [email protected] 30 min 1 hora 6 horas 5 días [email protected] 50 SISTEMA DE PRESENTACIÓN [email protected] [email protected] SISTEMA DE PRESENTACIÓN Efecto de la co-administración de genes de las citocinas en la respuesta inmunitaria a la inmunización génica. Gen co-administrado IL-1 TNF-alfa TNF-beta GM-CSF Ab + + + + CTL + + + + IL-2 IL-12 IL-15 IFN-gamma + + - + + + no realizado IL-4 IL-5 IL-10 + + + sin efecto sin efecto De: Cohen, A.D. et al (1998) Modulating the immune response to genetic immunization. FASEB J. 12:1611-1626 [email protected] [email protected] 51 VACUNAS CONTRA HIV [email protected] [email protected] Características del VIH Variabilidad: impensable hasta ahora [email protected] [email protected] 52 Proceso de infección Tipos de células Para ser susceptible al HIV, las células han de expresar tanto el CD4 como un receptor de quimiocinas apropiado. Diferentes cepas de HIV necesitan diferentes receptores de quimiocinas. Células T CD4+ Macrófagos Monocitos Células dendríticas Células de la microglía [email protected] [email protected] EFECTIVIDAD DEL HAART [email protected] [email protected] 53 INHIBIDORES DE FUSIÓN [email protected] [email protected] PROPUESTAS FUTURAS FUTURO [email protected] ACTUALIDAD [email protected] 54 VACUNAS CONTRA HIV Plasmido Viruela del canario Plasmido Viruela del canario [email protected] [email protected] BENEFICIOS Y RIESGOS Incidencia relativa de complicaciones graves producidas por enfermedades y por las vacunas utilizadas en la prevención de estas enfermedades. VacunaVacuna-Enfermedad Complicación Enfermedad Vacuna Polio (Sabin (Sabin)) Paralisis 1-5/1000 1/1,000,000 Sarampión Encefalitis 1/1000 1/1,000,000 Varicela Ataxia Cerebelar 4/1000 1/1,000,000 [email protected] [email protected] 55 BENEFICIOS Y RIESGOS En 1994 por cada dólar gastado en la administración de la vacuna de Sabin se ahorraron 3,4 dólares en costes médicos directos y 2,74$ en costes sociales indirectos. Por cada dólar gastado en la adquisición de la vacuna contra el sarampión ahorró 10,3 $ de costes médicos y 3,2 $ de cotes sociales indirectos. Los U.S.A. recuperan sus inversiones a nivel mundial en la erradicación de la viruela cada 26 días. [email protected] [email protected] BENEFICIOS Y RIESGOS [email protected] [email protected] 56 BENEFICIOS Y RIESGOS Tosferina (Pertusis) Pertusis) 13.000 casos, 41 muertos [email protected] Figuras de Gangarosa et al (1998) Lancet 351:356-361 [email protected] BENEFICIOS Y RIESGOS [email protected] [email protected] 57
