www.euvaccine.eu

Développement des vaccins contre le paludisme

Dr Odile LeroyParis, 14 March 2014

1

Qu'est ce que ces 4 hommes ont en commun?

Fardeau de la Maladie

« Les taux de mortalité imputables au paludisme ont été réduits d’environ 45 % dans le monde et de 49 % dans la Région africaine de l’OMS entre 2000 et 2012. Au cours de la même période, les taux d’incidence du paludisme ont diminué de 29 % au niveau mondial et de 31 % dans la Région Afrique. Mais cette avancée ne permet pas de céder à l’autosatisfaction. Les chiffres absolus des cas de paludisme et de décès ne diminuent pas aussi rapidement qu’ils le pourraient. La maladie a encore emporté 627 000 vies en 2012 selon les estimations, principalement des enfants de moins de cinq ans en Afrique. Cela correspond à 1 300 vies de jeunes enfants perdues chaque jour à cause du paludisme, un rappel fort indiquant que la victoire sur cet ennemi de longue date n’est pas pour demain. »

Margaret Chan

Fardeau de la maladie

• Environ 250,000,000 cas cliniques par an

• Les programmes de contrôle du paludisme coutent environ $1.5 milliard par an

– Les moyens tels que insectides, traitement, moustiquaires imprégnées, ont une période limitée d’efficacité

– Le cout actuel du paludisme est estimé a ~$12 milliards

Vaccin contre le paludisme: un siècle de R&D

105 Années de Recherche Pour le Vaccin contre le

Paludisme

Edmond & Etienne Sergent

Les Comptes Rendu de l’Academie des Sciences 151: 407-409, 1910Sur l'immunité dans le paludisme des oiseaux. Conservation in vitro des sporozoites de Plasmodium relictum. Immunité relative obtenue par inoculation de ces sporozoites

105 Années de Recherche Pour le Vaccin contre le

Paludisme• 1942 Russell, P. F. & Mohan, B. N.

The immunization of fowls against mosquito-borne Plasmodium gallinaceum by injections of serum and of inactivated homologous sporozoites. J. Exp. Med. 76, 477–495 Malaria de la volaille: effet apparemment protecteur de la combinaison de

réponse immunitaire cellulaire ET humorale

• 1944First (P. vivax) clinical trial :Heidelberger M J. Immunol 53:113-118, 1946)

• 1960Nussenzweig, R. S., Vanderberg, J.,Most, H. & Orton, C. 1967

Protective immunity produced by the injection of x-irradiated sporozoites of Plasmodium berghei. Nature 216, 160–162. Etudes chez la souris de vaccination avec sporozoites irradiés et analyse des

mécanismes de la réponse

• 1982

Ano. Malaria vaccine is near. New York Times, 3 August 1982 Identification d’une protéine circumsporozoite comme élément majeur de la surface du

sporozoite, clonage et séquençage du gène

105 Années de Recherche Pour le Vaccin contre le Paludisme

• 1988Patarroyo, M. E. et al.

A synthetic vaccine protects humans against challenge with asexual blood stages of Plasmodium falciparum malaria. Nature 332, 158–161. Vaccin basé sur un peptide

synthétique SPf66, avec une efficacite apparente chez les singes du nouveau monde et les hommes

• 1997Stoute, J. A. et al.

A preliminary evaluation of a recombinant circumsporozoite protein vaccine against Plasmodium falciparum malaria. RTS,S Malaria Vaccine Evaluation Group. N. Engl. J. Med. 336, 86–91.Une nouvelle formulation de la protéine Pf CS avec un nouvel adjuvant démontre une efficacité dans les études de challenge humain

(2011) malERA - a research agenda for malaria eradication. PLoS Collections 7(13): ev07.i13.

Eradication du paludisme

(1960)

9

Complexité du développement du vaccin antipaludéen

Cycle du parasite

La biologie complexe du parasite représente un défi pour toute intervention de contrôle la maladie

Source: Image from Jones and Hoffman (1994)

1

2

3

4

5

Prévenir contact humain

Prévenir transmission (humain-vecteur) / réduire population

parasitaire

Réduire population du

vecteur/ prévenir la maturation

asexuelle du parasite

Réduire population du vecteur/population parasitaire

» Densité élevée des parasites et population vecteurs

» Capacité prouvée du vecteur de résister rapidement aux insecticides

Prévenir contact humain» Difficulté de cibler les moustiques en raison de

leurs différents comportements de piqure/activite» Difficulté d’obtenir changements comportements

humains

Prévenir infection, maladie grave, mortalité» Développement d’un vaccin est difficile en

raison de la complexité du cycle du parasite, la diversité génétique du parasite et la connaissance limitée de l’immunité naturelle ou induite

Prévenir maladie / traitement des personnes infectées

» Capacité prouvée du parasite de résister rapidement aux traitement antipaludéens

Prévenir transmission » Vecteur extrêmement efficace, qqs moustiques

seulement maintiennent une transmission stable» Il faut cibler les individus avec ou sans

symptômes pour éliminer les réservoirs de parasites transmissibles

Cinq points d’interventionCinq points d’intervention DéfisDéfis

Prévenir maladie grave et la mortalité

Prévenir infection

La complexité

• Il n’y a pas de vaccin humain antiparasitaire

• I y a trois défis majeurs:– Identifier les bons antigènes– Induire une réponse immunitaire

protectrice–Eviter les mécanismes

d’échappement immunitaire

Mode d’ action des vaccins

Anti-infection

Anti-diseases (morbidity, mortality)

Transmission blocking

Effets attendus des vaccins sous-unitaires

Seuil clinique

Paludisme cliniquegrave

bénin

Pas de maladie

inoculum

Stade hepatique

Stade sanguin

Lo

g N

hu

man

in

fect

ed c

ells

Pas de vaccin

Vaccin Sporozoite vaccine / stade hepatique

Vaccin stade sanguin

D’après Kumar et al 2002 in Chemical Immunology

16

Développement vaccin antipaludéen

• Le parasite contient ~ 5300 protéines• > 105 essais cliniques pour un total de

12 candidat vaccins (3 essentiellement)

• : --> 12 = 0. 2% du total !• Si on combine • Toutes les protéines• + différents systèmes de présentation• + différentes combinaisons d’antigènes• - 5300x 20 x nb infini de combinaisons:

nombre d’essais cliniques ingérable

17

Modèles animaux

• infection aigue• Taux de mortalité

élevé• Résistance acquise

rapidement

Humains Infection chronique 1-3% taux de mortalité Immunité longue a

acquérir

Animaux

D’après Pierre Druilhe

18

P27A

P27A

AMA1 Dico

AMA1-DICO

Principales approches vaccinales

1. Vaccin sub-unitaire. Proteine adjuvant vaccines

• RTS,S/AS01• AMA1/AS02• GMZ2/Alum

2. Vaccin vecteur viral• Fowlpox-MVA• Adenovirus-MVA• DNA-Adenovirus

3. Vaccin parasite entier• Sporozoite irradiés• Parasites génétiquement attenués

anticorps

Immunité cellulaire

Les 2 multi-antigénique

Vaccins sous-unitairesCible 1. Un ou plusieurs stades, 2. Et/ou interaction specifique

(hote/parasite), 3. Et/ou un voie immunitaire

specifique

Plateforme de production1. Synthèse de peptide2. Protéines Recombinantes3. Protéines exprimées dans un

vecteur (virus/bactérie/protozoaire)4. ADN

• Connaissances manquantes dans la biologie des interactions hôtes/parasites

• Nécessite d’induire de vigoureuses réponses immunitaires à médiation cellulaire. (adjuvants?)

• Difficulté d’évaluer la protection: pas de corrélats• Hétérogénéité parasite/hôte• Combinaison d’antigènes (charge protéique,

antagonisme)

Obstacles• Absence de corrélats de protection• Taille et plasticité du génome Pf : ~23 million bases d’ADN

dans 14 chromosomes et ~5,000 gènes• Gènes exprimes différemment

– Selon les stades du cycle parasitaire – Chez les hôtes (vertèbres) et le vecteur (moustiques)

• Mutations durant la reproduction mitotique dans les stades haploïde sanguin et hépatique

• Recombinaison génétique pendant le stade diploïde sexuel chez les moustiques

Enorme diversité génétique due à la pression sélective du système immunitaire

• Incertitude sur la protection croisée induite par un vaccin compose d’un simple antigène monovalent.

• Quels variantes de l’antigène cible doivent être inclus dans les vaccins en fonction de la prévalence de ces variants dans la population?

Vaccins vivants atténués : sporozoites atténués ou génétiquement modifiés

23

Avantages:1.Mécanisme d’action: immunité cellulaire au stade hépatique2.Immunité croisée entre les souches?3.multi-antigènes4.Si protecteur: pas besoin d’en savoir plus…

• Durée de protection?• Innocuité?• Production BPF? (rendement, stérilité, pureté,

stabilité, stockage)• Route d’ administration

Antigènes paludéen développés (EVI en rouge) et leur stade

24

PRE-ERYTHROCYTAIRECS, CS-RTSS, TRAP, LSA1, LSA3, LSA5, multi-epitopes, PfSPZ

STADE SANGUINSP166, MSP1, MSP2, MSP3, GLURP, EBA 175, AMA1, LSA3,STARP, Exp-1,”, D13, SR1.11, P27A, RH5, ASSOCIE A LA

GROSSESSE Varl-CSA DBLg, Var2-CSA, PfEMP-DBL

STADE SANGUIN FORME SEXUEEPfs25, Pfs45-28, Pfs16

Mécanismes de l’Immunité

CD8+ T cells [Innate / CD4+ T cells]

Antibody IgG

i) Invasion / Growth Inhibitory Activity (IIA/GIA)

ii) IgG + Monocytes (ADCI)iii) IgG + PMNs (ADRB)iv) Complementv) Role of IgG subtypes –

IgG1/IgG3vi) Avidityvii) Fine Specificity

CD4+ T cells

i) T cell help for B cellsii) Enhanced Phagocytosisiii) Pro-inflammatory vs Regulatory

Cytokines

Candidats Vaccins

RTS,S

27

Sporozoites

Liver-stageparasites

SS R I Repeat RII GPI

Target ofneutralizingantibodies

T cell epitopes

Circumsporozoite protein

HBsAg

HBsAg

R T S

+ S

RTS,S Particle

Rutgers et al., 1988; Biotechnology 6:1065-1070

282001: Go to early Phase IIpediatric development

Malaria-022, LTFU of Malaria-015

Malaria-039, LTFU of Malaria-026

Phase IIb PoC study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-026)

AS02A-AS02D bridging study in 3 to 5 yrs old children (Malaria-034)

GSK and WRAIR:R&D, preclinical and early clinical work (studies in adults in challenge models and in the field)

Study in 6 to 11 yrs old children (Malaria-015): dose-escalation

Malaria-023, LTFU of Malaria-020

87 02 03 04 05 06 07 0801 09

Study in 1 to 5 yrs old children (Malaria-020): dose-escalation

Study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-025)

……

Early Phase II pediatric development

RTS,S/AS02

Age de-escalation to 1 year of age Pediatric dose selection 10ug/25ug/50ug compared

Proof of concept of efficacy in children 1 – 4 years in Mozambique

Reformulation to 0.5 mL dose volume

GSK-MVI Partnership

292001: Go to pediatric development

Malaria-022, LTFU of Malaria-015

Malaria-039, LTFU of Malaria-026

AS02A–AS01B comparison in challenge model (adults) (Malaria-027)

Phase IIb PoC study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-026)

AS02A-AS02D bridging study in 3 to 5 yrs old children (Malaria-034)

AS02A–AS01B comparison in field (adults) (Malaria-044)

AS02D FT in infants 6 to 10 weeks old, staggered with EPI (Malaria-038)

AS01E FT in children 18 months to 4 years old (Malaria-046)

AS02D FT co-ad with EPI in infants 6 to 12 weeks old (Malaria-040)

GSK and WRAIR:R&D, preclinical and early clinical work (studies in adults in challenge models and in the field)

AS01E FT in children 5 to 17 months old (Malaria-049)

Schedule optimization AS02D-AS01E in children 5 to 17 months old (Malaria-047)

AS01E FT in infants, co-ad with EPI (Malaria-050)

Phase I study in 6 to 11 yrs old children (Malaria-015): dose-escalation

Malaria-023, LTFU of Malaria-020

87 02 03 04 05 06 07 0801 09

Phase I study in 1 to 5 yrs old children (Malaria-020):

dose-escalation

Phase I study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-025)

……

2005: Go to late Phase II pediatric development

Late Phase II pediatric development

•Further evaluate AS01 formulation

•Schedule optimization

•Age de-escalation to infants

•Co-administration with EPI vaccines

Phase III Essai de protection (Malaria-055)

• 10 sites représentatifs de différents modèles de transmission

• > 16 000 enfants repartis en 2 groupes d'âge:– 6 a 12 semaines (6 000

min)– 5 a 17 mois (6 000 min)

• Méthodologie pour fournir les données – D’innocuité et de

protection

30

Clinical Efficacy was 50%17% over the 4-year period

Efficacy Waned……

RTS,S/AS01E Malaria Vaccine Efficacy (The Phase III Trial)

RTS,S Phase III trial Update9 November 2012

• 15,000 infants at 11 African sites

• Less good news– 30% efficacy against clinical episodes in 6-12 week olds over 1 year of follow-up

• this is the ideal target population

• Other findings– Safety findings satisfactory– Short time span of efficacy– 26% efficacy against severe malaria measured as 1-RR (ATP

analysis)

Agnandji et al. NEJM 2012

Figure 2. Graphical representation of the systems effectiveness framework.

The malERA Consultative Group on Health Systems and Operational Research (2011) A Research Agenda for Malaria Eradication: Health Systems and Operational Research. PLoS Med 8(1): e1000397. doi:10.1371/journal.pmed.1000397http://www.plosmedicine.org/article/info:doi/10.1371/journal.pmed.1000397

The New York Times, November 9, 2012

Malaria Vaccine Candidate Gives Disappointing Results

• The latest clinical trial of the world’s leading malaria vaccine candidate produced disappointing results on Friday. The infants it was given to had only about a third fewer infections than a control group.

• But researchers said they wanted to press on, assuming they keep getting financial support, because the number of children who die of malaria is so great that even an inefficient vaccine can save thousands of lives.

• Three shots of the vaccine, known as RTS, S or Mosquirix and produced by GlaxoSmithKline gave babies fewer than 12 weeks old 31 percent protection against detectable malaria and 37 percent protection against severe malaria, according to an announcement by the company at a vaccines conference in Cape Town.

• Last year in a trial in children up to 17 months old, the same vaccine gave 55 percent protection against detectable malaria and 47 percent against severe malaria.

Viral Vector Vaccines to Maximise Cellular Immunogenicity

Adenovirus Prime MVA Boost

8 weeks

Malaria x 4, HCV, HIV, influenza, TB, RSV

Vac046: Study Design

36

Screen

ChAd63ME-TRAP Vaccine

-30 0 14 56 63 70

MVAME-TRAP Vaccine

Day

• Randomized controlled trial

• ChAd63 + MVA ME-TRAP vs Rabies control

• Healthy adult volunteers in Kilifi, Kenya, N=120

• Primary Endpoint: Time to PCR +ve infection after

anti-malarial drug treatment to clear any baseline infection

• Drugs = Atovaquone, Proguanil, Artesunate

Intense PCR monitoring Day 63 - 119

Drug treatmentDay 63-65

119

Vaccine Efficacy by Cox Regression

  ME-TRAP Rabies Unadjusted EfficacyAdjusted Efficacy

 N n N n Efficacy

(95% CI)p Efficacy

(95% CI)

P

Any PCR positivity*

60 11 59 28 67% (33%-83%)

0.002 66% (31%-83%)

0.003

>10 parasites/ml

60 4 59 19 82% (46%-94%)

0.002 81% (42%-94%)

0.003

New parasite genotype

60 5 59 14 67% (7%-88%)

0.03565% (2%-87%)

0.046

The primary endpoint was efficacy against any PCR positivity*

Pfs48/45 and Pfs 230PfsHAP2

Pfs25

HUMAN HOST VECTOR HOST

Alanyl Aminopeptidase N1 (AgAPN1)

Vaccins Bloquant la Transmission:Cible les Antigènes stade humain et anophèle

Les anticorps contre Pfs25 Bloquent la Transmission dans un essai standardise

de repas sur membrane “Standardised Membrane Feeding Assay”

1:5 1:10 1:100

Reduction of Infection intensity

95.9% 86.0% 42.3%

Reduction of infection prevalence

78.3% 45.5% _

A. Blagborough, Imperial College

0

20

40

60

0.25

6.420.89

6.43 3.84 6.66

Oo

cyst in

ten

sit

y

Comparaison des principaux candidats TBV Antigènes

tPA

Pfs25

N - - C

tPA AgAPN1N - - C

P. falciparum

A. gambiae

Adeno Prime

ChAd63

MVA Boost

8wk

Pfs48/45

Pfs230-C

PfsHAP2

Melissa Kapulu

tissue plasminogen activator

PfNF54 infectivity in A. stephensi (0.655mg/ml ~1:5 dilution)

Transmission-blocking activity of mouse IgG against P. falciparum NF54 (SMFA)

K. Miura

SANARIA’S PLATFORM TECHNOLOGY

Aseptic, Purified, Vialed Cryopreserved

Plasmodium falciparum Sporozoites (PfSPZ) that

Meet all Regulatory Standards

42

03DEC2013 SANARIA

Plasmodium falciparum Sporozoites (PfSPZ)

43

03DEC2013 SANARIA

VIALING VACCINE

44

MULTIPLE PRODUCTS

• PfSPZ Vaccine• PfSPZ Challenge

– Roestenberg et al., AJTMH, 2013– Sheehy et al., PLoS One, 2013– Mordmueller et al, submitted – African CHMI Network-7 countries

• PfSPZ-Cvac Approach – Chemoprophylaxis Vaccine

• PfSPZ Challenge Mosquitoes (Aseptic)– Lyke et al., PLoS One, 2011– Laurens et al., PLoS One, 2013

45

03DEC2013 SANARIA

PROOF OF CONCEPT - EFFICACY - 2013

46

• Pf sporozoites administered by bite of mosquitoes

• 3 sequential monthly doses of 12-15 mosquito bites (total of only 36-45 infected mosquito bites)

• Weekly chloroquine

• 100% protection after malaria challenge - Roestenberg NEJM 2009

CHEMOPROPHYLAXIS WITH SPOROZOITES (CPS)

Améliorer les vaccins basés sur la protéine CS (d’après

Annie Mo, NIAID)

• Couverture immunologique plus large

• Multiples composants Immunitaire protecteurs

• Priming (amorce) Optimal et réponses durables

• Inclusion de tous les épitropes

• Combinaison– Incl. multi-stades

• Vaccination prime/boost (amorce/rappel) hétérologue

• Plateforme Technologique pour la présentation des antigènes

ApprochesPoints à considérer

Leçons clés: un long voyage(d’apres Annie Mo, NIAID)

• Durée des niveaux protecteurs d'immunité

• Vaccinologie structurelle et fonctionnelle• Couverture plus large de la spécificité des

antigènes• Optimiser l’immunité protectrice• Plateformes technologiques nouvelles et

innovantes– Systèmes d’expression, de présentation,

adjuvants…

Merci beaucoup.