Introducción
La información científica acumulada sobre las características del virus, la fisiopatología de la enfermedad, así como la respuesta inmune en pacientes recuperados, aportaron las evidencias acerca de la relevancia del uso del dominio de unión al receptor (RBD) de la proteína S del virus como principal antígeno vacunal para el desarrollo de los candidatos vacunales de subunidad protéica. Este dominio de la proteína S del virus es un fragmento de aproximadamente 193 aminoácidos, que constituye la región por la cual interacciona con el receptor ACE2 y juega un papel fundamental en la entrada a las células del huésped. 1,2,3,4 Se han implementado diferentes estrategias para incrementar la inmunogenicidad del RBD, una de ellas es la presentación del antígeno de forma dimérica, diseñado intencionalmente con una cisteína libre que permite la unión de 2 moléculas de RBD monoméricas mediante 1 enlace disulfuro, la segunda es la adición de las vesículas de membrana externa (VME) como potente adyuvante con el objetivo de incrementar la respuesta inmune inducida por el candidato vacunal.
La mayoría de los inmunopotenciadores de la respuesta inmune son derivados de patógenos que presentan en su superficie patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) cuyo reconocimiento por los receptores de reconocimiento de patrones (PRR, pattern recognition receptors) activan un grupo de señales intracelulares que traen como consecuencia la producción de citocinas como el interferón y la inducción de la respuesta inflamatoria y antimicrobiana, asociada con el desarrollo de la respuesta inmune adaptativa óptima antígeno específica. 5 Los sistemas de liberación de antígenos localizan los componentes vacunales y los hacen diana de las células presentadoras de antígenos (CPA), y son generalmente particulados. Algunos incluso comparten ambos mecanismos de acción. 6,7 La acción polarizadora vendría dada por la capacidad del adyuvante de dirigir la respuesta hacia los mecanismos de protección de cada germen. 8,9,10,11,12
La presencia de PAMP en las membranas bacterianas hace de éstas una fuente importante de productos con potencial capacidad adyuvante. 13,14,15,16 De la membrana externa de Neisseiseria meningitidis del serogrupo B se deriva las VME que constituye el antígeno principal de la vacuna cubana VA-MENGOC-BC® contra el meningococo B. 17 Estas vesículas contienen varios componentes con diferentes PAMP en su estructura entre los que se encuentran el lipopolisacárido (LPS) nativo y las porinas. 18,19,20,21 Las propiedades inmunogénicas de las VME han sido extensivamente estudiadas y se ha demostrado su capacidad de activar un patrón preferencial de respuesta inmune celular Th1. 22,23,24
Las VME han mostrado gran capacidad adyuvante al ser conjugadas a Ag importantes para otras enfermedades. Por ejemplo, al conjugar el polisacárido tipo B de Haemophilus influenzae a las VME se indujeron anticuerpos protectores en ratones jóvenes. En ese estudio se demostró que tanto el tamaño del bazo como el número de esplenocitos en él fue mayor en los ratones inmunizados. Además, los análisis inmunohistoquímicos demostraron que este incremento en la talla del bazo se debía a un aumento en el número de macrófagos en él, lo cual podría ser la explicación de la capacidad adyuvante de las VME en esa preparación. 25
La plataforma tecnológica de adyuvantes para vacunas humanas más utilizada en Cuba se basa precisamente en la tecnología de obtención de las VME a partir de la cepa CU-B385/83 de N. meningitidis. Esta tecnología, que se empleó para producir más de 70 millones de dosis de la vacuna antimeningocócica, generó una familia de patentes, nuevas vacunas y oportunidades de desarrollo biomédico y biotecnológico. Una nueva vacuna terapéutica antialérgica (PROLINEM-DS), actualmente en desarrollo clínico, usa la tecnología vesicular como adyuvante vacunal. Vacunas terapéuticas en desarrollo contra diferentes tipos de cáncer (por ejemplo, CIMAvax-EGF, indicada en el tratamiento de cáncer de pulmón) emplean también variantes de esta tecnología vesicular como adyuvante. 26
El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un candidato vacunal basado en el RBD dimérico combinado con vesículas de membrana externa de Neisseria meningitidis como inmunopotenciador de la respuesta inmune y evaluar la seguridad e inmunogenicidad en estudios preclínicos y clínicos.
Métodos
Evaluación preclínica
El dominio de unión al receptor en su forma dimérica (RBD-d) se separó del monómero mediante cromatografía de exclusión por tamaño (SE-HPLC) en una columna Superdex 200 (figura 1B). De acuerdo con los resultados de la dispersión de luz dinámica (DLS) indicó el mayor diámetro hidrodinámico del dímero RBD en comparación con el monómero. La reducción del dímero a monómero se verificó por electroforesis en gel de poliacrilamida (del inglés: sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis SDS-PAGE) con una banda de aproximadamente 60 kDa en condiciones no reducidas y aproximadamente 30 kDa en condiciones reductoras. Las masas moleculares experimentales se determinadron por ESI-MS y corroboraron la estructura dimérica del RBD y la presencia de los puentes disufuros.
Para confirmar la exposición correcta del motivo de unión al receptor (RBM) en el antígeno dimérico, analizamos por enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA) la interacción del RBD-d con el receptor ACE2 presente en la superficie de las células vero (ver figura 1E) o con ACE2 humano recombinantes (hACE2- Fc). Se prepararon 2 formulaciones diferentes: a) RBD- d/OMV/Al(OH)3 (10 mg/4 mg/250 mg) y b) RBD-d/Al(OH)3 (10 mg/250 mg). Se inmunizaron ratones Balb/c siguiendo un programa de 3 dosis (figura 2A). Todos los procedimientos con animales se realizaron de acuerdo con las Directrices para el cuidado y uso de animales de laboratorio del Instituto Finlay de Vacunas y fueron aprobados por su Comité de Ética Animal.
Células B de memoria específicas de RBD
Hubo una diferencia entre RBD-d/OMV/Al(OH)3 y RBD-d/Al(OH)3 con respecto a la inducción de células B de memoria específicas de RBD. Como se muestra (figura 3A) los esplenocitos recolectados el día 42 de ratones inmunizados con estas formulaciones se transfirieron por vía intravenosa a ratones sin tratar que luego se reforzaron con 1 dosis única de 10 mg de RBD- d/Al(OH)3.
Para evaluar la funcionalidad de los anticuerpos anti-RBD provocados medimos la inhibición de la interacción del receptor RBD-ACE2 en una prueba de neutralización de virus molecular (mVNT)37 y una prueba de neutralización de virus convencional, cVNT50 (ver figura 3). La mVNT se basa en el bloqueo mediado por anticuerpos de la interacción RBD-hACE2, y es un sustituto in vitro de la prueba de neutralización del virus, detectando anticuerpos neutralizantes en poco tiempo.
Utiliza el Fc de ratón RBD recombinante (RBD-mFc) y el receptor hACE2-Fc de la célula huésped como antígeno de recubrimiento. El cVNT50, que evalúa la inhibición de la interacción entre el virus SARS-CoV-2 vivo y las células vero E6 portadoras de receptores ACE2.
Ensayo clínico fase I
Diseño del estudio y participantes
Este ensayo clínico de fase I aleatorizado, doble ciego, se llevó a cabo en el Centro Nacional de Toxicología (CENATOX) en La Habana, Cuba. Se reclutaron 60 voluntarios cubanos de 19 años a 59 años, de ambos sexos que cumplían los criterios de selección. Los participantes se distribuyeron en 3 grupos (de 20 sujetos) para evaluar 2 candidatos vacunales: FINLAY-FR-1 (RBD-d/VME/Al(OH)3) y FINLAY-FR-1A (RBD- d/VME/Al(OH)3), este último a 2 concentraciones de d-RBD: 25 µg (FINLAY-FR-1A-25) y 50 µg (FINLAY-FR-1A-50).
Producto en evaluación
Antígeno vacunal
El dominio de unión al receptor del SARS-CoV-2 (secuencia: 319-541 residuos de aminoácidos), expresada en células CHO, purificada y caracterizada como de costumbre. La RBD se dimeriza a través de un puente disulfuro entre cadenas Cys538-Cys538. SOBERANA® 01 (candidato vacunal FINLAY-FR-1): d-RBD 50 µg, VME 20 µg, adyuvado en gel de hidróxido de aluminio 1,25 mg. SOBERANA® Plus (candidato vacunal FINLAY-FR-1A) se evaluó en 2 concentraciones de d-RBD. Composición por dosis (0,5 mL): d-RBD 50 µg o 25 µg, adyuvado en gel de hidróxido de aluminio 1,25 mg.
Después del examen médico los 60 participantes elegibles fueron asignados aleatoriamente a 1 de los 3 grupos de tratamiento. Todos los participantes recibieron 3 dosis de vacuna: los grupos FINLAY-FR-1 y FINLAY-FR-1A-50 fueron vacunados en los días T0 (inicial); segunda dosis el día 28 (T28) y tercera dosis entre 65 d y73 d después de la segunda dosis. Para la tercera dosis, el grupo de SOBERANA® 01 se dividió aleatoriamente en 2 subgrupos de 10 participantes: 1 recibió SOBERANA® 01 (programa homólogo); el otro subgrupo recibió SOBERANA® Plus (programa heterólogo). El grupo FINLAY-FR-1A-25 fue vacunado con 3 dosis: T0, T28 y T56.
Para las pruebas inmunológicas se tomaron muestras de sangre los 0 d (antes de la vacunación), T28, T56 y 28 d después de la tercera dosis. Para las pruebas de hematología y química sanguínea, se recolectaron muestras de sangre antes de la vacunación y 28 d después de la última dosis.
Los voluntarios fueron observados de cerca durante 3 h después de la vacunación. Después de cada dosis se realizó vigilancia activa los días 1 (vacunación), 2, 3 y 7 para todos los grupos. Para la vigilancia pasiva, se instruyó a los participantes para que completaran un registro diario de las reacciones adversas locales y sistémicas solicitadas durante el período de seguimiento. Se registraron las reacciones locales solicitadas y definidas en el protocolo y los síntomas sistémicos durante 7 d después de cada dosis. Todos los demás eventos se registraron durante todo el período de seguimiento. La gravedad de los eventos adversos locales y sistémicos previstos y definidos por el protocolo se clasificaron como leves, moderados y graves, de acuerdo con la definición de la Colaboración de Brighton y los Criterios de Terminología Común para Eventos Adversos, versión 5.0. La gravedad de los eventos adversos no solicitados se clasificaron como: leve (molestias transitorias o leves, sin interferencia con la actividad), moderada (limitación leve a moderada en la actividad) y severa (limitación marcada en la actividad). 27,28 Se revisó la causalidad de todos los eventos adversos y los eventos se clasificaron de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS): asociación causal inconsistente con la inmunización, asociación causal constante con la inmunización, indeterminada o inclasificable. 29
La respuesta inmunitaria humoral basal y tras la vacunación en el ensayo fase I se evaluó mediante ELISA anti-RBD IgG cuantitativo indirecto interno, usando d-RBD como antígeno de recubrimiento. Este ensayo utiliza 1 suero estándar interno caracterizado, al que se le asignó arbitrariamente 200 AU/mL. La curva estándar se construyó realizando 6 diluciones seriadas dobles: de 1:100 a 1:1600. Las muestras de suero se diluyeron de 1:100 a 1:400. La concentración de IgG anti-RBD se determinó interpolando la densidad óptica de las muestras de suero en la curva estándar construida utilizando la función log-logística de 4 parámetros. 30
La prueba de neutralización molecular del virus basada en el bloqueo de la interacción RBD:hACE2 mediado por anticuerpos. Es un sustituto in vitro de la prueba de neutralización de virus vivo. Utiliza RBD-mouse-Fc recombinante (RBD-Fcm) y el receptor de la célula huésped hACE2-Fc (ACE2-Fch) como antígeno de recubrimiento. Los anticuerpos humanos contra RBD pueden bloquear la interacción de RBD-Fcm con ACE2- Fch. El RBD-Fcm que no fue inhibido puede unirse a ACE2-Fch, y es reconocido por un anticuerpo monoclonal anti-γ murino conjugado con fosfatasa alcalina. Se calculó la proporción de inhibición de la interacción RBD:hACE2 a una dilución sérica de 1:100 y los títulos de neutralización de virus molecular medio máximos (mVNT50). 31
La prueba convencional de neutralización de virus vivo es el estándar de oro para determinar la eficacia de los anticuerpos contra el SARS-CoV-2. Es un ensayo colorimétrico basado en la neutralización de anticuerpos del efecto citopático del virus vivo SARS-CoV-2 en células Vero E6. Se calcularon los títulos convencionales de neutralización de virus vivo (cVNT). 32
Se comparó la respuesta inmune humoral provocada por la vacuna con la del Panel de Sueros de Convalecientes Cubanos (CCSP), compuesto por 68 muestras de suero de individuos asintomáticos, pacientes recuperados de COVID-19 con sintomatología leve o moderada y con sintomatología graves de COVID-19. 13,30
Resultados y discusión
Diseño y evaluación preclínica del candidato vacunal SOBERANA® 01
La estrategia de evaluación no clínica de SOBERANA® 01 estuvo dirigida a demostrar la superioridad del RBD dimérico en comparación con la forma monomérica de la proteína, así como a la capacidad adyuvante de las VME de Neisseria meningitidis y a la inducción de un patrón Th1.
Con el empleo de la tecnología de ADN recombinante se expresó la molécula RBD, en la línea celular CHO K1, que comprende desde los residuos Arg 319 hasta Phe 541 con 6 residuos adicionales de His en su extremo C terminal para facilitar el proceso de purificación. Esta región contiene además 4 enlaces disulfuro intramoleculares y 4 sitios de glicosilación (2 N y 2 O). Además, la secuencia aminoacídica tiene la peculiaridad de tener 1 cisteína libre en la posición 538, que permite la formación de dímeros de RBD.
Mediante ESI-MS se identificaron las señales correspondientes a los 4 enlaces disulfuro intramoleculares (C336-C361, C379-C432, C391-C525, C480-C488), y 1 puente disulfuro intermolecular (C538-C538) y los péptidos con O-glicosilación en la región N-terminal y se verificó la secuencia completa de la proteína.
Para demostrar la actividad biológica se evaluó el reconocimiento específico de la molécula de RBD por su receptor ACE2. La proteína RBD en forma dimérica mostró mayor afinidad por el receptor ACE2 en comparación con el RBD monomérico, además de ser reconocido por sueros de sujetos convalecientes de la enfermedad lo que corrobora la capacidad antigénica del RBD dimérico.
En los estudios inmunológicos en modelos animales se evaluaron 2 formulaciones diferentes con el objetivo de caracterizar la respuesta inmune inducida por el dímero RBD y la presencia o no de VME, (ver figura 1A). Se demostró que la formulación que contenía el dímero RBD combinado con VME indujo una respuesta de IgG más fuerte ya en el día 14 en comparación con la que no tenía VME, con un incremento significativo en los títulos de IgG en todos los tiempos evaluados (ver figura 1B). Además, se observó un aumento en el índice de avidez (ver figura 1C), con valores superiores al 80 %, para la formulación que contiene además las VME (RBD-d/VME/Al[OH]3). De manera similar, tanto IgG1 (5,05 frente a 4,27) como IgG2a (3,89 frente a 2,15) fueron superiores para la formulación RBD-d/VME/Al(OH)3 (ver figuras 1D y 1E).
La inducción de células B de memoria es 1 de los objetivos fundamentales a la hora de diseñar un candidato vacunal. Los resultados obtenidos después de evaluar los esplenocitos tomados el día 42 de ratones inmunizados mostraron títulos tan altos como 102 a 103 después de 7 d para la formulación RBD-d/VME/Al(OH)3 (ver figura 1F).
La variable principal a evaluar en una vacuna es la inducción de anticuerpos neutralizantes del virus vivo. Estos anticuerpos deben ser capaces de bloquear la interacción entre el virus y su receptor celular ACE2. La funcionalidad de los anticuerpos inducidos se demostró midiendo la inhibición de la interacción del receptor RBD-ACE2 en 1 prueba de neutralización molecular (mVNT) y 1 prueba de neutralización de virus convencional (cVNT50) con el virus vivo. Los sueros de ratones inmunizados con la formulación RBD- d/VME/Al(OH)3 mostraron una inhibición mayor y más uniforme que la formulación que no contiene las VME. La mVNT50, también dio como resultado una diferencia significativa en los títulos de anticuerpos neutralizantes inducidos por RBD-d/VME/Al(OH)3 en comparación con RBD-d/Al(OH)3.
En los estudios toxicológicos realizados se pudo demostrar que el candidato vacunal SOBERANA® 01 es seguro luego de la administración de 5 dosis, las cuales representaron más de 100 veces la dosis humana en cada administración y el 250 % de la dosis humana en su conjunto. No se observaron signos clínicos, efectos de dolor, ni muertes durante el ensayo a causa de los productos, que indicaran toxicidad. El peso corporal de los animales, así como el consumo de agua y alimentos no mostraron diferencias entre grupos de tratamientos que indicaran toxicidad del producto evaluado. Los parámetros bioquímicos sanguíneos evaluados y la hemoglobina se mantuvieron en los rangos fisiológicos y no se observaron alteraciones anatomopatológicas de valor tóxico en los análisis macroscópicos.
Evaluación clínica fase I del candidato vacunal SOBERANA® 01
Durante el ensayo clínico fase I se demostró la seguridad del candidato vacunal SOBERANA® 01 en sujetos de 19 años a 59 años de edad. En total se reportaron 31 tipos diferentes de eventos adversos en el 80 % de los participantes para un total de 170, sin diferencias estadísticas entre los grupos de tratamiento evaluados. El 63,5% de los eventos adversos reportados fueron de intensidad leve, 58,8 % clasificados como solicitados y 61,8 % como locales. El 69,4 % tuvo asociación causal con la vacunación predominando el dolor en el sitio de vacunación. La mayoría de los eventos adversos aparecieron en las primeras 24 h y el 59,6 % duraron menos de 24 h. No se encontraron eventos adversos graves, solo 4 (2,4 %) fueron severos.
Al analizar las variables inmunológicas en los sujetos vacunados se pudo demostrar el incremento de la seroconversión anti-RBD, con tasas que aumentaron progresivamente según el número de dosis de vacuna aplicada a cada sujeto, hasta alcanzar valores de 100 % en el grupo tratado con SOBERANA®01 y del 94,4 % para el grupo tratado con la formulación sin VME.
La capacidad de bloquear la interacción RBD:hACE2 aumentó notablemente tras la segunda dosis. Se observó un impacto significativo de la tercera dosis (p < 0,0001), con valores medianos superiores a los de la segunda dosis y a los del panel de convalecientes cubanos (CCSP) empleado como comparador de la respuesta inmune. Todos los voluntarios vacunados con los esquemas completos de SOBERANA® 01 (FINLAY-FR-1) lograron una inhibición de RBD:hACE2 superior al valor medio de CCSP.
La neutralización molecular media máxima (mVNT50) también mostró un aumento significativo en los niveles de anticuerpos funcionales después de la tercera dosis (p < 0,001), que fue mayor en el grupo vacunado con SOBERANA® 01 (p = 0,028).
La prueba de oro resulta la neutralización viral. Se detectaron niveles de anticuerpos neutralizantes de virus vivos después de la segunda dosis en el 85 % de los sujetos vacunados con SOBERANA® 01 que llegaron a valores de 100 % después de la tercera dosis. La GMT de anticuerpos neutralizantes de virus vivo después de la tercera dosis aumentó significativamente en el grupo vacunado con ambos esquemas FINLAY-FR-1 con respecto a las otras formulaciones (p = 0,002) y al CCSP (ver figura 2).
Con los sueros de los sujetos vacunados se evaluó el efecto neutralizante contra 1 variedad de mutantes de RBD presentes en las variantes de preocupación (VOC) del SARS-CoV-2, en comparación con el RBD de tipo salvaje. Se empleó la tecnología de visualización de fagos para expresar diferentes mutantes simples de RBD, es decir, L452R, E484K y N501Y, así como la variante Beta SARS-CoV-2 (B.1.351) que presenta mutaciones K417N, E484K y N501Y en el RBD. Los fagos que expresan RBD se usaron directamente en 1 prueba de neutralización de virus molecular. Como se muestra (ver figura 3) la neutralización de anticuerpos, determinada como ID50, fue mayor para los sueros de personas vacunadas con la formulación que contiene VME en el tipo salvaje y todos los demás fagos que muestran los mutantes RBD.
Las vacunas basadas en proteínas recombinantes, aunque producen pocos eventos adversos, resultan poco inmunogénicas, de ahí la importancia de evaluar potentes adyuvantes que incrementen la respuesta inmune deseada. 33 Las VME de N. meningitidis se han evaluado como inmunopotenciadoras de la respuesta inmune en varios candidatos vacunales demostrando su capacidad adyuvante, es por eso que se diseñó el candidato vacunal SOBERANA® 01 que incluye las VME, que unido a la presentación en forma de dímero del RBD, incrementa significativamente la respuesta inmune en los vacunados.
Las VME estimulan la producción de IFNχ, interleuquinas y citoquinas proinflamatorias, además de inducir respuesta de células T. Una de las ventajas fundamentales del uso de las VME es que estimulan la inmunidad innata, activan las células presentadoras de antígenos lo que tiene como resultado la activación de las células T CD4+ causando una respuesta inmune con predominio del patrón Th1. 9 Al aplicar SOBERANA® 01 se observó la inducción de altos títulos de anticuerpos específicos anti RBD con demostrada funcionalidad, mediada por la presencia de anticuerpos neutralizantes. Al evaluar la inhibición de la interacción RBD:hACE2 en suero de sujetos vacunados se encontraron altos valores de inhibición, superiores también al panel de convalecientes cubanos.
Los estudios preclínicos y clínicos demostraron el importante papel de las VME en la inducción de la respuesta inmune funcional, especialmente caracterizada por la presencia de anticuerpos neutralizantes en los sujetos vacunados con la formulación que combina el RBD dimérico y las VME. Los títulos de anticuerpos neutralizantes fueron mayores que los reportados para otras vacunas de virus inactivado y algunas vacunas basadas en vectores adenovirales. 33,34,35,36
Conclusiones
Se demostró la inmunogenicidad y la capacidad neutralizante de los anticuerpos inducidos por la formulación basada en la proteína RBD en forma dimérica y VME de N. meningitis adsorbida en hidróxido de aluminio. Una de las ventajas de este candidato vacunal es la presentación bivalente del RBD, que exponen bien sus motivos de unión al receptor y conservan las propiedades antigénicas, pero al mismo tiempo, esta presentación multivalente contribuye a la mayor respuesta humoral y a la funcionalidad de los anticuerpos. La capacidad adyuvante de la VME en la formulación incrementa la inmunogenicidad del antígeno vacunal; de ahí el mayor número de individuos que respondieron en la evaluación preclínica y clínica preliminar en humanos. El análisis de los sueros de las personas vacunadas demostró que la formulación que contiene las VME provoca un efecto neutralizante más potente contra varios mutantes RBD presentes en los COV, incluidos los mutantes triples RBD de la variante Beta.