Vvoj vakcny proti syndromu toxickho oku Development of

Vývoj vakcíny proti syndromu toxického šoku Development of vaccine against toxic shock syndrome Vojtěch Thon e-mail: vojtech. thon@fnusa. cz 5. Fórum imunodeficiencí Košice 2017

Forum of PID Vaccination - Yesterday discussion: before we strat Včerejší diskuse - data

Daily prevalence of fever during the 4 -day (days 0– 3) period after each vaccination (together: hexavalent vaccine plus ten-valent pneumococcal vaccine) Dose 1 Dose 3 Dose 2 Booster dose Effect of prophylactic paracetamol administration at time of vaccination on febrile reactions and antibody responses in children: two openlabel, randomised controlled trials. Lancet. 2009 Oct 17; 374(9698): 1339 -50. Prymula R 1, Siegrist CA, Chlibek R, Zemlickova H, Vackova M, Smetana J, Lommel P, Kaliskova E, Borys D, Schuerman L.

Vývoj vakcíny proti syndromu toxického šoku Development of vaccine against toxic shock syndrome Vojtěch Thon e-mail: vojtech. thon@fnusa. cz 5. Fórum imunodeficiencí Košice 2017

Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 985 -86 Editorial

Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 985 -86 Kdo čte Lancet, může odejít (pracovat). Who reads Lancet can go (work).

Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 985 -86 Právě těm, kdo čtou Lancet, doporučuji zůstat. Exactly them who read Lancet I recommend to stay.

Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 985 -86 A long road to a preventative for toxic shock syndrome Marnie L Peterson

Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 1036 -44 Safety, tolerability, and immunogenicity of a recombinant toxic shock syndrome toxin (r. TSST)-1 variant vaccine: a randomised, double-blind, adjuvantcontrolled, dose escalation first-in-man trial

Trial profile r. TSST-1 v = recombinant detoxified toxic shock syndrome toxin-1 variant vaccine. Al(OH)3 = aluminium hydroxide. Michael Schwameis, Bernhard Roppenser, Christa Firbas, Corina S Gruener, Nina Model, Norbert Stich, Andreas Roetzer, Nina Buchtele, Bernd Jilma, Martha M Eibl Safety, tolerability, and immunogenicity of a recombinant toxic shock syndrome toxin (r. TSST)-1 variant vaccine: a randomised, double-blind, adjuvant-controlled, dose escalation first-in-man trial Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 1036 -44 http: //dx. doi. org/10. 1016/S 1473 -3099(16)30115 -3

A long road Vaccine. 2002; 20(9 -10): 1354 -64.

Syndrom toxického šoku • poprvé popsán v r. 1978 • v r. 1980 velký výskyt u menstruujících žen • polovina případů je bez vztahu k menstruaci: - popáleniny - bodnutí hmyzem - varicela - chirurgické rány

Syndrom toxického šoku • Akutní stav; může vést ke smrti • Klinicky charakterizován: vysoká teplota, rash, deskvamace, zvracení, diarhea, těžké myalgie, konjunktivitida, DIC, hypotenze, mutiorgánové selhání smrt

Patogeneze syndromu toxického šoku • Bakteriální superantigeny – exotoxiny S. aureus: TSST-1, SEB, SEC • Systémová odpověď zprostředkovaná cytokiny (např. TNF) • Po zvýšení kapilární propustnosti a vasodilataci následuje: - progrese hypotenze - multiorgánové selhání - smrt

Je naléhavá potřeba bezpečné vakcíny proti TSST-1.

TSST-1 je superantigen.

Superantigeny • Superantigeny jsou proteiny schopné stimulovat velký počet T lymhocytů a to interakcí s variablní doménou řetězce receptoru T-lymfocytů (TCR-V ). • Aktivace velkého počtu T-lymfocytů vede k produkci velkého množství cytokinů.

Lymfocyt T APC

SUPERANTIGENY • Staphylococcus aureus: SEA, SEB, SEC 1, SEC 2, SEC 3, SED, SEE, SEG, SEH, SEI, TSST-1 • Streptococcus pyogenes: SPE-C, SPE-J, SPE-G, SMEZ-1, SMEZ-2, SSA, SPE-H • Yersinia pseudotuberculosis: YPM • Clostridium perfringens: CPET • Mycoplasma arthritidis: MAM (MAS; mycoplasma arthritidis mitogen/superantigen)

Hlavní rozdíly mezi superantigeny a konvenčními peptidovými antigeny Zpracování proteinu (APC) Antigenní specificita MHC restrikce Množství potřebné pro aktivaci % aktivovaných lymfocytů Superantigeny Peptidové antigeny ne ano ne ne ano 10 -9 M 10 -6 M 5 – 25 % 0, 0001 – 0, 01 %

Proliferative response TSST-1 natural (WT) and recombinant

Model TSST-1

Cytokine release

Králíčí model pro syndrom toxického šoku Rabbit´s model for toxic shock syndrome.

Antigenní profily Antigenní epitopy jsou přítomny v sedmi oblastech sekvence TSST-1

Bakteriální superantigen

Modifikace TSST-1 • n. TSST-1 • r. TSST-1 • H 135 A = TCR mutanta • G 31 R = MHC mutanta • H 135 A/G 31 R = „double mutant“ (DM)

SDS - PAGE lanes 1 2 3 2 and and Western blot 5: 6: 7: 6: r. TSST-1 H 135 A G 31 R DM G 31 R/H 135 A

Dose dependent proliferative response (human MNC) Vaccine. 2002 Jan 31; 20(9 -10): 1354 -64.

Modifikace TSST-1 Toxoid inaktivace formaldehydem - podobně jako v případě tetanického nebo difterického toxoidu

Berlin 1890 Difterický antitoxin Emil Adolph von Behring (1854 - 1917) Emil von Behring Shibasaburo Kitasato (1852 - 1931)

Proteins before/after formaldehyde treatment SDS - PAGE Western blot lanes 1 and 6: G 31 R; lanes 2 and 7: H 135 A; lanes 3 and 8: DM G 31 R/H 135 A lanes 4 and 9: r. TSST-1 lanes 5 and 10: TSST-1 after formaldehyde treatment

TSST-1 and Toxoid: proliferative response (human MNC)

Cytokine release – human MNC

Cytokine release – human MNC

Human MNC

ELISA titers before and after immunization Antigen n. TSST-1 Rabbit no. 1 2 3 Preimmune <200 After third boost >80000 26780 68620 r. TSST-1 4 5 6 <200 64040 >80000 36418 G 31 R/H 135 A 7 8 9 <200 32081 26064 19895 n. TSST-1 toxoid 10 11 12 <200 38035 16900 22000 r. TSST-1 toxoid 13 14 15 <200 49905 28079 24873 PBS/Al(OH)3 16 17 <200 907 <200

Neutralization (Rabbit hyperimmune sera, human MNC)

No. of dead animals vs. total no. of animals challenged Toxicity PBS + 10 μg LPS 100 μg TSST-1 0/2 0/2 100 μg TSST-1 + 10 μg LPS 4/4 10 μg TSST-1 + 10 μg LPS 15/15 100 μg DM + 10 μg LPS 0/4 100 μg toxoid + 10 μg LPS 0/4 Challenge: 10 μg TSST + 10 μg LPS (immunized rabbits) n. TSST-1/Al(OH)3 0/3 r. TSST-1/Al(OH)3 0/3 DM (G 31 R/H 135 A)/Al(OH)3 0/3 n. TSST toxoid/Al(OH)3 n. TSST-1 toxoid/Al(OH)3 PBS/Al(OH)3 0/3 1/1 Vaccine. 2002 Jan 31; 20(9 -10): 1354 -64. Double mutant and formaldehyde inactivated TSST-1 as vaccine candidates for TSST-1 -induced toxic shock syndrome. Gampfer J, Thon V, Gulle H, Wolf HM, Eibl MM.

Dlouhá cesta • Rekombinantní technologií připravené toxoidy jsou schopny indukovat tvorbu neutralizačních protilátek. Mohou se stát (a staly se) kandidáty pro přípravu vakcín a hyperimunních sér proti přirozenému toxinu.

Increase of titres 4 weeks after the first immunisation and 2 weeks after the second immunisation in the per-protocol population according to treatment cohorts r. TSST-1 v = recombinant detoxified toxic shock syndrome toxin-1 variant vaccine. Safety, tolerability, and immunogenicity of a recombinant toxic shock syndrome toxin (r. TSST)-1 variant vaccine: a randomised, double-blind, adjuvant-controlled, dose escalation first-in-man trial Michael Schwameis, Bernhard Roppenser, Christa Firbas, Corina S Gruener, Nina Model, Norbert Stich, Andreas Roetzer, Nina Buchtele, Bernd Jilma, Martha M Eibl Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 1036 -44

In vitro inhibition of T-cell proliferation (A) and interleukin-2 gene expression (B) by 1000 -fold and 3000 -fold diluted sera obtained at baseline and 14 days after the second vaccination. Error bars are SE of mean. Safety, tolerability, and immunogenicity of a recombinant toxic shock syndrome toxin (r. TSST)-1 variant vaccine: a randomised, double-blind, adjuvant-controlled, dose escalation first-in-man trial Michael Schwameis, Bernhard Roppenser, Christa Firbas, Corina S Gruener, Nina Model, Norbert Stich, Andreas Roetzer, Nina Buchtele, Bernd Jilma, Martha M Eibl Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 1036 -44

Lancet Infect Dis. 2016 Sep; 16(9): 985 -86 A long road to a preventative for toxic shock syndrome Editorial Marnie L Peterson

A long road Coworkers: Vojtěch Thon Hermann M. Wolf Jörg Gampfer Heinz Gulle Martha Eibl