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Programa 5: Desarrollo preclínico y evaluación de vacunas, anticuerpos y microbicidas contra el VIH

Coordinador: Felipe García
Co-coordinador:  Javier Martínez-Picado

Introducción

El advenimiento de la terapia antirretroviral (ARV) ha reducido significativamente la morbilidad y la mortalidad de la infección por VIH-1. Además, la cantidad de personas que reciben terapia antirretroviral continúa aumentando, y la evidencia reciente de ensayos clínicos ha confirmado el poderoso impacto que los medicamentos antirretrovirales pueden tener en la pandemia del SIDA como parte de una opción efectiva para la prevención del VIH. Como consecuencia de los esfuerzos preventivos y terapéuticos, la incidencia mundial de la infección por el VIH se ha estabilizado y ha comenzado a disminuir en muchos países. Sin embargo, a pesar de estos éxitos, el ART actual tiene varias limitaciones. Esto implicará que si no se encuentran alternativas, muchas personas nuevas se infectarán y muchos pacientes infectados con VIH morirán en los próximos años. El desarrollo de nuevas vacunas preventivas, junto con otras herramientas biológicas preventivas (como anticuerpos y microbicidas) son necesarias para controlar la epidemia. Además, la cura funcional se ha convertido en una prioridad de investigación en el campo del VIH. Las vacunas terapéuticas para mejorar la respuesta inmune en pacientes infectados por VIH podrían ayudar a lograr este objetivo.

Además, las colaboraciones extensas con otros grupos nacionales (tanto miembros o no de RIS) como grupos y redes internacionales (EHVA, EAVI, HIVACAR, iHIVARNA, Fundación Gates, ...) son muy importantes para el logro de nuestros objetivos.

En base a este escenario, el Programa de vacunas, anticuerpos y microbicidas contra el VIH de RIS se centra en los siguientes objetivos.

  1. Desarrollar estrategias biológicas para prevenir o contribuir a la cura de la infección por el VIH. El objetivo sería desarrollar inmunógenos de VIH capaces de inducir una respuesta inmune celular y humoral efectiva mediante diferentes enfoques. Además, planeamos desarrollar un nuevo prototipo de microbicidas. Utilizaremos modelos animales y ensayos celulares in vitro para probar la inmunogenicidad de los prototipos desarrollados previamente y los mejores candidatos para vacunas se incluirán en los ensayos clínicos (Programa 3).
  2. Para detectar y caracterizar anticuerpos ampliamente neutralizantes. Los anticuerpos con la capacidad de neutralizar el VIH de manera amplia y potente son raros. Además, la inducción de este tipo de anticuerpos se ha demostrado como el desafío más importante en el desarrollo de una vacuna preventiva eficaz contra el VIH. Además, en los últimos años algunos bNAbs se han aislado de personas infectadas con VIH. Estos anticuerpos se han convertido en una herramienta esencial para proteger y controlar la infección por VIH. De hecho, diferentes ensayos clínicos recientes o en curso están tratando de demostrar su eficacia. Seguiremos el estudio de nuevos bNAbs para ser utilizados como una herramienta preventiva o terapéutica y ser complementarios al estudio de nuevas vacunas preventivas y terapéuticas (WP3).
  3. Para mejorar nuestra comprensión de la patogénesis del control y la protección de la infección por VIH (en colaboración con el programa 4: Inmunopatogenia de la infección por VIH). A pesar de todos los años de investigación sobre la inmunopatogenia del VIH, no hay datos claros disponibles para explicar qué mecanismo podría colaborar para controlar y proteger eficazmente la infección por el VIH. Para abordar este problema, crearemos una plataforma para evaluar las respuestas inmunitarias celulares y humorales inducidas por vacunas en los ensayos clínicos realizados en el Programa 3. Además, es necesario encontrar nuevas herramientas para descubrir marcadores de respuesta para predecir aquellos pacientes con mayor probabilidad de respuesta respuesta e intentar inducir aquellas respuestas inmunes que podrían ser cruciales en el control de la infección por VIH. Planeamos estudiar la influencia del microbioma y otros marcadores sustitutos transcriptómicos e inmunitarios de la respuesta a las vacunas. Esto es obligatorio para mejorar aún más nuestro conocimiento sobre la protección y el control de la infección por el VIH.

Estos objetivos se basan en los antecedentes científicos previos de los miembros de RIS, pero también en diferentes estructuras y vínculos con otros programas que se han establecido en los últimos años:

  1. Un BioBank centralizado, que representa el esfuerzo de colaboración de todos los grupos involucrados en la red.
  2. Una estrecha colaboración con los programas 3 y 4. El Programa 3 tiene el WP 3 dedicado a realizar ensayos clínicos para probar nuevos inmunógenos, microbicidas o estudios de prueba de concepto para evaluar la relevancia de diferentes marcadores en la infección por VIH.

Paquetes de trabajo

Paquete de trabajo 1 (WP1): Prototipos de inmunógenos, vectores y adyuvantes del VIH

Líder: Mª Angeles Muñoz

Descubrimiento de prototipos de inmunógenos, vectores y adyuvantes del VIH.

  • Nuevos insertos para ser incluidos en los diferentes vectores. Compararemos la efectividad para inducir respuestas robustas y amplias de células T de diferentes conceptos de selección de epítopos del VIH-1 para ser expresados o codificados por una vacuna para redirigir respuestas de células T específicas del VIH-1 contra objetivos vulnerables del virus asociado con control viral frente a un inserto de consenso más clásico.
  • Vectores. Tenemos la intención de continuar trabajando en algunos enfoques clásicos como vectores bacterianos (BCG y MTBVAC), vectores virales (MVA, chimpadenovirus), ADN o VLP. Además, desarrollaremos nuevos vectores innovadores para probarlos como vacunas preventivas y terapéuticas, como lo podrían ser los vectores de ARN. 
  • Adyuvantes. Algunos de estos vectores deben coformularse para mejorar su efectividad o para dirigirse a las células dendríticas (DC). Planeamos trabajar con diferentes nanopartículas y moléculas para apuntar a las células dendríticas en las vacunas basadas en ARN
  • Microbicidas. Basado en el andamio de dendrímeros de carbosilano de segunda generación construido a partir de un núcleo de átomos de silicio.

Paquete de trabajo 2 (WP2): Modelos "in vitro" y de animales pequeños para probar prototipos

Líder: Montserrat Plana

  • La absorción “in vitro” y la actividad inmunológica de diferentes vectores. Planeamos generar un modelo de células dendríticas (DC) “in vitro” para estudiar la presentación, captura, inmunofenotipo, capacidad de migración y cambios de inmunidad innata inducidos por inmunógenos en DC.
  • Eficiencia in vivo. Se usarán animales pequeños (ratones y conejos) para probar la inmunogenicidad y la seguridad de los prototipos desarrollados en el objetivo 1. Los modelos humanizados y de ratones SCID desarrollados en WP1 también se usarán para estudiar la respuesta inmune celular y humoral inducida y la distribución de inmunógenos.
    1. Realizaremos un análisis comparativo de las respuestas inmunes de células B y T desencadenadas por los diferentes vectores en un modelo de ratón Balb / c, en comparación con los vectores antiguos, para definir el inmunógeno de vector de mejor clase.
    2. Estos modelos ayudarán al establecimiento de parámetros inmunes (anticuerpos, células T, fenotipos celulares) en un modelo de ratón y a la selección del mejor protocolo de cebado / refuerzo de vectores en combinación desarrollado por otros grupos.
    3. Se utilizará un modelo animal de conejo para estudiar la respuesta inmune humoral inducida por las VLP generadas en WP1. Se usarán IgG purificadas de animales inmunizados para evaluar la amplitud de neutralización y para mapear los epítopos reconocidos por los anticuerpos inducidos.
    4. Finalmente, se utilizarán modelos de BLT-ratones, ratas y conejos humanos para estudiar microbicidas contra la infección por VIH a nivel vaginal y recto.  

Paquete de trabajo 3 (WP3): Detección y caracterización de bNAs de VIH

Líder: Eloísa Yuste

  • Identificaremos respuestas ampliamente neutralizantes en diferentes grupos de pacientes. Los patrones de neutralización y los epítopos reconocidos por los sueros de estos pacientes se caracterizarán
    • Caracterización de respuestas neutralizantes con diferentes paneles de virus recombinantes y pseudovirus en diferentes grupos de pacientes con VIH-1. La actividad neutralizante se evaluará mediante ensayos de neutralización basados en virus recombinantes de Env HIV-1 que expresan un informador de luciferasa. Tenemos un panel de virus recombinantes con diferentes subtipos que representan la diversidad global del VIH-1. La infectividad del virus se determinará 48 horas después de la inoculación midiendo la cantidad de actividad luciferasa expresada en las células infectadas. La capacidad de los sueros / anticuerpos para neutralizar la infección viral se evaluará como el porcentaje de inhibición de la replicación viral en cada dilución de suero / anticuerpo en comparación con un control negativo de anticuerpo. Se seleccionarán sueros de pacientes capaces de neutralizar al menos un virus de tres subtipos diferentes con un ID50 mínimo de 100 para una mayor caracterización.
    • Se estudiará el mapeo de epítopos de sueros que muestran las especificidades de bNAb de amplitud de neutralización más amplias dirigidas contra epítopos principales. 1-Mapeo de sintonía fina de anticuerpos anti MPER usando construcciones gp41. 2-Análisis de anticuerpos CD4bs mediante ELISA utilizando gp120 mutado y un ensayo funcional basado en citometría de flujo competitivo. 3- Detección de anticuerpos neutralizantes dependientes de glicanos mediante ensayos de neutralización con virus mutados.
    • Estudio de la neutralización de célula a célula en los sueros que muestran la amplitud de neutralización más amplia.
    • La capacidad del suero para proteger las células T CD4 de la transferencia, fusión o muerte de célula a célula cuando se cocultiva con células 293T productoras de VIH se determinará con un ensayo de transferencia de células de célula a célula previamente descrito.
  • Aislaremos y caracterizaremos nuevos anticuerpos ampliamente neutralizantes de pacientes con una amplia y potente respuesta inmune humoral al VIH. La población de células B se caracterizará y se aislarán anticuerpos monoclonales a partir de células B específicas de antígeno. Además, los epítopos reconocidos por estos anticuerpos serán mapeados.
    • Aislamiento de anticuerpos monoclonales de pacientes que mostraron las respuestas neutralizantes más amplias. Utilizaremos un método basado en la selección de células B que expresan IgG capaces de unirse a las proteínas de la envoltura del VIH en su conformación trimérica nativa que se expresan en la superficie celular.
    • Caracterización de respuestas neutralizantes con los paneles de virus e identificación de anticuerpos con las respuestas neutralizantes más amplias (bNAbs). Seleccionaremos los anticuerpos capaces de neutralizar al menos un virus de tres subtipos diferentes para su posterior caracterización.
    • Análisis de secuencia de los genes de inmunoglobulina bNAb para determinar el nivel de mutación somática y la longitud de las regiones HCDR3.
    • El mapeo de epítopes de bNAbs aislado, el análisis de la capacidad de los anticuerpos monoclonales seleccionados para proteger las células T CD4 de la transferencia de células a células, la fusión o la muerte se determinará, el análisis de la diversidad viral en pacientes con bNAbs aislados.

Paquete de trabajo 4 (WP4): Plataformas de respuesta inmunológica en animales y humanos

Líder: José M. Benito

Constituiremos una plataforma de laboratorio de referencia para la evaluación de ensayos de vacunas. Ofreceremos un catálogo de técnicas para evaluar las respuestas inmunes inducidas por vacunas.

  • Respuesta inmune celular (innata y adquirida). La detección de citocinas proinflamatorias, Elispot, tinción intracelular, capacidad proliferativa, paneles de citometría de flujo para estudiar las células T de memoria y los ensayos de replicación de la inhibición de virus se realizarán en sangre periférica y mucosas. Además, desarrollaremos un nuevo análisis de citometría de flujo ("flujo potenciado") en el que combinaremos varios marcadores en el mismo canal de un citómetro de flujo y, por lo tanto, podremos detectar muchas más funciones efectoras que con los enfoques convencionales. Esto proporcionaría una tecnología novedosa para el control inmune en los ensayos de vacunas en los que es posible que no conozcamos a priori el perfil de función del efecto de las respuestas inducidas por la vacuna.
  • Respuestas inmunes humorales. Determinación de respuestas sistémicas de IgG o IgA contra gp120, anticuerpos MPER y anticuerpos antiCD4bs mediante ELISA. También estudiaremos la respiración de neutralización asociada a IgG contra un panel de virus recombinantes con sobres de 5 subtipos diferentes. También probaremos la capacidad de reconocer (mediante ELISA y ensayos de neutralización) la proteína de la envoltura viral incluida en el prototipo de vacuna en plasma de individuos vacunados. En pacientes que muestran una respuesta inmune humoral significativa, estudiaremos la neutralización contra virus autólogos utilizando un nuevo método patentado basado en el uso de virus recombinantes, incluido el gen de la envoltura autóloga amplificado a partir del plasma del paciente y el gen informador Renilla luciferasa.
  • Estandarización de la metodología. Coordinaremos los ensayos entre los laboratorios de RIS y constituiremos una plataforma para la evaluación de ensayos de vacunas. Usaremos estándares internacionales disponibles e intercambiaremos muestras de referencia para realizar controles de calidad. Además, certificaremos la metodología utilizada por las acreditaciones nacionales y / o internacionales.
  • Escape viral en respuesta a las vacunas. Las secuencias virales se analizarán en la muestra del punto de tiempo previo a la vacunación, a partir de la primera muestra de interrupción del tratamiento analítico posterior (ATI) con virus plasmático detectable y al final de la ATI. El objetivo es determinar si el rebote de virus en pacientes vacunados y control difiere y si las regiones cubiertas por el inmunógeno están bajo presión de selección positiva (frente a regiones no cubiertas).

Paquete de trabajo 5 (WP5): Modulación de la respuesta inmunológica a las vacunas por el microbioma

Líder: Roger Paredes

Investigaremos los marcadores inmunológicos y transcriptómicos de sustitución de la eficacia en ensayos clínicos de vacunas. Además, nos centraremos en el papel del microbioma en las respuestas a las vacunas en colaboración con el Programa 3.

  • Marcadores indirectos de eficacia. Dependiendo del diseño del ensayo clínico, se investigarán los marcadores virológicos e inmunológicos que se correlacionan con el control de la replicación viral después de suspender la terapia antirretroviral o con una reducción significativa del reservorio viral. Además, se investigarán los marcadores sustitutos de la inmunogenicidad y la inducción de la memoria celular.
  • Análisis transcriptómico. Desarrollaremos y aplicaremos enfoques de medicina de sistemas para identificar las firmas moleculares inducidas tempranamente después de la vacunación terapéutica contra el VIH que se correlacionan con las respuestas inmunes inducidas por la vacuna y para validar su potencial para predecir con exactitud la supresión viral después de la interrupción de TARG. Perfilaremos la expresión de ARNm y microARN, y generaremos mapas completos de epítopos de linfocitos T citotóxicos (CTL) del proteoma como lecturas de la respuesta inmune. Utilizando una variedad de métodos que incluyen modelos matemáticos predictivos, análisis de conjuntos de genes, análisis de vías y deconvolución de poblaciones celulares. Los perfiles de ARNm, microARN y CTL se integrarán con los resultados de laboratorio existentes y las lecturas clínicas para definir las firmas de inmunidad protectora. La validación de los hallazgos de nuestro análisis integrado se llevará a cabo con muestras de los nuevos ensayos de inmunoterapia contra el VIH realizados en el Programa 3. En estos ensayos clínicos, se realizará una interrupción estructurada del tratamiento con cART para evaluar la eficacia viral de las vacunas. El análisis de muestras postvacunales y parámetros clínicos con el enfoque integrado permitirá 1) la evaluación del valor predictivo de este análisis para la eficacia de la inmunoterapia y 2) la determinación del potencial de los parámetros individuales para la interrupción de cART como un enfoque de medicina personalizada. Los datos generados serán compartidos y puestos a disposición mediante deposición en una base de datos pública.
  • Análisis del microbioma. Produciremos datos de secuencia de rRNA MiSeq ™ 16S en microbiomas fecales. Para caracterizar la diversidad alfa, se calcularán la riqueza de especies y las mediciones de diversidad / igualdad. Para evaluar la abundancia del género, los recuentos de unidades taxonómicas operativas se colapsarán al nivel del género bacteriano y se calcularán las proporciones del género para cada muestra. Además, realizaremos el perfil funcional de la microbiota, una evaluación nutricional y análisis de datos de nutrientes y mediremos marcadores plasmáticos solubles de daño de enterocitos, translocación microbiana e inflamación sistémica en los ensayos clínicos realizados en el Programa 3. Intentaremos encontrar diferencias en abundancia de género para investigar si la composición de la comunidad microbiana taxonómica podría asociarse con la respuesta a las vacunas.

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