De ontwikkeling van malariavaccins

5
Overzichtsartikelen
De ontwikkeling van malariavaccins
Malaria vaccine development
Dr. M. Roestenberg
Samenvatting
Een effectief malariavaccin kan een belangrijke bijdrage leveren aan het uitbannen van malaria. Recentelijk
werd ’s werelds eerste malariavaccin door de European Medicines Agency (EMA) goedgekeurd voor gebruik
in Afrika. Dit vaccin, genaamd RTS,S, vertoonde in fase III-studies een effectiviteit van 30-50% voor klinische
malaria. Het is opgebouwd uit het circumsporozoïet-eiwit van het speekselklierstadium (sporozoïet) van de
parasiet en biedt bescherming tegen de vroege ontwikkeling van de parasiet in de menselijke lever. Dit in
tegenstelling tot vele andere kandidaten die gebruikmaken van bloedstadiumantigenen of antigenen uit de
seksuele parasitaire stadia die essentieel zijn voor de overdracht van de parasiet. De ontwikkeling van RTS,S
heeft geleid tot de opbouw van een infrastructuur voor klinisch fase III-vaccinonderzoek in Sub-Sahara-Afrika.
Het behouden van deze infrastructuur is van belang voor het testen van toekomstige alternatieve of tweedegeneratie-malariavaccins met mogelijk verbeterde effectiviteit. Het klinisch testen van vaccinkandidaten
wordt bespoedigd door het gebruik van gecontroleerde malaria-infectiestudies (CHMI). In deze studies worden
vrijwilligers gevaccineerd en onder gecontroleerde omstandigheden blootgesteld aan de beten van geïnfecteerde malariamuggen, zodat alleen de beste vaccinkandidaten geselecteerd worden voor grotere veldstudies.
Vaccins gericht tegen het sporozoïeten- of leverstadium, met name de levend verzwakte sporozoïetenvaccins,
laten de meest veelbelovende effectiviteit zien in CHMI-studies. De ontwikkeling van een effectief malariavaccin kent een aantal problemen. Zo zijn immunologische markers voor bescherming onbekend, waardoor
niet gericht gezocht kan worden naar vaccins die de meest optimale immuunrespons opwekken. Daarnaast
wordt de ontwikkeling van een effectief vaccin bemoeilijkt door de grote antigene diversiteit van malariaparasieten. De ontwikkeling van een vaccin tegen Plasmodium vivax wordt geremd door het gebrek aan een
in-vitrokweek voor deze parasiet. Hoewel de malariavaccinontwikkeling grote vooruitgang boekt, blijft chemoprofylaxe vooralsnog de enige optie om reizigers afdoende te beschermen tegen malaria.
(Tijdschr Infect 2015;10(5):135-43)
Summary
A highly effective malaria vaccine is an important tool for the eradication of malaria. Recently the first malaria
vaccine was approved by the European Medicines Agency (EMA) for use in Africa. This vaccine, named RTS,S,
shows an efficacy of 30-50% for clinical malaria in phase III trials. It is composed of the circumsporozoite
protein from the salivary gland (sporozoite) stage of the parasite and protects against the initial development
of the parasite in the human liver. This contrasts vaccine candidates which target blood-stage antigens
or sexual stage antigens essential for parasite transmission. Clinical development of RTS,S has led to the
establishment of infrastructure for phase III vaccine research in Sub-Sahara Africa. Maintaining this infrastructure is important to test future alternative or improved second generation vaccines in the field. The
clinical development of malaria vaccine candidates is accelerated by the use of controlled human malaria
infections (CHMI). In these trials, healthy human volunteers are being vaccinated and subsequently exposed
to the bites of infectious mosquitoes under controlled circumstances, in order to select the best candidates
for the field. Vaccines directed against the sporozoite or liver stage, particularly live attenuated sporozoite
Correspondentie graag richten aan: mw. dr. M. Roestenberg, internist-infectioloog, afdeling Parasitologie/Infectieziekten C5-P, Leids Universitair
Medisch Centrum, postbus 9600, 2300 RC Leiden, tel.: 071 5265062, e-mailadres: [email protected].
Belangenconflict/financiële ondersteuning: geen gemeld.
Trefwoorden: falciparum, gecontroleerde humane malaria infecties, malaria, Plasmodium, pre-erythrocytair, vaccin.
Keywords: falciparum, controlled human malaria infections, malaria, Plasmodium, pre-erythrocytic, vaccine.
Ontvangen 14 januari 2015, geaccepteerd 28 augustus 2015.
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
vol 10 - nr. 5 - 2015
13 5
Overzichtsartikelen
vaccines, show most promising results in CHMI. The development of an efficacious malaria vaccine has met
several hurdles. Immunological markers for protection are unknown, which makes the selection of vaccine
candidates that induce the most optimal immune response difficult. In addition, the large antigenic diversity
of malaria parasites hampers vaccine development. Plasmodium vivax vaccine development suffers particularly from the lack of an in vitro culture system for this parasite. Although malaria vaccine development has
shown impressive progress, chemoprophylaxis is to date the only option to protect travellers from malaria.
Inleiding
Ondanks jarenlange inspanningen blijft malaria een van
de meest dodelijke infectieziekten ter wereld. Jaarlijks
worden meer dan 200 miljoen klinische malariagevallen
gemeld en sterven 627 duizend mensen, met name jonge
kinderen, aan de gevolgen van malaria.1 Het hoogste
aantal doden valt in Sub-Sahara-Afrika. Humane malaria
wordt veroorzaakt door vijf protozoa van het genus
Plasmodium: P. falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae
en P. knowlesi. De ziekte wordt overgedragen door Anopheles-muggen, waarvan ongeveer 70 soorten Plasmodiumvectoren zijn.2 De parasiet die verantwoordelijk is voor
het grootste deel van de morbiditeit en mortaliteit is
P. falciparum en de belangrijkste vector van deze parasiet is A. gambiae. De overdracht (transmissie) van malaria
door muggen in de wereld kan plaatselijk enorm variëren
en loopt op tot meer dan 1.000 infectieuze muggenbeten
per persoon per jaar.3 De verspreiding van de parasiet
en de dominante vectoren wordt in kaart gebracht door
het Malaria Atlas Project.2,4
De bestrijding van malaria vraagt om een multidisciplinaire aanpak, gericht op zowel het bestrijden van muggen
als het voorkómen van muggenbeten en het bestrijden
van de parasiet door middel van het behandelen van het
menselijke infectieuze reservoir. Met deze aanpak is de
wereldwijde incidentie van malaria de afgelopen jaren
afgenomen.1 De huidige strategie wordt echter in toenemende mate bemoeilijkt door het optreden van resistentie bij zowel parasiet als vector.
De eerste chloroquine- en sulfadoxine-pyrimethamineresistente P. falciparum-parasieten werden in de jaren
50 van de vorige eeuw gevonden en verspreidden zich
snel over Afrika.5 Malariaparasieten die resistent zijn
tegen medicijnen gebaseerd op de nieuwe artemisininepreparaten zijn nu aangetroffen in Zuidoost-Azië, waar
aanvankelijk ook chloroquine-resistentie ontstond.6
Ook bij P. vivax ontstond chloroquine-resistentie rond
1989 in Zuidoost-Azië, maar deze is inmiddels wijdverbreid in Papoea-Nieuw-Guinea, Indonesië, India,
Turkije en Madagaskar.7 Een actueel overzicht van
resistentie bij humane malariaparasieten is te vinden op
de website van het Worldwide Antimalarial Resistance
Network.8
136
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
Muggen verliezen gevoeligheid voor insecticiden die
gebruikt worden om klamboes te impregneren (‘longlasting insecticide-treated bednets’, ITN) of om huizen
te sprayen (‘indoor residual spraying’, IRS). Muggen
kunnen een kruisresistentie gen bevatten tegen de twee
meest gebruikte insecticiden, de pyrethroïden (voor
ITN) en dichloordifenyltrichloorethaan (DDT, voor
IRS). Dit gen is nu ook aangetroffen in landen zonder
eerder DDT-gebruik.9 Onderzoek naar alternatieven
voor insecticiden, zoals het beïnvloeden van het steekgedrag en de voortplanting van de muggenvector, biedt
in de toekomst mogelijk oplossing.
Het ontwikkelen van een vaccin tegen malaria zou een
belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het uitbannen
van malaria. De Malaria Vaccine Funders Group, een
gezamenlijk initiatief van de voornaamste financiers van
het malariavaccinonderzoek, heeft daartoe een visiedocument uitgebracht. Deze Malaria Vaccine Technology
Roadmap wordt gecoördineerd door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en stelt als doel om voor 2030
een P. falciparum- en P. vivax-malariavaccin te registreren
met een beschermende effectiviteit van ten minste 75%
tegen klinische malaria en een vaccin om de malariatransmissie te onderbreken.10 Jarenlange ontwikkeling
heeft de parasiet echter gewapend tegen het immuunsysteem en daarmee is het induceren van bescherming
door middel van immunisatie tegen malaria zeker niet
eenvoudig.
In dit overzichtsartikel zal de achtergrond van malariaimmuniteit kort worden besproken, waarna een overzicht
wordt gegeven van de meest recente ontwikkelingen
op het gebied van vaccinkandidaten en de huidige uitdagingen in de malariavaccinontwikkeling. Ten slotte
zal vooruit gekeken worden naar de meest veelbelovende
ontwikkelingen in de komende jaren.
Immuniteit tegen malaria
Het opbouwen van natuurlijke immuniteit tegen een
malaria-infectie in het veld gaat langzaam, geeft geen
steriele bescherming en is stam- en soort-specifiek.11 Bij
herhaaldelijke infectie kunnen kinderen bescherming
verwerven tegen ernstige klinische symptomen en
worden adolescenten in toenemende mate beschermd
vol 10 - nr. 5 - 2015
5
tegen klinische ziekte. In endemische gebieden kan een
groot deel van de volwassen bevolking drager zijn van
de parasiet zonder evidente klinische verschijnselen
en zo bijdragen aan de lokale transmissie.11,12 Deze
gedeeltelijke immuniteit, die bescherming geeft tegen
ziekteverschijnselen, gaat bij gebrek aan natuurlijke
infecties echter snel verloren. Dit is een risico met name
voor migranten die na een verblijf in een non-endemisch
gebied terugkeren naar het endemische land van herkomst. Bescherming tegen ernstige ziekteverschijnselen
en dood lijkt langer te blijven bestaan.13
De immunologische markers die correleren met
bescherming tegen infectie en het dragen van malariaparasieten zijn onbekend. Wel is duidelijk dat een malariainfectie leidt tot activatie van het aangeboren en het
adaptieve (verworven) immuunsysteem. De malariaparasiet activeert het aangeboren immuunsysteem, met
name tijdens replicatie in het bloed, door herkenning
van parasitaire producten uit de geïnfecteerde erytrocyt
(bijvoorbeeld glycosylfosfatidylinositol en hemozoïne).14
De productie van IFNγ door γδT-cellen en NK-cellen
lijkt in dit stadium belangrijk voor de met malaria
geassocieerde pathologie, maar mogelijk ook voor
bescherming tegen malaria.15,16 In vergelijking met de
beperkte kennis van de activatie van het aangeboren
immuun-systeem, is de rol van het adaptieve immuunsysteem met zijn humorale en cellulaire componenten
beter onderzocht.
Het belang van antilichamen in de bescherming tegen
replicatie van malariaparasieten in het bloed is onomstotelijk aangetoond in vroege antilichaam-transferstudies, waarbij de vermenigvuldiging van parasieten in
de ontvanger geremd werd door antilichamen van de
donor.17 Antilichaamresponsen tegen parasitaire glycanen
hebben recentelijk hernieuwde aandacht gekregen.18
Antilichamen kunnen de invasie van hepatocyten en
rode bloedcellen door de parasiet direct remmen of
Fcγ-receptoren op monocyten verbinden en zodoende
deze cellen aanzetten tot de excretie van toxinen.19
Dit fenomeen noemt men antilichaam-afhankelijke
cel-gemedieerde cytotoxiciteit (ADCI).20 De kwaliteit,
hoogte en breedte van de antilichaamrespons is hierbij
van belang.21 De antilichaamrespons na natuurlijke
infecties is over het algemeen echter van korte duur.22,23
Cellulaire immuniteit speelt een rol bij het afremmen
van experimentele vermenigvuldiging van parasieten
in het bloed, maar of dit ook optreedt bij natuurlijke
infecties is onduidelijk.24 Zo kunnen CD4+ T-cellen
bloedstadiumparasieten in vitro doden en biedt transfer
van CD4+ T-cellen bescherming van ontvangende
SCID-muizen, maar een tekort aan CD4+ T-cellen in
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
de context van hiv is niet duidelijk geassocieerd met
ernstigere malaria.24 Ook CD8+ T-cellen, hoewel minder
frequent onderzocht, kunnen een rol spelen bij de
bescherming tegen een bloedstadiuminfectie in knaagdiermodellen, maar ook hiervan is de relevantie in het
veld onduidelijk.25
In tegenstelling tot natuurlijk opgebouwde (partiële)
immuniteit, tonen immunisatiestudies met levende, maar
verzwakte parasieten aan dat een langdurige, neutraliserende immuniteit bij mensen wel degelijk opgewekt
kan worden.26 In deze studies wordt de invasie van
levercellen door extracellulaire sporozoïeten geremd met
antilichamen en de ontwikkeling van de parasiet in
de lever geremd door CD8+ cytotoxiciteit met IFNγ als
kritisch effectorcytokine.27,28 Persisterend leverstadiumantigeen en ondersteuning van CD4+ T-cellen zijn waarschijnlijk noodzakelijk voor de effectiviteit van deze
respons.29 Het is vooralsnog onduidelijk waarom er na
natuurlijke blootstelling veel minder effectieve immuunresponsen worden opgewekt. Verschillende verklaringen
zijn hiervoor mogelijk.
Allereerst is de vraag of natuurlijke infecties in voldoende
mate optreden om substantiële pre-erytrocytaire antigenen aan het immuunsysteem te kunnen presenteren.
Daarnaast is het mogelijk dat de immuunrespons tegen
muggenspeeksel interfereert met de opbouw van een
effectieve immuunrespons tegen de parasiet.30 Er zijn
aanwijzingen dat sporozoïeten die na inoculatie door
de mug achterblijven in de huid de ontwikkeling van
regulatoire T-cellen induceren en hierdoor de zich ontwikkelende systemische immuunrespons dempen.31,32
Daarnaast lijken bloedstadiumparasieten in staat te zijn
om de antigeenpresentatie van dendritische cellen en
ondersteuning door B-geheugencellen te onderdrukken,
waardoor de antilichaamrespons van korte duur is.22,23
Bovendien induceren bloedstadiumparasieten een toename van regulatoire T-cellen.33 Bij persisterende bloedstadiumparasitemie ontstaat er een uitputting van T-cellen
met activatie van de ‘programmed cell death 1’ (PD-1)pathway.25 Hierdoor nemen effectorresponsen af, worden
geheugenresponsen zwakker en gaan immuuncellen
verloren door apoptose.25
Naast immuunmodulatie draagt antigene diversiteit van
parasieten bij aan het ontsnappen van parasieten aan
het immuunsysteem. Antigene diversiteit ontstaat door
een grote verscheidenheid aan antigenen in verschillende
parasitaire stadia, door antigeenpolymorfismen binnen
parasietpopulaties en het variëren van antigeenepitopen.29
Voor de ontwikkeling van een effectief malariavaccin
is het dus belangrijk dat zeer gericht immuunresponsen
worden opgewekt, waarbij effectieve responsen versterkt
vol 10 - nr. 5 - 2015
137
Overzichtsartikelen
worden en regulatoire responsen onderdrukt. Daarnaast
moet het bestand zijn tegen antigene diversiteit en variatie
in natuurlijke parasietenpopulaties.
Malariavaccin-ontwikkeling
Het genoom van P. falciparum codeert voor meer dan
5.000 eiwitten, waarvan nu ongeveer 30 eiwitten als
kandidaat-malariavaccin in klinische ontwikkeling zijn
en ruwweg 20 vaccinkandidaten in een preklinisch
stadium.34 Een actueel overzicht staat op de website van
de WHO en in een recente publicatie van Arama en
Troye-Blomberg.35,36 Naast deze explosieve groei van
het aantal kandidaat-malariavaccins is er ook een snelle
ontwikkeling op het gebied van adjuvantia. Deze kunnen
onderverdeeld worden in immuunstimulerende adjuvantia zoals toll-like receptorliganden, vehikels zoals
minerale zouten of liposomen en vectoren zoals adenovirussen.36 Door een gebrek aan goede immunologische
parameters die correleren met bescherming, moeten
individuele vaccinkandidaten met verschillende adjuvantia getest worden op effectiviteit, in over het algemeen grote veldstudies.36 De wereldwijde daling van de
incidentie van malaria zorgt ervoor dat populaties van
dergelijke studies groter moeten worden om zo effectiviteit aan te tonen. Dit maakt de klinische malariavaccinontwikkeling zeer kostbaar. Het is dus noodzakelijk om
al in een vroegklinisch stadium vaccinkandidaten te
selecteren, voordat veldstudies plaatsvinden.
Gecontroleerde humane malaria-infecties (CHMI)
bieden de mogelijkheid om in een vroeg stadium data te
verkrijgen over de effectiviteit van vaccinkandidaten.
Gecontroleerde malaria-infecties werden aanvankelijk
gebruikt voor de behandeling van neurosyfilis in de
jaren 20 van de vorige eeuw, waarbij patiënten geïnfecteerd werden door middel van intraveneuze toediening van met malaria geïnfecteerd bloed.37 In de
huidige CHMI-studies wordt gebruikgemaakt van in
vitro gekweekte bloedstadia van P. falciparum en in
het laboratorium gekweekte en geïnfecteerde muggen.38
In deze gecontroleerde infecties worden vrijwilligers,
al dan niet na immunisatie, blootgesteld aan de beten
van 5 geïnfecteerde muggen. De vrijwilligers worden
vervolgens meermaals per dag gecontroleerd op bloedstadiumparasieten, ofwel door middel van dikkedruppelmicroscopie, ofwel door middel van PCR. Door vroege
detectie van de parasieten (maximaal 0,0004% geïnfecteerde rode bloedcellen) gevolgd door behandeling met
antimalariamiddelen, ontwikkelen vrijwilligers een veelal
symptomatische, maar nooit ernstige malaria.39 De
lengte van de prepatente periode en eventueel de groei
van bloedstadiumparasieten zijn een maat voor de
13 8
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
effectiviteit van een vaccin.39 Recente technologische
ontwikkelingen in het opzuiveren en invriezen van
sporozoïeten uit de speekselklieren van muggen maken
het nu ook mogelijk om door middel van sporozoïeteninjectie gecontroleerde infecties uit te voeren. Dit is met
name belangrijk voor bijvoorbeeld endemische gebieden,
waar men geen beschikking heeft over gekweekte parasieten en muggen.40 Er zijn onvoldoende gegevens beschikbaar om met zekerheid te zeggen dat de effectiviteit
verkregen in CHMI-studies te vertalen is naar het veld.
Bij het RTS,S malariavaccin werd echter een aanvankelijke bescherming van 30-50% in CHMI-studies ook
terug gevonden in latere veldstudies.41,42 Daarnaast is de
ontwikkeling van verschillende andere vaccinkandidaten
gestopt na een lage effectiviteit in CHMI-studies.43,44
Het langdurig kweken van P. vivax in bloed is, in tegenstelling tot P. falciparum, technisch niet mogelijk. Gecontroleerde humane P. vivax-infecties worden uitgevoerd
door het blootstellen van vrijwilligers aan muggen die
geïnfecteerd worden door het voeden van bloed van
patiënten met P. vivax-infectie.45
Kandidaat-malariavaccins worden ingedeeld naar het
deel van de levenscyclus waarin het betreffende antigeen
tot expressie komt. Zo worden vaccins aangeduid als
pre-erytrocytair, bloedstadium en transmissieblokkerend
(zie Figuur 1). Pre-erytrocytaire vaccins richten zich op
het voorkómen van bloedstadiumparasieten en de daarbij behorende ziekteverschijnselen. Bloedstadiumvaccins
richten zich op het remmen van de vermenigvuldiging
van de parasiet in het bloed, waarmee de ziekteverschijnselen afnemen. Transmissieblokkerende vaccins
richten zich op het blokkeren van de overdracht van
parasieten naar de mug. Hoewel een zeer praktische
indeling, zijn er ook antigenen die in meer dan één
stadium tot expressie worden gebracht. Dit maakt het
beoordelen van de effectiviteit en het bepalen van eindpunten in studies naar een kandidaat vaccin complexer.
Pre-erytrocytaire vaccins
Pre-erytrocytaire antigenen komen tot expressie in het
asymptomatische sporozoieten- en leverstadium van de
parasiet. Hoewel zeer aantrekkelijke stadia vanwege het
nog relatief lage aantal sporozoïeten en geïnfecteerde
hepatocyten in het menselijk lichaam, deelt elke leverstadiumparasiet zich in tienduizenden merozoïeten en
daarom is een effectiviteit van 100% tegen het leverstadium essentieel om een bloedinfectie te voorkomen.3
De gouden standaard voor malariavaccinatie, het immuniseren met bestraalde sporozoïeten, is gebaseerd op het
elimineren van sporozoïeten en leverstadia en werd al
in de jaren 60 van de vorige eeuw beschreven.46
vol 10 - nr. 5 - 2015
5
oöcyst
oökineet
zygoot
gameet
sporozoïet
Plasmodium
falciparum
gametocyt
leverschizont
merosoom
schizont
merozoïet
trofozoïet
1
Figuur 1. Levenscyclus en bijbehorende categorieën kandidaatvaccins.
Het meest prominente eiwit op het oppervlak van de
sporozoïet is het circumsporozoïet-eiwit (CSP). RTS,S,
het meest ontwikkelde malariavaccin, is een fusie tussen
CSP en het hepatitis B oppervlakteantigeen (HBsAg),
gecombineerd met GlaxoSmithKline’s adjuvant system
(AS). Fase III van klinische ontwikkeling in 11 centra
in 7 landen in Sub-Sahara-Afrika laat een bescherming
zien van 27% tegen klinische malaria bij kinderen van
6-12 weken oud en van 46% bij oudere kinderen van
5-17 maanden.42 De effectiviteit van RTS,S na de laatste
vaccinatie neemt af over de jaren.47 Dit vaccin is recent
door het Europese geneesmiddelagentschap (European
Medicines Agency, EMA) goedgekeurd voor gebruik
in Afrika. Het vaccineren van 15.000 kinderen in
een fase III-malariavaccinstudie is een grote logistieke
onderneming geweest en heeft geleidt tot het opzetten
van nieuwe Afrikaanse studiecentra. Het behouden van
deze infrastructuur is belangrijk om verbeterde tweedegeneratie-geheugen-B-cellen vaccins in de toekomst te
kunnen testen.
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
Naast RTS,S zijn er nog enkele andere veelbelovende
vaccins gebaseerd op pre-eryhrocytaire antigenen in
ontwikkeling. Het eiwit CelTROS (cell-traversal protein
for ookinetes and sporozoites) is van belang voor de
migratie van de parasiet door cellen en vaccinatie met
een recombinant eiwit induceert bescherming tegen
malaria in een muizenmodel.48 Het is nog niet in klinische studies getest. Het eiwit TRAP (thrombospondinrelated adhesion protein) is veelbelovend vanwege de
robuuste CD8+ T-celresponsen in muizen volgens een
zogenoemde prime-boost vaccinatiestrategie. Recombinant chimpansee-adenovirus en gemodificeerd vacciniavirus Ankara (MVA) worden hierbij gebruikt als vector
voor het eiwit.49 Deze vaccinatiestrategie induceerde
substantiële bescherming in een muizenmalariamodel.
Een fase I-studie bij vrijwilligers wordt nu in Afrika
uitgevoerd.49
Geen van de eiwit/peptidevaccins (subunit vaccins)
bereiken een effectiviteit die vergelijkbaar is met
levende, door bestraling verzwakte, sporozoïeten. Deze
vol 10 - nr. 5 - 2015
13 9
Overzichtsartikelen
verzwakte parasieten hebben de capaciteit om volledige
bescherming te induceren bij mensen wanneer zij
worden blootgesteld aan meer dan 1.000 beten van
geïnfecteerde en bestraalde muggen. Hoewel zeer effectief,
leek deze methode aanvankelijk weinig aantrekkelijk
als basis voor een vaccin, omdat de immunisatiedosis
die noodzakelijk is voor protectie hoog bleek, de hoeveelheid radiatie kritiek voor de veiligheid en de parasiet
niet geproduceerd kan worden zonder de natuurlijke
muggengastheer. Hernieuwde aandacht voor deze
strategie heeft echter geleid tot studies waarin mensen
volledig beschermd worden tegen een gecontroleerde
malaria-infectie door hen bloot te stellen aan 45 geïnfecteerde muggenbeten in drie sessies gedurende chemoprofylaxe met chloroquine.26 Chloroquine doodt de
parasiet in het bloedstadium, maar laat het leverstadium
intact. De bescherming is langdurig (>2 jaar) en volledig
bij vier van zes geteste vrijwilligers; de overige twee
ontwikkelden bloedstadiumparasieten in een zeer laat
stadium.50 Hoewel deze strategie niet direct toepasbaar is
voor grootschalige toediening, laten deze experimenten
zien dat pre-erytrocytaire immuunresponsen, ook na
lage doses parasieten, zeer effectief kunnen zijn.
Recente technische ontwikkelingen voor het opzuiveren
van parasieten uit geïnfecteerde muggen en het invriezen
van sporozoïeten hebben geleid tot de ontwikkeling
van een vaccin dat bestaat uit levende, door bestraling
verzwakte sporozoïeten (‘radiation attenuated sporozoites’, RAS). Na een eerste teleurstellende immunisatiestudie, waarin mensen de sporozoïeten intradermaal
geïnjecteerd kregen, bleek immunisatie door middel van
intraveneuze toediening succesvol en waren 6/6 vrijwilligers beschermd tegen een gecontroleerde infectie.51,52
Er wordt nu onderzoek verricht naar een meer praktische
toediening van het vaccin en naar de effectiviteit van
het vaccin in malaria-endemische gebieden.
Bestraling is niet de enige methode waarmee parasieten
kunnen worden verzwakt. Door het selectief uitschakelen
van genen die essentieel zijn voor de complete ontwikkeling van het leverstadium, kunnen parasieten gestopt
worden in hun ontwikkeling. In muizenmalariamodellen
induceren deze genetisch verzwakte parasieten (‘genetically attenuated parasites’, GAP) een betere bescherming
dan bestraalde sporozoïeten. De bescherming is geassocieerd met een bredere en grotere CD8+ T-celrespons.53
Er is zowel in de Verenigde Staten als in Nederland een
GAP-vaccin ontwikkeld.54,55 Beide worden de komende
jaren in klinische studies getest.
Bloedstadiumvaccins
Bloedstadiumvaccins zijn erop gericht de vermenigvul-
14 0
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
diging van de parasiet in erytrocyten af te remmen en
daardoor symptomen te verminderen. In een experimentele setting kan bescherming tegen een gecontroleerde infectie opgewekt worden door blootstelling
van mensen aan ultralage doses van bloedstadiumparasieten.56 Ook immunisatie met een lage dosis dode
bloedstadiumparasieten kan in muizen zeer goede
bescherming induceren.57 Klinische studies met dode,
geïnfecteerde bloedproducten zijn nog niet uitgevoerd.
Er zijn veel vaccins in ontwikkeling gebaseerd op eiwitten
of peptiden van bloedstadiumparasieten, met name die
eiwitten op het oppervlak van de merozoïet die betrokken zijn bij de invasie van de erytrocyt. Voorbeelden
zijn ‘merozoite surface proteins’ 1-3 (MSP1-3), ‘apical
membrane antigen’ 1 (AMA1), ‘glutamate rich protein’
(GLURP), ‘ring-infected erythroocyte surface antigen’
(RESA), ‘serine repeat antigen’ 5 (SERA 5), ‘erythrocyte
binding surface antigen’ 175 (EBA-175)36 en ‘Pf reticulocyte-binding protein homologue’ 5 (PfRH5).58 In tegenstelling tot in muismodellen valt de effectiviteit van
deze vaccins bij mensen vaak tegen. Een van de oorzaken
voor de lage effectiviteit in het veld is mogelijk het grote
aantal polymorfismen in het natuurlijke eiwit.36 Verder
onderzoek aan bloedstadiumvaccins richt zich vooral
op het verbreden of vergroten van immuunresponsen
om de effectiviteit in het veld te vergroten, door middel
van adjuvantia, prime-boost, multi-antigene mixen, een
combinatie van antigenen, of de selectie van meer geconserveerde antigenen.59-62 Welke van deze strategieën
het meest effectief is, zal uit vervolgonderzoek moeten
blijken.
Transmissieblokkerende vaccins
Transmissieblokkerende vaccins richten zich op de seksuele vormen van de parasiet in menselijk bloed (gameten
en gametocyten) en de parasietstadia in de mug (oökineten en oöcysten). Deze vaccins induceren antilichamen
bij geïmmuniseerde proefpersonen die de seksuele stadia
binden en zo de ontwikkeling van parasieten in de mug
remmen, waardoor de parasiet zich niet kan verspreiden.63
In tegenstelling tot de pre-erytrocytaire, en wellicht ook
de bloedstadiumvaccins berust het effectormechanisme
van transmissieblokkerende vaccins voornamelijk op
antilichaamresponsen tegen het transmissieblokkerend
antigeen. Een probleem bij dit soort vaccins is het gebrek
aan herhaaldelijke natuurlijke blootstelling aan deze
antigenen, hetgeen versterkt zal worden door het succes
van het vaccin zelf. Dit maakt het noodzakelijk om
alleen met vaccinatie langdurige antilichaamresponsen
te induceren.64 Kandidaten in deze categorie zijn het
P. falciparum oppervlakteantigeen Pfs25, Pfs 48/45,
vol 10 - nr. 5 - 2015
5
Aanwijzingen voor de praktijk
1.
Het eerste malariavaccin RTS,S, gebaseerd op een eiwit van de sporozoïet, laat een effectiviteit zien van
ongeveer 50% in fase III-studies. Naar verwachting zal dit vaccin binnen enkele jaren geregistreerd worden
voor gebruik in endemische gebieden.
2.
Het ontwikkelen van een tweedegeneratiemalariavaccin met een hogere effectiviteit is wenselijk, bijvoorbeeld
door het optimaliseren van RTS,S-immuunresponsen of het combineren van RTS,S met andere antigenen.
3.
Er zijn veel kandidaatmalariavaccins in ontwikkeling; gecontroleerde humane malaria-infecties (CHMI) zijn een
hulpmiddel om veelbelovende kandidaten te selecteren voor grotere vervolgstudies in endemische gebieden.
4.
Vaccins gebaseerde op levende, verzwakte sporozoïeten (door middel van bestraling of genetische modificatie) induceren de meest veelbelovende bescherming tegen dergelijke gecontroleerde infecties bij mensen.
De effectiviteit van deze vaccins in endemische gebieden wordt onderzocht.
Pfs28, Pfs230 en de P. vivax Pvs28, Pvs25 en Pvs230.36
De effectiviteit van dergelijke vaccins wordt getest door
het voeden van muggen op het bloed van de geïmmuniseerde, om vervolgens de ontwikkeling van parasieten
in deze mug te monitoren (direct of standard membrane
feeding assay).65 De resultaten van deze test worden
geëxtrapoleerd naar een afname van transmissie in het
veld. Er is meer aandacht gekomen voor dit type vaccins,
omdat het nadrukkelijk genoemd wordt in de meest
recente versie van de Malaria Vaccine Technology
Roadmap.
Conclusies en vooruitzichten
De ontwikkeling van een vaccin tegen malaria is
een belangrijk middel in de bestrijding van malaria.
’s Werelds eerste malaria vaccin, RTS,S, heeft een effectiviteit van 30-50% in fase III klinische studies en zal
gevolgd worden door effectievere tweedegeneratievaccins.
Het optimaliseren van RTS,S of het combineren van
dit vaccin met een transmissieblokkerend en mogelijk
ook bloedstadiumantigeen zijn opties. Gecontroleerde
malaria-infectiestudies (CHMI) worden in toenemende
mate gebruikt om vaccinkandidaten te selecteren voor
vervolgstudies in het veld. Vaccins gebaseerde op levende,
verzwakte sporozoïeten induceren de meest veelbelovende
bescherming tegen dergelijke gecontroleerde infecties.
De effectiviteit van deze kandidaatvaccins wordt nu
getest in endemische gebieden. Parasieten kunnen verzwakt worden door middel van bestraling of genetische
modificatie. Klinische studies moeten uitwijzen welke
methode effectiever is. Daarnaast zal de productie en
toediening van dergelijke vaccins geoptimaliseerd moeten
worden. Vooralsnog blijft chemoprofylaxe de enige optie
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
om reizigers afdoende te beschermen tegen malaria in
hoogendemische gebieden. In laagendemische gebieden
kunnen vaccins met een lagere effectiviteit echter al wel
een bijdrage leveren aan het uitroeien van malaria.
Dankwoord
Ik ben dank verschuldigd aan Chris Janse, Lisette van
Lieshout, Leo Visser, Hermelijn Smits en Anna Roukens
voor het kritisch lezen en becommentariëren van het
manuscript.
Referenties
1. WHO Malaria Report 2013. Te raadplegen op: http://www.who.int/malaria/
publications/world_malaria_report_2013/en/, 28-7-2014
2. Hay SI, et al. Developing global maps of the dominant anopheles vectors of
human malaria. PLoS Med 2010;7:e1000209
3. White NJ, et al. Malaria. Lancet 2014;383:723-35.
4. Malaria Atlas Project. Te raadplegen op: http://www.map.ox.ac.uk, 28-7-2014
5. Naidoo I, et al. Following the path of most resistance: dhps K540E dispersal
in African Plasmodium falciparum. Trends Parasitol 2010;26:447-56.
6. Dondorp AM, et al. Artemisinin resistance in Plasmodium falciparum malaria.
N Engl J Med 2009;361:455-467.
7. Douglas NM, et al. Artemisinin combination therapy for vivax malaria. Lancet
Infect Dis 2010;10:405-16.
8. Worldwide Antimalarial Resistance Network. Te raadplegen op± http://www.
wwarn.org, 28-7-2014
9. Van den Berg H. Global status of DDT and its alternatives for use in vector
control to prevent disease. Environ Health Perspect 2009;117:1656-63.
10. Malaria Vaccine Technology Roadmap. Te raadplegen op: http://www.who.
int/immunization/topics/malaria/vaccine_roadmap/en/, 11-12-2013
11. Doolan DL, et al. Acquired immunity to malaria. Clin Microbiol Rev 2009;22:13-36.
12. Bousema T, et al. Asymptomatic malaria infections: detectability, transmissibility and public health relevance. Nat Rev Microbiol 2014;12:833-40.
vol 10 - nr. 5 - 2015
141
Overzichtsartikelen
13. Struik SS, et al. Does malaria suffer from lack of memory? Immunol Rev
Plasmodium falciparum. Nature 2002;419:498-511.
2004;201:268-90.
35. Malaria Vaccine Rainbow Table. Te raadplegen op: http://www.who.int/
14. Coban C, Ishii KJ, Horii T, et al. Manipulation of host innate immune responses
immunization/topics/malaria/vaccine_roadmap/en/, 24-7-2014
by the malaria parasite. Trends Microbiol 2007;15:271-8.
36. Arama C, et al. The path of malaria vaccine development: challenges and
15. Teirlinck AC, et al. Longevity and composition of cellular immune responses
perspectives. J Intern Med 2014;275:456-66.
following experimental Plasmodium falciparum malaria infection in humans.
37. Covell G, et al. Clinical, chemotherapeutic and immunological studies on
PLoS Pathog 2011;7:e1002389.
induced malaria. Br Med Bull 1951;8:51-5.
16. Inoue S, et al. Roles of IFN-gamma and gammadelta T Cells in Protective
38. Ponnudurai T, et al. Infectivity of cultured Plasmodium falciparum gametocytes
Immunity Against Blood-Stage Malaria. Front Immunol 2013;4:258.
to mosquitoes. Parasitology 1989;98 Pt 2:165-73.
17. Cohen S, et al. Gamma-globulin and acquired immunity to human malaria.
39. Sauerwein RW, et al. Experimental human challenge infections can accele-
Nature 1961;192:733-7.
rate clinical malaria vaccine development. Nat Rev Immunol 2011;11:57-64.
18. Yilmaz B, et al. Gut Microbiota Elicits a Protective Immune Response against
40. Shekalaghe S, et al. Controlled Human Malaria Infection of Tanzanians by
Malaria Transmission. Cell 2014;159:1277-89.
Intradermal Injection of Aseptic, Purified, Cryopreserved Plasmodium falciparum
19. Yazdani SS, et al. Immune responses to asexual blood-stages of malaria
Sporozoites. Am J Trop Med Hyg 2014;91:471-80.
parasites. Curr Mol Med 2006;6:187-203.
41. Kester KE, et al. Efficacy of recombinant circumsporozoite protein vaccine
20. Bouharoun-Tayoun H, et al. Antibodies that protect humans against Plasmo-
regimens against experimental Plasmodium falciparum malaria. J Infect Dis
dium falciparum blood stages do not on their own inhibit parasite growth and inva-
2001;183:640-7.
sion in vitro, but act in cooperation with monocytes. J Exp Med 1990;172:1633-41.
42. RTS,S Clinical Trials Partnership. Efficacy and Safety of the RTS,S/AS01
21. Osier FH, et al. Breadth and magnitude of antibody responses to multiple
Malaria Vaccine during 18 Months after Vaccination: A Phase 3 Randomized,
Plasmodium falciparum merozoite antigens are associated with protection from
Controlled Trial in Children and Young Infants at 11 African Sites. PLoS Med
clinical malaria. Infect Immun 2008;76:2240-8.
2014;11:e1001685.
22. Scholzen A, et al. How malaria modulates memory: activation and dysregu-
43. Cummings JF, Spring MD, Schwenk RJ, et al. Recombinant Liver Stage
lation of B cells in Plasmodium infection. Trends Parasitol 2013;29:252-62.
Antigen-1 (LSA-1) formulated with AS01 or AS02 is safe, elicits high titer anti-
23. Stevenson MM, et al. Regulating the adaptive immune response to blood-
body and induces IFN-gamma/IL-2 CD4+ T cells but does not protect against
stage malaria: role of dendritic cells and CD4(+)Foxp3(+) regulatory T cells. Int
experimental Plasmodium falciparum infection. Vaccine 2010;28:5135-44.
J Biol Sci 2011;7:1311-22.
44. Genton B, et al. Randomized double-blind controlled Phase I/IIa trial to
24. Good MF, et al. Development and regulation of cell-mediated immune
assess the efficacy of malaria vaccine PfCS102 to protect against challenge
responses to the blood stages of malaria: implications for vaccine research.
with P. falciparum. Vaccine 2010;28:6573-80.
Annu Rev Immunol 2005;23:69-99.
45. Arevalo-Herrera M, et al. Plasmodium vivax Sporozoite Challenge in Malaria-
25. Wykes MN, et al. Malaria drives T cells to exhaustion. Front Microbiol
Naive and Semi-Immune Colombian Volunteers. PLoS One 2014;9:e99754.
2014;5:249.
46. Nussenzweig RS, et al. Protective immunity produced by the injection of
26. Roestenberg M, et al. Protection against a malaria challenge by sporozoite
x-irradiated sporozoites of plasmodium berghei. Nature 1967;216:160-2.
inoculation. N Engl J Med 2009;361:468-77.
47. Campo JJ, et al. Duration of vaccine efficacy against malaria: 5th year of
27. Felgner PL, et al. Pre-erythrocytic antibody profiles induced by controlled
follow-up in children vaccinated with RTS,S/AS02 in Mozambique. Vaccine
human malaria infections in healthy volunteers under chloroquine prophylaxis.
2014;32:2209-16.
Sci Rep 2013;3:3549.
48. Bergmann-Leitner ES, et al. Immunization with pre-erythrocytic antigen
28. McCall MB, et al. Interferon-gamma--central mediator of protective immune
CelTOS from Plasmodium falciparum elicits cross-species protection against
responses against the pre-erythrocytic and blood stage of malaria. J Leukoc
heterologous challenge with Plasmodium berghei. PLoS One 2010;5:e12294.
Biol 2010;88:1131-43.
49. Bakshi S, et al. Malaria Vectored Vaccines Consortium (MVVC). Hum Vaccin
29. Stanisic DI, et al. Escaping the immune system: How the malaria parasite
2010;6:433-4.
makes vaccine development a challenge. Trends Parasitol 2013;29:612-22.
50. Roestenberg M, et al. Long-term protection against malaria after experimental
30. Depinay N, et al. Mast cell-dependent down-regulation of antigen-specific
sporozoite inoculation: an open-label follow-up study. Lancet 2011;377:1770-6.
immune responses by mosquito bites. J Immunol 2006;176:4141-6.
51. Epstein JE, et al. Live attenuated malaria vaccine designed to protect
31. Da Silva HB, et al. Early skin immunological disturbance after Plasmodium-
through hepatic CD8(+) T cell immunity. Science 2011;334:475-80.
infected mosquito bites. Cell Immunol 2012;277:22-32.
52. Seder RA, et al. Protection against malaria by intravenous immunization with
32. Wykes MN, et al. Rodent blood-stage Plasmodium survive in dendritic cells
a nonreplicating sporozoite vaccine. Science 2013;341:1359-65.
that infect naive mice. Proc Natl Acad Sci U S A 2011;108:11205-10.
53. Butler NS, et al. Superior antimalarial immunity after vaccination with late liver
33. Minigo G, et al. Parasite-dependent expansion of TNF receptor II-positive
stage-arresting genetically attenuated parasites. Cell Host Microbe 2011;9:451-62.
regulatory T cells with enhanced suppressive activity in adults with severe
54. Van Schaijk BC, et al. A genetically attenuated malaria vaccine candidate
malaria. PLoS Pathog 2009;5:e1000402.
based on gene-deficient sporozoites. Elife 2014;3:10.7554/eLife.03582.
34. Gardner MJ, et al. Genome sequence of the human malaria parasite
55. Mikolajczak SA, et al. A next-generation genetically attenuated Plasmodium
142
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
vol 10 - nr. 5 - 2015
falciparum parasite created by triple gene deletion. Mol Ther 2014;22:1707-15.
56. Pombo DJ, et al. Immunity to malaria after administration of ultra-low doses
of red cells infected with Plasmodium falciparum. Lancet 2002;360:610-7.
57. Pinzon-Charry A, et al. Low doses of killed parasite in CpG elicit vigorous CD4+
T cell responses against blood-stage malaria in mice. J Clin Invest 2010;120:2967-78.
58. Bustamante LY, et al. A full-length recombinant Plasmodium falciparum
PfRH5 protein induces inhibitory antibodies that are effective across common
PfRH5 genetic variants. Vaccine 2013;31:373-9.
59. Sagara I, et al. A randomized and controlled Phase 1 study of the safety and
immunogenicity of the AMA1-C1/Alhydrogel + CPG 7909 vaccine for Plasmodium
falciparum malaria in semi-immune Malian adults. Vaccine 2009;27:7292-8.
60. Hill AV, et al. Prime-boost vectored malaria vaccines: progress and prospects.
Hum Vaccin 2010;6:78-83.
61. Faber BW, et al. Diversity covering AMA1-MSP119 fusion proteins as malaria
vaccines. Infect Immun 2013;81:1479-90.
62. Malkin E, et al. A phase 1 trial of PfCP2.9: an AMA1/MSP1 chimeric recombinant
protein vaccine for Plasmodium falciparum malaria. Vaccine 2008;26:6864-6873.
63. Dinglasan RR, Jacobs-Lorena M. Flipping the paradigm on malaria transmission-blocking vaccines. Trends Parasitol 2008;24:364-70.
64. Dinglasan RR, Armistead JS, Nyland JF, et al. Single-dose microparticle
delivery of a malaria transmission-blocking vaccine elicits a long-lasting functional
antibody response. Curr Mol Med 2013;13:479-87.
65. Churcher TS, Blagborough AM, Delves M, et al. Measuring the blockade
of malaria transmission--an analysis of the Standard Membrane Feeding Assay.
Int J Parasitol 2012;42:1037-44.
Tijdschrif t voor Infectieziek ten
vol 10 - nr. 5 - 2015
14 3