I vaccini limmunit e limmunologia 2006 2007 science

I vaccini, l’immunità e l’immunologia 2006 - 2007 ". . . science consists in grouping facts so that general laws or conclusions may be drawn from them. ” Charles Darwin

A chi interessa la storia dell’Immunologia? L’immunologia ha la fama, meritata, di essere difficile. È piena di informazioni, che fanno capo a discipline diverse e cambiano continuamente a causa delle nuove scoperte. MA alcuni concetti essenziali rimangono gli stessi: • Molti dei problemi che dominano la ricerca immunologica sono stati delineati fin dagli inizi dell’ immunologia, e sono tuttora aperti e rilevanti • Chi e perché li ha formulati? La storia dell’ immunologia è ricca di domande intellettualmente stimolanti e di risposte interessanti. Conoscerle aiuta a comprendere le idee attuali dell’immunologia e i loro limiti

Apprendere o comprendere. . Aristotele, nella sua scuola, si rivolgeva a due tipi di pubblico diversi: • gli studenti, iscritti al Liceo • gli uditori, che frequentavano le conferenze aperte a tutti. Secondo Aristotele i due gruppi imparano in modo differente: • Gli studenti sanno perché: essi sanno per aver capito • Gli uditori sanno che : essi sono informati per aver udito Comprendere e apprendere non sono la stessa cosa

I fatti, le domande e la storia • Formulare le domande appropriate è un’operazione centrale in ogni disciplina. • Le domande permettono di delineare ipotesi e sono spesso più durature delle risposte. • Le risposte che si ricavano dagli esperimenti sono sempre parziali ed evolvono con rapidità La storia della scienza interessa a chi vuole capire non solo le risposte ma anche le domande cruciali che hanno generato quelle risposte. "Science is a way of thinking much more than it is a body of knowledge. ” Carl Sagan “aim to learn the basics, so you can take care of your patients in the years to come” (Corso di Immunologia, Greenberg 2005).

Il posto dell’immunologia nelle scienze biomediche

Immunologia, medicina e biotecnologie • Gli inizi dell’immunologia sono strettamente intrecciati con quelli della difesa contro le infezioni e con la “teoria microbica” delle malattie. • A tutt’oggi la difesa contro batteri e virus è uno dei principali campi di interesse per gli immunologi: la dimostrazione che l’ulcera peptica è una malattia infettiva (Helicobacter pilory) e non genetica o da stress è una delle più clamorose svolte nella medicina del secolo appena trascorso • L’immunologia si è imposta fin dall’inizio come disciplina eminentemente applicativa: • I vaccini sono esempi forti di medicina preventiva su basi biologiche e gli anticorpi monoclonali hanno inaugurato l’era delle biotecnologie. • Essa ha dovuto affrontare complessi problemi di genetica e di biologia cellulare ed ha fornito in qualche caso brillanti risposte che hanno rivoluzionato alcune idee nei rispettivi settori

Quanti premi Nobel all’Immunologia! • L’immunologia occupa un posto importante nella biologia e nella medicina moderna • Dei 95 premi Nobel per la Medicina, 12 sono stati assegnati a immunologi • C’è una cesura di 30 anni tra il premio Nobel di Landsteiner (1930 gruppi sanguigni) e quello di Burnet e Medawar (1960 - tolleranza immunologica). Occorreva l’elaborazione di ipotesi innovative sull’origine degli anticorpi, con il corollario sulla tolleranza immune, per poter fare avanzare l’immunologia oltre i confini della sierologia, nella quale si era arrestata per 30 anni.

Nobel Prizes in Immunology 1901 EMIL ADOLF VON BEHRING for his work on serum therapy, especially its application against diphtheria. 1905 ROBERT KOCH for his investigations and discoveries in relation to tuberculosis. 1908 ILYA ILYICH MECHTNIKOV and PAUL EHRLICH in recognition of their work on immunity. 1913 CHARLES ROBERT RICHET in recognition of his work on anaphylaxis. 1919 JULES BORDET for his discoveries relating to immunity. 1930 KARL LANDSTEINER for his discovery of human blood groups. 1960 SIR FRANK MACFARLANE BURNET and SIR PETER BRIAN MEDAWAR for discovery of acquired immunological tolerance. Rejection of donor grafts was due to an immunological reaction and that tolerance can be built up by injections into embryos. 1972 GERALD M. EDELMAN and RODNEY R. PORTER for their discoveries concerning the chemical structure of antibodies. 1980 BARUJ BENACERRAF, JEAN DAUSSET and GEORGE D. SNELL showed that so-called H antigens (histocompatibility antigens) determine the interaction of the multitude of different cells responsible for the body's immunological reactions - including the combat of infections and rejection of foreign matter. 1984 NIELS K. JERNE for the specificity in development and control of the immune system. 1987 SUSUMU TONEGAWA for discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity. 1996 PETER C DOHERTY AND ROLF M ZINKERNAGEL for their discoveries concerning the Specificity of the Cell-Mediated Immune Defense. They found that white blood cells (lymphocytes) must recognize both the virus and certain self molecules -- the so-called major histocompatibility antigens -- in order to kill the virusinfected cells.

La lezione delle grandi epidemie

Immunità Il termine “immunità” è stato usato per la prima volta in medicina nel 1775 da Van Sweiten, un medico olandese, per descrivere gli effetti indotti da uno dei primi tentativo di variolazione.

Le grandi epidemie “Si definisce epidemia una malattia che colpisca quasi simultaneamente una collettività di individui con una delimitata diffusione nello spazio e nel tempo. Affinché si sviluppi un'epidemia è necessario che il processo di contagio tra le persone sia abbastanza facile”. (Wikipedia) Nei secoli in cui l’Europa era devastata dalle epidemie, la popolazione era falcidiata, ad ondate, ogni 20 o 30 anni da peste, vaiolo ed altre malattie ad alta contagiosità Se si guarda alle condizioni dell’ Europa nei due secoli che precedettero l’anno della peste nera (1348) si osserva che ripetute ondate epidemiche devastarono le popolazioni tanto che non era inusuale che il 20% degli abitanti ne morisse. Resoconti anche peggiori, con decessi superiori al 50% degli abitanti, non erano inusuali.

Epidemie, pandemie e interpretazione degli eventi rari Si ha pandemia quando una malattia infettiva è così contagiosa da colpire quasi l’intera popolazione simultaneamente in più regioni. Nelle epidemie e nelle pandemie il “campione statistico” coincide praticamente con l’intera popolazione. In esse gli eventi rari possono emergere con forza e i rapporti tra eventi possono essere colti da un’osservazione attenta L’associazione tra guarigione e immunità è forte (tutti i guariti sono immuni): la relazione tra i due fatti può essere individuata immuni Guarigione Immunità

Un racconto esemplare: la guerra del Peloponneso e la peste di Atene Nell'anno 431 A. C. (B. C. E. ), nel primo anno della guerra del Peloponneso, “sul cominciare dell’estate ……… fece la sua comparsa tra gli ateniesi la peste”. Tucidide (460 -400) ne ammalò, come quasi tutti i suoi concittadini, ne guarì, e ne lasciò una descrizione eccezionalmente scientifica, nell’ opera dedicata alle guerre del Peloponneso. LIBRO I 1. Tucidide d'Atene descrisse la guerra tra Peloponnesiaci e Ateniesi, come combatterono fra loro. Mise subito mano alla stesura dell'opera, dallo scoppio della guerra, che prevedeva sarebbe stata grave, anzi la più degna di memoria tra le precedenti… ………………Fu senza dubbio questo l'evento che sconvolse più a fondo la Grecia e alcuni paesi barbari: si potrebbe dire addirittura che i suoi effetti si estesero alla maggior parte degli uomini. Nota: peste in questo contesto è un nome generico per indicare un’epidemia di una malattia non bene identificata

Come Tucidide sviluppa il racconto • Provenienza geografica del contagio • Stagione del contagio in Atene • Luogo di partenza del contagio • Cause favorenti la diffusione del contagio • Immunità dei guariti • Specificità dell’immunità

. . fece la sua prima apparizione oltre l’ Egitto Fece la sua prima apparizione, a quanto si racconta, in Etiopia, oltre l’Egitto; poi dilagò anche nell’Egitto, in Libia e nalla maggior parte del regno di Persia. In Atene piombò all’improvviso e i primi a subirne il contagio furono gli abitanti del Pireo…………. . Poi giunse anche nella città alta. Oltre al male che li opprimeva , aggravava la situazione anche l’afflusso in città di coloro che venivano dai campi e poi avevano la peggio. Infatti, siccome non avevano case in cui sistemarsi, ma vivevano in capanne soffocanti, data la stagione, la moria faceva vittime in una spaventosa confusione.

……. nulla potevano… né gli uomini né gli dei Ma nessuna tradizione serba memoria, in nessun luogo, di un così selvaggio male e di una messe tanto ampia di morti. I medici nulla potevano, per fronteggiare questo morbo ignoto, che tentavano di curare per la prima volta. ……. . Ogni altra scienza o arte umana non poteva lottare contro il contagio. Le suppliche rivolte agli altari, il ricorso agli oracoli e ad altri simili rimedi riuscirono completamente inefficaci: desistettero infine da ogni tentativo e giacquero, soverchiati dal male.

Fatti e relazioni tra fatti: …io, per conto mio, dirò come si è manifestato e con quali sintomi…. “Dunque su questo malanno ognuno dica pure quello che pensa, dotto o meno nell’arte medica: donde è probabile che abbia avuto origine e quali ragioni egli ritiene sufficienti perché un siffatto disastro con tanta violenza si sia scatenato. Io, per conto mio, dirò come si è manifestato e con quali sintomi, così che, se un giorno dovesse tornare ad infierire, ognuno che sia attento, conoscendone già da prima le caratteristiche, abbia modo di sapere di che si tratta. ” Tucidide descrive fatti e relazioni tra fatti. Egli applica il metodo dell’osservazione diretta, che noi oggi possiamo definire Baconiano, più di un millennio prima che Francesco Bacone avesse provveduto a descriverlo.

Fatti e relazioni tra fatti: . . . non si ricadeva una seconda volta nel male “ Coloro che erano sfuggiti alla violenza della peste……… erano ormai al sicuro: non si ricadeva infatti una seconda volta nel male, o almeno l’eventuale ricaduta non portava alla morte. Invidiati dagli altri, essi stessi, nell’esaltazione del momento, nutrivano la vana speranza che, per l’avvenire, nessun’altra malattia li avrebbe più potuti domare”. Guarigione Immunità specifica Nelle parole di Tucidide l’evento statisticamente raro è stato individuato con chiarezza e interpretato correttamente

Che fare allora: Attendere il male, evitarlo o prevenirlo ? Dalla descrizione della peste di Atene si potrebbero ricavare utili indicazioni di sanità pubblica atte a evitare il contagio, ma nessun indizio per prevenire il male in chi è contagiato In realtà in Europa, fino alle soglie della rivoluzione industriale, le uniche difese valide contro le epidemie furono i provvedimenti di igiene pubblica tendenti a evitare o contenere il contagio (quarantene, isolamento ed altro) Occorsero dunque molti secoli, perché le tecniche di prevenzione per esposizione, giunte in Inghilterra dalla Cina, nel 1700, attraverso la Turchia, permettessero a tutti di “mettersi al sicuro dalla violenza del male”, come accadeva in Atene solo a chi guariva dalla peste

Prevenire esponendosi: Il vaiolo e i primi tentativi di difesa attiva

Alla maniera di: utilità e limiti delle analogie Il mitridatismo o assuefazione al veleno era l’unico fenomeno noto alla cultura antica, che avesse qualche somiglianza con la protezione acquisita • Alla luce di quanto sappiamo l’analogia era inesatta. Assunzione ripetuta di piccole dosi non letali di veleno assuefazione • E’ probabile tuttavia che essa abbia ispirato i primi tentativi di prevenzione della malattia mediante assunzione di materiale infetto. • Il vaiolo fu il banco di prova di questi tentativi. Malattia ? = Immunità Esposizione volontaria controllata alla malattia L’analogia è una scorciatoia privilegiata del pensiero per abbozzare spiegazioni su ciò che è ignoto. Può essere utile o fuorviante, ma è necessario tentare.

Il vaiolo induce immunità in chi guarisce Il virus del vaiolo penetra nell’organismo attraverso le vie respiratorie e raggiunge, per via ematica, gli organi interni e la cute, dove si moltiplica. Può uccidere dal 10 fino al 30% della popolazione ed è stato uno dei più temuti e terribili killer della storia umana. La prima infezione di cui si hanno documenti è quella del 1350 B. C. E. in Egitto, ma è probabile che altre l’abbiano preceduta. In occidente ha colpito in modo drammatico: ne hanno sofferto Mozart, George Washington e Abraham Lincoln. Il vaiolo induce immunità permanente ed è la prima malattia verso cui è stato usato sistematicamente un vaccino, che è poi stato il primo ad essere abbandonato. Il vaccino è tornato attuale per i recenti timori di guerra batteriologica. Il Presidente Bush è stato immunizzato contro il vaiolo il 21 Dicembre 2002.

Testimonianze di vaiolo nell’antico Egitto 2000 -1000 BCE: Possibili segni di vaiolo in Mummie Egizie Mummia di Ramses V, morto nel 1157 BCE. Si nota l’ eruzione sulla parte inferiore del viso. Si notano anche pliche cutanee forse dovute ad edema.

Le prime forme di inoculazione preventiva: le origini leggendarie in Cina ”Le origini dell’ inoculazione contro il vaiolo in Cina sono piuttosto misteriose. Sappiamo che la tecnica è iniziata nella provincia di Szechuan, dove c’è una famosa montagna detta O-Mei Shan (Shan= montagna), collegata alla storia sia del Buddismo che del. Taoismo. Gli eremiti che vivevano nelle sue grotte possedevano il segreto dell’inoculazione già nel decimo secolo C. E. Da quanto tempo lo possedessero non è noto. La tecnica giunse all’attenzione pubblica quando il figlio maggiore del Primo Ministro Wang Tan (957 -1017) morì di vaiolo. Wang cercò disperatamente di evitare la stessa sorte agli altri membri della famiglia, e chiese ai medici ed ai saggi di tutto l’impero di trovare un rimedio. Dalla montagna di O-Mei Shan venne un eremita Taoista, descritto come un “sacro medico” o come una “anziana donna con poteri numinosi” (una monaca ? ). Egli (o ella) recò con sé la tecnica dell’inoculazione e la introdusse nella capitale. . ” Cfr, "The Genius of China: 3000 Years of Science, Discoveries and Inventions", Simon and Schuster, New York, by Robert Temple, 1986

Le tecniche cinesi di variolazione • Dinastia Song (960 -1279 C. E. ), "Yi Miao": indossare i vestiti di una persona infetta morta da poco di vaiolo. • Dinastia Ming (1368 -1644), Variolazione: inserire escare di pazienti sotto la cute di soggetti sani o insufflare materiale essiccato delle escare nel naso con un tubo d’argento ("Gan Miao": inoculo secco) o usando acqua per preparare una pasta dalle escare e inserirla nelle narici ("Shi Miao": inoculo umido). • Una descrizione sistematica delle tecniche cinesi di inoculazione è stata fatta da Chang Yen nel 1741 in "Zhong Miao Xin Shu" (Nuovo libro delle inoculazioni).

Accurate illustrazioni delle tecniche cinesi di variolazione

Le prime forme di inoculazione preventiva in Europa • Durante il XVII secolo, la pratica della prevenzione si introdusse lentamente nei territori circostanti alla Cina, seguendo la “via della Seta”, e raggiunse la Turchia dove attrasse l’attenzione degli Europei • Il mercante inglese John Lister riferì del metodo cinese alla Royal Society nel 1700. • L’intervento decisivo per la diffusione in Europa si deve a Lady Mary Wortley Montagu (1689 -1762) moglie dell’ Ambasciatore inglese a Costantinopoli (Istanbul), che fece “variolare“ la sua famiglia nel 1718

LADY MARY WORTLEY MONTAGU (1689 -1762) http: //www. montaguemillennium. com/familyresearch/h_1762_mary. htm • Fu ella stessa colpita dal vaiolo (1715) e scrisse un Poema: The Small-Pox. • Il vaiolo rovinò il suo bel corpo e la lasciò senza ciglia e con la cute fortemente butterata • Lady Mary era la moglie dell’ Ambasciatore inglese in Turchia (1716 -1718). Qui imparò come variolare le persone e variolò suo figlio nel 1717 e sua figlia, in Inghilterra, nel 1721. • Sebbene l’accettazione della variolazione “alla maniera turca” incontrasse molta resistenza e Lady Mary fosse pesantemente criticata dall’alta società Inglese, la nuova tecnica ottenne una decisiva promozione in Inghilterra e nelle altre parti d’Europa, quando fu dato il permesso di vaccinare i figli del Principe e della Principessa del Galles nel 1772.

“The royal experiment” Giorgio I non convinto dai racconti di Lady Montague organizzò un esperimento per controllare prima l’innocuità e poi l’efficacia della inoculazione. Safety: Three men and three women prisoners in Newgate jail were inoculated on the morning of August 29, 1721, in front of twenty-five physicians, surgeons, and apothecaries, as well as representatives of the press. . All but one of the subjects developed mild symptoms of smallpox, and that person was later found to have had a slight case of smallpox the year before [and was thus already immune]. . They all recovered, showing no ill effects of the inoculations and, true to the royal word, were pardoned on September 6. Efficacy: Some people also wanted to know, however, whether the variolation procedure actually protected a person against contracting smallpox again. They wanted to know if it was efficacious. So ……. . Dr Charles Maitland arranged for one of the survivors of the Newgate inoculations, a nineteen-year-old woman, to come to a small town near London to act as the nurse and lie in the same bed every night with a tenyear-old smallpox victim. . Fortunately, after six weeks of exposure, she still had not contracted the disease. L’esperimento fu considerato convincente e la variolazione venne accettata.

Voltaire, l’illuminismo e la diffusione della variolazione La cultura dell’illuminismo, laica e cosmopolita, promosse fortemente le pratiche di variolazione, compiacendosi di sottolinearne l’origine extraeuropea Voltaire ne lascia una testimonianza sorridente nelle Lettere (1733), dove le storie dei cinesi e dei circassi si affiancano alle gesta di Lady Montague “All’inizio del regno di re Giorgio I, Lady Wortley Montague, una donna di ingegno così sottile e dotata di mente così forte, come nessun altra del suo sesso nel Regno Unito, essendo con il marito che era ambasciatore alla Porta, non si fece scrupolo di inoculare il vaiolo ad un figlio…. . Il cappellano fece presente alla Lady, ma senza successo, che questa era una pratica non cristiana, e che pertanto non poteva avere successo se non sugli infedeli. Tuttavia essa ebbe il più felice effetto sul figlio di Lady Montague ed al suo ritorno in Inghilterra ella comunicò il buon esito dell’esperimento alla Principessa del Galles”. (Voltaire, Lettere)

La variolazione in Italia: intellettuali, nobili e medici In Italia, come altrove in Europa, l’innesto del vaiolo divenne una bandiera per chi si schierava dalla parte dei “lumi”. Una traccia delle vivaci polemiche sull’innesto si trova nell’ode dedicata dall’abate Parini al medico Gianmaria Bicetti, uno dei sostenitori della variolazione in lombardia (1765). L’INNESTO DEL VAIOLO Al dottore Gianmaria Bicetti dè Buttinoni Novello trionfatore dell’epidemia di Ghiaradadda : : : : : : : : : : : : : : : : : Oh debil’ arte, oh mal secura scorta, Che il male attendi, e no ’l previeni accorta! Già non l’attende in orïente il folto Popol che noi chiamiam barbaro e rude; Ma sagace delude Il fiero inevitabile demòne. Poichè il buon punto ha colto Onde il mostro conquida, Coraggioso lo sfida; E lo astrigne ad usar ne la tenzone L’armi, che ottuse tra le man gli pone. Del regnante velen spontaneo elegge Quel ch’è men tristo, e macolar ne suole La ben amata prole, Che non più recidiva in salvo torna.

…. . L’ostinata, folle scola antica…. . e le sue ragioni L’iniziativa di sfruttare l’esposizione al male per indurre immunità al male stesso, è nata in Europa in ambiente non medico e si è sviluppata contro le resistenze della medicina accademica (l’ostinata folle scola antica). In verità, per la medicina accademica il nuovo si presentava sotto spoglie apparentemente antiche: L’idea di difendersi dalla malattia esponendosi alla malattia stessa sembrava resuscitare principi curativi “per somiglianza”, tipici della medicina magica, dalla quale la scienza aveva faticato ad affrancarsi. (segue da: l’innesto del vaiolo) Sempre il nuovo, ch’è grande, appar menzogna, Mio Bicetti, al volgar debile ingegno: Ma imperturbato il regno De’ saggi dietro all’utile s’ostina. Minaccia né vergogna No’ l frena, no’ l rimove; Prove accumula a prove; Spregia l’ingiusto soglio Ove s’arman d’orgoglio La superstizio del ver nemica, E l’ostinata folle scola antica. Per questo l’accademia imperturbata ignorava le “prove accumulate alle prove” sulla efficacia della variolazione.

L’azzardo della variolazione L’azzardo inerente alla pratica della variolazione è altissimo. Il contagio “controllato” differisce da quello spontaneo solo per la via di penetrazione e forse per una accidentale attenuazione del virus (essiccamento, ecc). Le persone variolate erano esposte ad un considerevole rischio di contrarre una forma grave di vaiolo; il rischio di morte era stimato dall’ 1% al 4%. Inoltre esse erano contagiose e capaci di infettare accidentalmente altre persone. La via della prevenzione era aperta, ma occorreva qualcosa di meglio

Osservare, comparare, innovare: Il vaiolo bovino e la vaccinazione umana ……. . . E improvvisamente tutto cominciò a cambiare

Le donne e un medico attento, nell’Inghilterra rurale del ‘ 700 Nella seconda metà del 18 esimo secolo, l’Europa fu devastata da epidemie di vaiolo. Nell’Inghilterra rurale, era noto che le mungitrici erano spesso risparmiate dal vaiolo e molte voci non documentate indicavano una connessione tra il contatto con mucche infette da pustole di vaiolo vaccino e la protezione verso il vaiolo umano. Riflettendo su questi racconti Jenner perfezionò l’idea, già applicata da qualche farmer, di contagiare l’organismo volontariamente con vaiolo vaccino per proteggerlo dal vaiolo umano, assai più grave.

Edward Jenner. Quando studiava medicina, Jenner ascoltò il racconto di una giovane mungitrice che assicurava di non poter contrarre il vaiolo perché una volta aveva già avuto il “vaiolo delle mucche” (una malattia molto lieve). Questo lo indusse a meditare sulla possibilità di usare l’inoculazione del vaiolo vaccino a scopo preventivo. Dopo anni di prove, il 14 Maggio 1796, Jenner fece il famoso esperimento ufficiale col vaiolo vaccino su un ragazzo di 8 anni, James Phipps. Egli ricavò il materiale da una pustola della mano di Sarah Nelmes che aveva contratto il vaiolo vaccino. Due mesi dopo egli espose il ragazzo al virus del vaiolo umano e dimostrò che egli era protetto, poiché sviluppò solo una modesta reazione infiammatoria attorno al sito di inoculazione. Alcuni documenti indicano che nel 1789 egli aveva già sperimentato il vaccino sul suo bambino, di un anno e mezzo di età, facendolo seguire dalla convenzionale variolazione. Un reato ? La mano di Sarah Nelmes: la prima donatrice

Jenner inocula James Phipps (1796) An Inquiry into the causes and effects of the Variolae Vaccinae, a disease discovered in some of the western counties of England, particularly Gloucestershire, and known by the name of the cow-pox (1798)

Un francobollo molto evocativo

La difficoltà di innovare 1796 James Pipps venne inoculato 1800, l’efficacia della vaccinazione è provata Dal 1840, il governo Britannico bandì ogni altro trattamento preventivo contro il vaiolo. Jenner scrisse una memoria nel 1796 dove spiegava i suoi esperimenti; cercò di pubblicare lo studio del suo primo caso su “Transactions of the Royal Society of London” Il suo studio venne rifiutato. Egli andò a Londra per dimostrare la sua teoria. Nessuno volle sottoporsi alla sua vaccinazione. Scoraggiato, Jenner ritornò a Berkeley. Jenner ampliò il manoscritto e su consiglio degli amici decise di finanziare da sé la pubblicazione che apparve nel 1798 con il titolo "An inquiry into the causes and effects of the variolae vaccinae, a disease discovered in some of the western counties of England, particularly Gloucestershire, and known by the name of the cow pox. " Il libro ebbe grande risonanza, fu soggetto a molte critiche, ma le conferme empiriche arrivarono presto e in capo a due anni la vaccinazione fu nota in Europa e America.

Idee nuove e vecchie paure Molti continuarono a non accettare il principio che la cura di una malattia umana avvenisse con l’innesto di pustole bovine. La pratica venne apertamente ridicolizzata in caricature che ritraggono le mucche spuntano fuori dalle persone vaccinate. Altri temettero che l’inoculazione di materiale vaccino deteriorasse l’uomo. Negli Stati della Chiesa lo stesso papa “proibì l’innesto del vaiolo, che mischiava le linfe delle bestie con quelle degli uomini” (B. Croce, Storia d’Europa nel secolo decimonono, 1942). Un editto del cardinale Consalvi impose l’obbligo della vaccinazione negli Stati della Chiesa nel 1822. L’ obbligo venne però prontamente abolito due anni dopo con la caduta di Consalvi.

E presto arrivarono prestigio e premi The extraordinary value of vaccination was also acknowledged in England. In 1802, the British Parliament granted Jenner the sum of £ 10 000, which was … more than half a million dollars in today's currency. Five years later, parliament awarded him £ 20 000 more. Jenner received honors from the universities of Harvard, Oxford, and Cambridge, . …… In 1803, the Royal Jennerian Institute was founded to provide lymph for vaccination; Jenner was its first president. Jenner's prestige was so great that Napoleon released English prisoners after his mediation. In 1813, Napoleon was reluctant to pardon Captain Millman, a relative of Jenner's who had fallen captive. When told who had made the request for the soldier's release, Napoleon exclaimed, "Ah, c'est Jenner, je ne puis rien refuser a Jenner!”.

Luigi Sacco e la vaccinazione nella repubblica Cisalpina Nell’autunno del 1800 Luigi Sacco scova nel Varesotto un ceppo autoctono, di cui sono portatrici alcune vacche svizzere che egli segue nella loro transumanza padana, allo scopo di cogliere “il momento favorevole di raccogliere la materia…. inzuppandovi diligentemente delle fila” ( da L. Belloni: Luigi Sacco e la diffusione del vaccino in Italia, 1973) Con queste “fila” impregnate di pus egli vaccina in sei mesi circa 400 bambini, presentando poco dopo il Progetto di un piano per rendere generale l’uso, ed i vantaggi della vaccina. Il progetto è accolto dal governo cisalpino, che istituisce un ufficio della vaccinazione, affidato alla direzione di Luigi Sacco, con “a disposizione gli orfanatrofi per farvi pubblici esperimenti” (da Cosmacini, Storia della Medicina e della Sanità in Italia, 1987)

La vaccinazione e la guerra Napoleone manifestò grande stima e rispetto per Jenner: nel 1805, egli insistette perché tutti i suoi soldati, che ancora non avessero avuto il vaiolo, fossero inoculati con “il vaccino Jenneriano”. Guerra Franco-Prussiana (1870 -71): Epidemia di vaiolo L’esercito francese non era vaccinato: 23, 400 morti per vaiolo. L’esercito prussiano era vaccinato: 278 morti per vaiolo.

1979: l’eradicazione globale We, the members of the global commission for certification of smallpox eradication, certify that smallpox has been eradicated from the world. Geneva, December 9, 1979 Pergamena ufficiale che certifica la globale eradicazione del vaiolo

L’eradicazione del vaiolo. Per sempre? • The last reported case of smallpox in the world was in Somalia, on October 26, 1977 · The last stocks of the smallpox virus were kept frozen in laboratories at the Centers for Disease Control and Prevention, in Atlanta, and the Russian State Research Center of Virology and Biotechnology, in Koltsovo, Russia. · First deliberate destruction of a species? · Monkeypox in Congo: a new threat? Between February 1996 and October 1997, there were 511 suspected case of monkeypox in the Democratic Republic of the Congo (DRC, formerly Zaire). This outbreak, the largest ever, raised fears that the virus had mutated and become more infectious to humans.

Un secolo dopo Jenner: Koch, Pasteur e la nascita della immunologia

La vaccinazione di Jenner e i limiti della semplice osservazione La semplice osservazione dei fenomeni naturali è importante, ma non basta. Immunità al vaiolo umano Vaiolo vaccino Uomo PERCHÈ? Vaiolo umano Senza ipotesi esplicative le osservazioni hanno limitato potere predittivo In assenza di ipotesi e di adatti esperimenti che la convalidino o la invalidino, l’osservazione di una relazione tra due fatti ha un’utilità ristretta ai due fatti stessi: essa non si presta a generalizzazioni ed ha un limitato potere predittivo.

Tecne e episteme La nascita dell’immunologia richiedeva una serie di scoperte scientifiche la semplice estensione delle osservazioni empiriche alla maniera di Jenner non poteva dare. La speculazione teorica ed il metodo sperimentale nato nel ‘ 600 con Galileo, con la sua episteme, doveva subentrare alla tecne perché la vaccinazione potesse trovare una spiegazione e proporsi come modello concettuale dotato di potere predittivo per la lotta contro altre malattie infettive. La scoperta dei microrganismi come agenti di malattia, ad opera di Koch e Pasteur negli ultimi decenni dell’ 800, consentì la nascita contemporanea della microbiologia medica e dell’immunologia. La spiegazione subentrò alla descrizione.

Una riflessione sul metodo: Galileo e la caduta dei gravi

Il microscopio e la decisione di guardare Il microscopio fu inventato nel ‘ 600. Leeuwenhoeck, autodidatta con la passione delle lenti, e con la voglia di metter l’occhio dove nessuno l’aveva messo prima, diede un grande contributo al suo perfezionamento. La tecnica di costruzione era semplice e molti ne possedevano uno. Solo Leeuwenhoeck ebbe però l’idea di guardare dove apparentemente non c’era nulla da vedere: scoperse così che l’acqua limpida era piena di esseri microscopici. L’innovazione di Leeuwenhoek consistette principalmente nella sua decisione di guardare (Koyrè, A. : ”dal mondo del pressappoco all’universo della precisione”)

Microscopi del 17 esimo secolo Modello di microscopio dei tempi di Leeuwenhoek: una coppia di piccole lenti sferiche erano inserite tra due lamine di ottone. Il campione poteva essere fissato a un ago e tenuto all’altezza dell’occhio per una minuziosa osservazione lente fronte retro campione

Quello che osservò Leeuwenhoek descrisse le comuni morfologie batteriche e stimò accuratamente le loro dimensioni. Egli osservò anche esseri microscopici mobili che: “nuotano vicini l’uno all’altro livemente, come uno sciame di moscerini nell’aria”. De Kruif, 1923

Guardare e comprendere l’invisibile Il microscopio ottico aprì la mente ad un mondo fino ad allora mai visto. L’ accettazione dell’universo microscopico è stato un evento storico seminale che ha reso gli uomini capaci di concepire l’inconcepibile e li ha incoraggiati a pensare l’impensabile. I primi microscopi erano essenzialmente semplici lenti di ingrandimento, sebbene molti raggiungessero un potere piuttosto alto. Molte importanti osservazioni vennero fatte con questi microscopi, via migliorati, dal 1600 in avanti. A partire dal 600 molti osservarono sistematicamente i microrganismi, ma nessuno fino a Koch e Pasteur, nella seconda metà dell’ 800, pensò a mettere questi esseri microscopici in rapporto con le malattie.

Il metodo sperimentale e la scoperta del bacillo del carbonchio La prima malattia per la quale venne dimostrata un’eziologia microbica fu il carbonchio degli animali (1870). Koch arrivò alla scoperta attraverso le seguenti tappe: Osservò la presenza di microbi a bastoncello negli organi degli animali morti per carbonchio. Riprodusse la malattia in topi con sangue di bovini infetti. Osservò gli stessi microbi nei topi infetti. Ottenne la crescita dei microbi in coltura contaminata con materiale infetto. Riprodusse la malattia in topi reinoculando i microbi cresciuti in coltura.

Esperienza e sperimentazione Con Koch e Pasteur il metodo sperimentale entra con decisione nella ricerca medica L’ esperimento differisce dalla esperienza comune perché non si limita ad osservare ciò che si presenta naturalmente ai nostri occhi, ma interferisce con i fenomeni che studia Esso è pensato come una domanda posta alla natura per ottenere una risposta che va oltre i limiti del già noto. L’esperimento si crea i propri strumenti, anche materiali, per ottenere una risposta adeguata al quesito Pasteur ha fabbricato beute e terreni. Koch ha inventato nuovi metodi di coltura batterica.

Pasteur, i ceppi attenuati e la “vaccinazione” dei polli La coltura vecchia viene ri-usata: è innocua Capacità, ostinazione e fortuna misero nelle mani di Pasteur il primo ceppo attenuato di colera dei polli, che egli usò a scopo immunizzante (1880) Coltura abbandonata per le ferie Anche i polli sono ri-usati, e restano vivi: sono immuni !!!! Coltura fresca da organi di pollo morto per colera . . . e guardando i polli ancora vivi, Pasteur avrebbe esclamato: Ma non capite che quei polli sono stati vaccinati !!!! La coltura fresca è letale

I ceppi attenuati immunizzano verso quelli selvaggi L’evento inatteso, osservato per il colera dei polli, venne ripetuto da Pasteur come sperimentazione pianificata su ogni agente infettivo di cui si interessò. immunità Agenti patogeni virulenti Condizioni speciali di coltura uomo • Coltura prolungata • Temperatura non ottimale • Carenza di ossigeno • Altro Agenti patogeni attenuati Pasteur comprese che certe condizioni di coltura, variabili da caso, potevano portare alla selezione in laboratorio di ceppi stabilmente attenuati, non più capaci di dare malattia, ma ancora capaci di indurre immunità

L’esperimento di Poully-Le-Fort e il genio delle pubbliche relazioni 5 maggio 1881 Germi attenuati. 24 pecore 6 vitelli 1 capra 17 maggio Germi attenuati. 24 pecore 6 vitelli 1 capra Germi virulenti 24 pecore 6 vitelli 1 capra 31 maggio 2 giugno Tutti vivi Niente 24 pecore 6 vitelli 1 capra Niente Pasteur vinse la sfida dello scetticismo un anno dopo, accettando l’esperimento di Poully-le-Fort, dove immunizzò alcuni capi di bestiame di fronte a una folla di allevatori, autorità e stampa internazionale. Tutti morti Fu un trionfo, seguito da gloria e polemiche.

Il vaccino antirabico e la fondazione dell’ Istituto Pasteur • Le ricerche continuarono con l’attenuazione dell’agente della rabbia che permise a Pasteur di sviluppare un vaccino per l’uomo • Il 6 luglio 1885 Joseph Meister, morsicato da un cane rabbioso, venne vaccinato con dosi di midollo di coniglio essiccato, a cui seguirono altre 12 somministrazione con midollo a maggior grado di virulenza (schema adottato fino al quel momento negli animali) Successivamente Pasteur salvò anche 15 Mugiki e lo Zar fece una donazione di 100. 000 franchi che permise la costruzione di quello che è l’attuale Istituto Pasteur (14/11/1888)

La generalizzazione del termine “vaccinazione” Gli studi di Pasteur portarono a chiarezza teorica il principio implicito nella vaccinazione Jenneriana: Jenner La somministrazione di un agente non virulento può conferire immunità contro la forma virulenta dello stesso agente. Occorre: • Individuare l’agente patogeno • Trovare la tecnica di attenuazione • Vaccinare Pasteur Vaiolo vaccino Ceppo attenuato uomo Vaiolo umano Ceppo virulento Pasteur colse la somiglianza tra quanto accadeva agli animali da lui immunizzati e ai soggetti vaccinati contro il vaiolo e chiamò vaccinazioni le sue immunizzazioni in onore di Jenner

Campagna per la vaccinazione nell’ 800 They should be vaccinated first Why do they not want to play with my kids? E ora sarebbe una campagna Pubblicità-Progresso

Quello che i batteriologi avevano intuito Il bersaglio dell’immunità non è la malattia ma il microrganismo che provoca la malattia

Il potere delle ipotesi 1700 1721 Introduzione della variolizzazione in Inghilterra 1796 Vaccinazione di Jenner contro il vaiolo 1800 1881 Vaccinazione di Pasteur contro il carbonchio 1885 Vaccinazione antirabbica di Pasteur 1900 1921 vaccino antitubercolare B. C. G. 1923 anatossina difterica 1927 anatossina tetanica 1954 vaccino antipolio inattivato da Salk 1957 vaccino antipolio attenuato di Sabin 1960 vaccino antimorbilloso: Edmonston B e Schwarz 1962 vaccini antirosolia 1966 vaccini antiparotite 1967 vaccino antirabbico su cellule diploidi 1968 -71 vaccino anti-meningococcico 1973 vaccino contro la varicella 1977 ultimo caso di vaiolo naturale registrato nel mondo 1980 vaccino contro l’Haemophilus influenzae tipo B 1987 vaccino ricombinante contro l’epatite B

L’antigene è una molecola estranea Il lavoro di Pasteur aprì la strada alla scissione del concetto di patogenicità e virulenza da quello di immunità. Questo mutamento di paradigma è stato seguito da ricerche e scoperte numerose, nei primi tre decenni del 900, quando l’immunochimica dominò il campo dell’immunologia. Ne è scaturito il nuovo concetto che la capacità di suscitare una risposta immune è legata alla proprietà dei vertebrati di riconoscere le molecole estranee e di reagire contro di esse. Batteri, virus, funghi, proteine e polisaccaridi batterici, virali, animali e vegetali, dannosi o innocui per l’ospite Antigeni Immunità Le molecole riconosciute come estranee suscitano immunità e sono dette antigeni (antibody generators)

Dall’infezione all’estraneità: le osservazioni che hanno generato il concetto di antigene • Roux e Yersin (1888): l’esotossina difterica conferisce immunità verso la difterite • Von Behring e Kitasato(1890): l’esotossina tetanica conferisce immunità verso il tetano • Ehrlich (1891): la ricina (una tossina vegetale) conferisce immunità • Nuttal, Wasserman e Schutze (1895): il latte di mucca, capra e donna sono antigenicamente diversi tra loro • Landsteiner (1900): I globuli rossi umani sono antigenicamente diversi tra loro (A, B, 0) Molti dei nomi sopra citati sono vincitori di premi Nobel, altri sono stati meno importanti e fortunati. Le loro osservazioni hanno avuto conseguenze applicative di assai diverso rilievo. Gli studi di Landsteiner hanno reso possibili le trasfusioni di sangue, quelli di Nuttal possono al massimo permettere la repressione di frodi alimentari Dal punto di vista teorico tutte queste osservazioni sono state altrettanto importanti per far maturare la definizione di antigene come molecola estranea.

Scienza innovativa e scienza normale Facendo riferimento a Kuhn possiamo collocare il lavoro di Pasteur e Koch tra le scoperte innovative, che mutano i paradigmi interpretativi di un problema Gli studi successivi possono essere collocati tra quelli asseverativi, che servono a definire ed approfondire gli enunciati del nuovo paradigma Le rivoluzioni scientifiche segnano i diversi momenti della storia della scienza, sono mutamenti complessivi degli orientamenti teorici e delle procedure sperimentali che caratterizzano una comunità scientifica. L'insieme di tali orientamenti è chiamato paradigma: le rivoluzioni scientifiche sono il passaggio da un paradigma all'altro. La prevalenza di un paradigma segna una fase di scienza normale, in cui gli scienziati sono impegnati alla soluzione dei problemi che possono essere formulati e risolti concetti e gli strumenti propri del paradigma. T. S. Kuhn, La struttura delle rivoluzioni scientifiche, 1995

L’immunità passiva e la scoperta degli anticorpi Pochi anni dopo le prime vaccinazioni si accumularono le osservazioni che l’immunità è legata alla comparsa nel siero di fattori capaci di proteggere dall’infezione o dalla malattia un altro animale (immunità passiva). Richet e Hericourt (1888): immunità passiva verso gli stafilococchi Roux (1888): immunità passiva verso la tossina difterica Von Behring e Kitasato (1890): immunità passiva verso la tossina tetanica I fattori sierici che conferiscono immunità furono denominati anticorpi Il coniglio è immune

Batteriologia e sierologia: le reazioni anticorpali in vitro Il siero immune, unito in provetta ai relativi antigeni, dà origine a reazioni facilmente visibili, come precipitazione, agglutinazione e lisi. Le reazioni sierologiche furono presto applicate alla diagnosi delle malattie infettive (Widal, 1896: sierodiagnosi del tifo).

Il sistema immune è dotato di memoria Il sistema immune reagisce ad ulteriori incontri con lo stesso antigene in maniera più pronta La risposta primaria inizia dopo un tempo di latenza di circa 4 giorni, aumenta in modo esponenziale e declina entro un paio di settimane Quella secondaria, anche dopo un intervallo lungo, è più rapida, più elevata e di durata maggiore. Il fenomeno è indicato come memoria immunologica e gli immunologi usano affermare che il sistema immune è capace di apprendere

Il lascito di Ehrlich: l’horror autotoxicus Nei tardi anni 90 dell’ 800, Bordet dimostrò che era possibile indurre la formazione di anticorpi contro i globuli rossi. I ricercatori si chiesero allora se le risposte immuni potessero essere dirette verso gli antigeni autoctoni Ehrlich e Morgenroth dimostrarono in realtà che gli animali potevano fare anticorpi contro globuli rossi xenogenici o allogenici, ma non verso quelli autologhi. Se ogni antigene può stimolare una risposta anticorpale, perché non quelli nativi dell’ospite? Per spiegare questo apparente paradosso Ehrlich formulò la teoria dell’horror autotoxicus: l’organismo non può mobilizzare le sue risorse immunologiche per una risposta distruttiva verso i propri tessuti. Nacque così l’idea che il sistema immune fosse capace di discriminare i propri costituenti dalle sostanze estranee, formando anticorpi solo verso queste ultime.

Il lascito di Ehrlich: la teoria delle catene laterali Nel 1897 Ehrlich propose che esistessero delle catene laterali (gruppi aptofori) capaci di fungere da recettori per molecole stereochimicamente complementari. I gruppi aptofori, deputati alla captazioni di nutrienti, fungerebbero anche da recettori per l’antigene. La combinazione con il ligando indurrebbe la cellula ad una iperproduzione di gruppi aptofori, che si staccherebbero dalla membrana, in forma di molecole solubili. Ehrlich …………………

Il destino del lascito di Ehrlich Le idee di Ehrlich ebbero un curioso destino. • L’horror autotoxicus, con la forza della sua metafora, venne preso troppo alla lettera e rallentò la comprensione delle malattie autoimmuni • La teoria delle catene laterali cadde in oblio per 50 anni e fu riscoperta come storica precognizione nel decennio 59 -69, quando vennero elaborate le teorie selettive dell’anticorpopoiesi (Jerne e Burnet) Il prezzo dell’uso di metafore è un’eterna vigilanza

Fine

Basandosi sugli ipotetici meccanismi usati dalle cellule per assimilare i nutrienti, Ehrlich aveva immaginato che gli anticorpi fossero recettori di membrana (catene laterali) usati dalle cellule per captare i nutrienti (gruppi aptofori) prodotti in eccesso e liberate nel sangue in seguito al legame con l’antigene.

Each cell has on its surface a series of side chains, or receptors, that function by attaching to certain food molecules. n. While each side chain interacts with a specific nutrient - in the same manner as a key fits into a lock - it can also interact with disease-causing toxins produced by an infectious agent. n. When a toxin binds to a side chain, the interaction is irreversible and blocks subsequent binding and uptake of nutrients. n. The body then tries to overwhelm the obstruction by producing a great number of replacement side chains — so many that they cannot fit on the surface of the cell and instead are secreted into the circulation. According to Ehrlich's n theory, the circulating side chains are the antibodies, which are all gauged to and able to neutralize the disease-causing toxin and then remain in the circulation, thus immunizing the individual against subsequent invasions by the infectious agent. n Antibodies pre-exist.

Immunology has a short history, but human beings have learning it for a very long time: Experience period Experiment period Modern period Ehrlich