Cos’è un vaccino?

Un vaccino è un preparato importantissimo (passato dalla mutua ai bambini ed agli anziani), perchè contiene microrganismi o parti di microrganismi, opportunamente trattati in modo da perdere la proprietà patogena e mantenere la proprietà antigenica.

Per parlare di vaccini non si può non approfondire il concetto di immunità, che deriva dalla parola latina immunitas, che significava “esenzione dalle imposte”, quindi aveva un valore prevalentemente giuridico, mentre oggi presenta molte più accezioni (da quella politica, “immunità parlamentare”, a quella biologica, che tratteremo noi).

L’immunità di interesse biologico è un’arma di difesa che il nostro corpo crea nei confronti dei microrganismi, e in questo concetto rientrano sia le difese di tipo aspecifico che quelle di tipo specifico.

La risposta immunitaria specifica

La risposta immunitaria specifica è una risposta che viene sviluppata in seguito all’esposizione del nostro organismo a delle molecole estranee, chiamate antigeni. Questa risposta inoltre può esplicarsi sia con la produzione di immunoglobuline (con la risposta anticorpale) che di cellule (con la risposta cellulo-mediata).

Questo concetto di immunità in realtà è molto antico perché, ancora prima che si scoprissero questi tipi di difese immunitarie, si era notato che se delle persone esposte ad una certa malattia sopravvivevano a questa non contraevano più la stessa malattia, quindi erano diventate immuni, questa viene definita immunità acquisita (famosi erano soprattutto i sopravissuti alla peste, ad esempio).

Questo si ha in conseguenza del fatto che qualsiasi agente eziologico, sia esso un virus o un batterio, presenta sulla sua superficie delle molecole, che possono essere proteine o polisaccaridi o altre ancora, che vengono riconosciute come estranee, o come non-self. Queste molecole, per essere riconosciute come tali, devono possedere un certo grado di complessità, ma ancora prima devono essere estranee, cioè non appartenere al nostro pool di proteine e di molecole organiche. Queste vengono definite antigeni e nei loro confronti viene sviluppata una risposta immunitaria. In realtà l’antigene è una macromolecola che viene “processata” dal nostro sistema immunitario e ridotta in frammenti (sono molto più piccoli della molecola di partenza, per esempio se parliamo di una proteina possiamo avere dei frammenti fino a 10 amminoacidi, chiamati epitopi), riconosciuti come non self e che sviluppano la risposta immunitaria.

Verso questi epitopi le plasmacellule attivate secernono le immunoglobuline, che entrano in circolo.

La risposta immunitaria può essere essenzialmente di due tipi.

  1. La prima è di tipo umorale, cioè quando le immunoglobuline vengono riversate in qualsiasi tipo di liquido corporeo (il siero, il muco, la saliva, le lacrime ed altri ancora).
  2. La seconda invece è una risposta cellulo-mediata, in quanto vengono attivate delle cellule specifiche, che possono essere per esempio i linfociti T, provenienti dal timo, poi queste migrano e vanno a svolgere la loro azione citotossica nei confronti dell’agente eziologico che ha sviluppato la risposta immunitaria.

Questa risposta non è specifica dei linfociti T, ma si può avere sia da parte di questi, sia da parte dei macrofagi, sia da parte dei granulociti, che di altre cellule.

In generale l’immunità che si instaura contro un determinato microrganismo può essere di due tipi.

Immunità naturale: si può verificare in seguito ad una piccola infezione, che si può manifestare o meno nella malattia (è da sottolineare che non tutte le piccole infezioni evolvono poi nella malattia, molto spesso infatti queste vengono risolte localmente dal nostro sistema immunitario, infatti noi contraiamo continuamente diversi contatti con vari batteri e virus ma non ci ammaliamo ogni volta).

Immunità artificiale: si verifica attraverso la somministrazione di antigeni all’interno del nostro organismo, i quali possono indurre una risposta immunitaria (questo è il vaccino), lo scopo di questa somministrazione è quella di indurre la formazione di anticorpi ex novo, così da rendere più rapida una eventuale seconda risposta immunitaria in seguito al contatto con lo stesso antigene, infatti una volta attivate le cellule responsabili della risposta immunitaria, queste rilasciano una memoria immunologica, sulla quale si basa il principio di ogni tipo di vaccino.

L’immunità è di tipo duraturo, cioè permane nel tempo, perché in seguito al contatto ed alla risposta all’antigene si ha la stimolazione delle cellule della memoria, che producono anticorpi o stimolano le cellule T (che sopravvivono per anni), questo ci consente di avere una risposta non solo molto più rapida, ma anche più intensa contro quell’antigene.

Queste cellule tuttavia non sono eterne, infatti il livello di immunità protettiva tende a scendere con l’età ed è per questo che per alcune vaccinazioni come l’antitetanica o l’antidifterica si usa risomministrare periodicamente il vaccino in modo da rialzare il livello di immunità.

Infatti la prima volta che il nostro organismo viene a contatto con un antigene si sviluppa una risposta di tipo primario, che è molto meno intensa di una risposta di tipo secondario, avuta cioè in seguito alla formazione delle cellule della memoria. Quello che si viene a formare è un maggiore numero di anticorpi in un tempo molto inferiore, quindi abbiamo una risposta più forte.

Un’altra caratteristica da sottolineare è che la risposta anticorpale è specifica.
Infatti se inoculiamo in un topolino un antigene A, con il quale non era mai venuto a contatto, si creerà una risposta primaria con le sue classiche caratteristiche, mentre se lo rinoculiamo insieme ad un antigene B, anch’esso mai contratto, si avranno due risposte: una primaria per l’antigene B ed una secondaria e più forte per l’antigene A.

Un altro parametro importante da sottolineare è che il nostro sistema immunitario è in grado di riconoscere le molecole del self e quelle del non-self, altrimenti si svilupperebbero le malattie autoimmuni, come la sclerosi multipla ed altre ancora.

Il vaccino
Un vaccino è sempre un prodotto biologico, che può essere formato o da microrganismi uccisi (batteri, virus, miceti e quant’altro) oppure può contenere le parti del microrganismo in questione e deve essere in grado di sviluppare una risposta immunitaria e di non sviluppare la malattia.
Ultimamente si usano le parti di microrganismi perché è più vantaggioso.
Ad esempio, il batterio della difterite presenta sulla sue superficie più di 3000 antigeni, molti dei quali non sono determinanti nella patogenicità del batterio, quindi, inoculando il batterio morto, facciamo sviluppare una risposta immunitaria ridondante ed inutile verso degli antigeni che non sono potenzialmente patogeni o che, ancora peggio, se sono attaccati non riducono la patogenicità del batterio, mentre inoculando solo certi antigeni ottengo la formazione di una risposta immunitaria mirata e più precisa.

Un buon vaccino deve avere certe caratteristiche.

  • Un costo basso, in visione di una possibile diffusione di massa di questo vaccino
  • Assenza di tossicità: il vaccino non deve causare la malattia né degli effetti collaterali, questo si può testare sugli animali da laboratorio, facendo degli studi preclinici, poi sull’uomo, nella cosiddetta fase 1, per valutarne gli effetti tossici. Per gli studi preclinici si usano gli animali perché hanno un sistema immunitario molto simile a quello umano, così si usano topi, cavie, conigli, scimmie ed altri animali ancora. Tuttavia non si sceglie a caso l’animale, perché in parte alcuni batteri infettano elettivamente alcune specie, ed in parte perché è più facile fare alcuni esperimenti su certi animali piuttosto che su altri.
    Se il vaccino è destinato ad uso pediatrico, in fase 1 si sperimenta sempre su un soggetto volontario adulto e non su un bambino, per motivi etici.
  • Il vaccino deve essere immunogenico, cioè deve indurre la risposta immunitaria umorale e cellulo-mediata. Anche questo si può testare in studi preclinici e sull’uomo in fase 2, per testare il livello di anticorpi prodotti verso quell’antigene.
    I soggetti studiati in fase 1 possono anche essere usati per studiare l’immunogenicità in fase 2.
  • Il vaccino deve essere efficace. Questo perché un vaccino, anche se è a basso costo, non tossico ed immunogenico, può non indurre una risposta immunitaria sufficiente a eliminare l’agente eziologico o a proteggere il paziente da questo. Questo si studia in fase 3. Chiaramente in questa fase queste prove sono pericolose e costose. Se per esempio induciamo la formazione di immunoglobuline per una proteina di superficie che è ridondante per il batterio ed è facilmente staccabile dalla sua parete, questo si rivela un vaccino inefficace. Un altro esempio si ha quando induciamo la formazione di anticorpi che hanno un’alta affinità per l’antigene inoculato, ma una bassa affinità per la stesso quando questo si trova sull’agente eziologico. Questo si può verificare quando vengono usate delle proteine denaturate, che cambiano la loro conformazione spaziale e quindi inducono la formazione di immunoglobuline diverse. Un problema frequente nello studio di efficacia si ha quando si deve testare un vaccino pediatrico, perché presuppone che si sia già inoculato il vaccino.
    Nel momento in cui il vaccino si dimostra efficace deve avere un’efficacia sulla popolazione superiore al 75 %.
  • L’immunogenicità e l’efficacia non devono variare nel tempo

La composizione dei vaccini cambia molto dal tipo di vaccino che usiamo. Se ne possono avere di vari tipi:

  1. Vaccino composto dal batterio ucciso
  2. Vaccino composto dal batterio vivo ma che ha perso la sua virulenza (è il caso della pasteurella)
  3. Vaccino con componenti cellulari del batterio

Ognuno di questi vaccini rispecchia i punti analizzati sopra.
I principali costituenti dei vaccini sono i seguenti:

  • L’agente immunogenico o principio attivo, che può essere uno fra i tre illustrati sopra
  • I principi inerti, che sono dei liquidi in sospensione privi di LPS, lipopolisaccaridi, e assolutamente antisettici
  • Conservanti, come i sali mercuriali, che però sono stati osservati come dei potenziali agenti neurotossici (si è parlato dell’induzione di autismo nei soggetti sani e per questo sono stati eliminati come conservanti). I conservanti sono importanti per evitare che le proteine che sono presenti nel vaccino si denaturino nel tempo e perdano il loro effetto immunogenico
  • Adiuvanti, sono delle molecole che potenziano l’immunogenicità del principio attivo.
    Per testare l’efficacia dell’utilizzo degli adiuvanti si è testato su dei topi la comparsa di immunoglobuline in seguito alla somministrazione di un antigene, che in questo caso è l’albumina d’uovo. Ebbene, con la somministrazione degli adiuvanti questa produzione è molto aumentata ed è diventata molto più rapida e duratura. I vantaggi sono chiari. L’utilizzo dell’adiuvante permette di utilizzare meno antigene (abbattendo i costi di produzione) e di sviluppare meglio i vaccini combinati. I vaccini combinati sono dei vaccini nei quali si trovano i principi attivi di più malattie, senza bisogno di fare più vaccinazioni separate. In Italia, per esempio, attualmente c’è la esavalente attiva contro la difterite, il tetano, la poliomelite, la pertosse, l’epatite B e l’Haemophilus influenzae, questo rappresenta un grosso vantaggio, perché il bambino che riceve la esavalente è immune nei confronti di sei patologie diverse. Questi tipi di vaccini sono molto complicati perché bisogna fare in modo che la tossina difterica non “mascheri” quella tetanica e che gli antigeni vari non interagiscano fra loro, in particolare minore è la quantità di antigene e più facilmente si evitano certi effetti, quindi gli adiuvanti sono importanti per la formazione di questi tipi di vaccini.

Una cosa importante da sottolineare è che attualmente bisogna anche cercare di potenziare una risposta TH1 (la risposta cellulo-mediata) piuttosto che una risposta TH2 (la risposta anticorpale) o il contrario a seconda che l’agente sia una tossina, oppure un agente circolante (si privilegia in questo caso il linfocita TH2 perché neutralizza la tossina e meglio agiscono gli anticorpi circolanti), oppure un agente virale che agisce all’interno della cellula dove gli anticorpi non arrivano (si privilegia la risposta cellulo-mediata).