Come si costruisce un vaccino?

Tutti i vaccini contengono i microrganismi, virus o batteri, contro cui proteggono in una forma indebolita (attenuata) o completamente inattivata. In altri casi posso contenere solo alcune componenti del microrganismo, chiamate tecnicamente antigeni [¹²³]. Le modalità di “costruzione” dei vaccini variano pertanto da preparato a preparato. Di seguito sono brevemente descritte le strategie più utilizzate per l’allestimento dei preparati vaccinali:

Attenuazione dei virus: questa strategia consente un indebolimento del virus che quindi si riprodurrà con molta difficoltà all’interno dell’organismo umano, essendo comunque in grado di stimolare il sistema immunitario ma non di determinare la malattia. Talvolta, seppur raramente, durante la replicazione del virus indebolito si possono manifestare sintomi lievi che ricordano la malattia contro cui il preparato vaccinale protegge. I vaccini contro il morbillo, la parotite, la rosolia, la varicella e l’herpes zoster sono costruiti con questa tecnica [¹²³].

Inattivazione dei virus: i virus sono completamente inattivati (uccisi) con sistemi chimici, di conseguenza il virus non può moltiplicarsi o causare la malattia. I vaccini contro la poliomielite (tipo Salk), l’epatite A, e alcuni tipi di vaccino anti-influenzale sono costruiti secondo questa modalità. A differenza dei vaccini con virus attenuati, i preparati allestiti con questa strategia non causano, neanche in forma lieve, i sintomi della malattia verso la quale proteggono [¹²³].

Contenenti componenti dei virus: con questa strategia una specifica componente del virus viene rimossa dal microrganismo e usata per costruire il vaccino. Più recentemente, una parte del virus può essere sintetizzata in laboratorio e inserita nel preparato vaccinale. Alcuni esempi di vaccini costruiti con questa strategia sono gli anti-influenzali cosiddetti a “sub unità” che contengono al loro interno solo due proteine del virus influenzale, o il vaccino contro l’epatite B composto da una proteina che si trova sulla superficie del virus e riprodotta in laboratorio usando la tecnica del Dna ricombinante. Negli ultimi anni, sono stati costruiti con questa strategia i vaccini contro il papillomavirus umano (Hpv) contenenti unicamente le cosiddette particelle virus-simili (note come Vlp: virus-like particles) che assomigliano al virus, in quanto ne mimano la parte più esterna, ma sono prive del materiale genetico non avendo quindi possibilità di replicarsi [¹²³].

Contenenti tossoidi batterici: nel caso di batteri in grado di causare malattia attraverso la produzione di tossine i vaccini vengono costruiti inattivando chimicamente la tossina (la tossina dopo essere inattivata viene detta anatossina). Dopo la sua inattivazione, la tossina non è in grado di determinare la malattia ma mantiene la sua capacità di stimolare il sistema immunitario. Sono costruiti con questa strategia i vaccini contro alcune gravi malattie quali la difterite, il tetano e i nuovi vaccini acellulari contro la pertosse.

Contenenti polisaccaridi batterici: Un’altra strategia di costruzione di vaccini contro i batteri è utilizzare alcune componenti del rivestimento glucidico (polisaccaridico) dei batteri in grado di indurre stimolare il sistema immunitario. Sono costruiti con queste modalità i vaccini contro l’Haemophilus influenzae di tipo B, lo pneumococco ed i meningococchi A, C, Y e W135 [¹²³]. Poiché i polisaccaridi dei batteri non sono in grado di stimolare in maniera ottimale il sistema immunitario, questi componenti batterici vengono legati (coniugati) ad una proteina in grado di stimolare una risposta immunitaria maggiormente persistente nel tempo [¹²³].

Anche altri vaccini contenenti componenti dei virus o tossoidi batterici talvolta non sono in grado di stimolare in maniera ottimale il sistema immunitario. Per tale ragione nella composizione del vaccino possono essere inserite delle molecole, chiamate sostanze adiuvanti, capaci di aumentare la protezione nei confronti dei microrganismi. Alcuni esempi di queste molecole sono l’idrossido di alluminio (contenuto nei vaccini contro il tetano, difterite, pertosse, Haemophilus influenzae di tipo B, epatite A e B, etc.) e le sostanze oleose contenute nel vaccino anti-influenzale adiuvato e in un preparato vaccinale anti-HPV.  

Come si arriva alla costruzione di un vaccino?

La costruzione di un vaccino come sopra riportato non è che il primo piccolo passo verso l’allestimento di un preparato che possa essere utilizzato nella pratica quotidiana. Prima di un suo impiego nell’ambito di programmi di vaccinazione, un nuovo vaccino deve infatti affrontare un lungo periodo di ricerca volto a dimostrare la sua sicurezza, la tollerabilità degli effetti collaterali e l’efficacia nel determinare una buona risposta immunitaria e quindi proteggere contro la malattia per cui ci si vaccina [¹²⁴⁵].

Le fasi preliminari della ricerca si svolgono in laboratorio (in vitro) e sono volte a identificare quale componente del microrganismo sarà in grado di stimolare in maniera ottimale il sistema immunitario, generalmente attraverso l’utilizzo di colture cellulari, talvolta attraverso la somministrazione del possibile vaccino in animali di laboratorio [1,2,4,5]. Con l’avvento delle nuove tecniche di ingegneria genetica, questa parte della sperimentazione si svolge in maniera sempre più diffusa sul computer (in silicio). Infatti, attraverso l’utilizzo di modelli informatici, è possibile prevedere rapidamente quali componenti del microrganismo saranno in grado di interagire efficacemente con le cellule del nostro sistema immunitario [¹²⁴⁵].

Una volta terminata questa fase preliminare, viene costruita una forma del vaccino molto simile a quella che potrebbe essere utilizzata nella pratica quotidiana e la sicurezza, la tollerabilità e l’efficacia protettiva del preparato vengono studiate, nell’ambito di studi clinici, nell’uomo [¹²⁴⁵].

La ricerca nell’uomo viene suddivisa classicamente in tre fasi che coinvolgono un numero crescente di volontari (da alcune decine a molte migliaia di persone). Ogni fase della ricerca viene approvata e strettamente controllata da parte delle agenzie regolatorie internazionali e nazionali del farmaco e dai comitati etici locali [¹²⁴⁵].

Studi di Fase I: partecipano piccoli gruppi di volontari (alcune decine) e hanno lo scopo di confermare nell’uomo la sicurezza del preparato dimostrata nelle fasi preliminari della ricerca di base e valutarne la tollerabilità intesa come frequenza e gravità degli effetti collaterali del vaccino.

Studi di Fase II: partecipano centinaia di volontari e hanno come scopo di confermare la sicurezza e la tollerabilità del vaccino e dimostrarne l'immunogenicità, cioè la sua capacità d’indurre una valida risposta immunitaria nell’uomo.

Studi di Fase III: partecipano migliaia di volontari e generalmente sono condotti in numerosi centri di ricerca (multicentrici). Hanno l’obiettivo di confermare definitivamente la sicurezza, la tollerabilità e l’immunogenicità del vaccino su una popolazione molto ampia di soggetti.

Terminate positivamente le fasi della ricerca clinica, il vaccino ottiene l’autorizzazione all’utilizzo da parte delle agenzie regolatorie internazionale e nazionali che acquisiscono e valutano indipendentemente i risultati degli studi di fase I, II, III [¹²⁴⁵].

Anche dopo la sua autorizzazione all’utilizzo, il nuovo vaccino, così come tutti i nuovi farmaci, viene tenuto sotto controllo per rilevare effetti collaterali e/o problemi eventualmente sfuggiti agli studi clinici precedenti, perché si manifestano molto raramente o a lungo/lunghissimo termine, o solo in condizioni particolari. Inoltre, dopo la commercializzazione del vaccino, è possibile valutare la sua efficacia sul campo (effectiveness) intesa come la capacità non solo di stimolare una buona risposta del nostro sistema immunitario ma di prevenire le malattie causate dal microrganismo contro il quale il vaccino induce la risposta [¹²⁴⁵].

Possiamo pertanto affermare che l’iter per la costruzione, la sperimentazione, l’immissione sul mercato e il relativo monitoraggio di un nuovo vaccino sono molto più lunghi e complessi rispetto a qualsiasi altro farmaco.