Développement des vaccins contre le paludisme

1. Développement des vaccins contre le paludisme Dr Odile Leroy Paris, 14 March 2014

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

3. 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

4. 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

5. Vaccin contre le paludisme: un siècle de R&D

6. 105 Années de Recherche Pour le Vaccin contre le Paludisme Edmond & Etienne Sergent Les Comptes Rendu de l’Academie des Sciences 151: 407-409, 1910 Sur l'immunité dans le paludisme des oiseaux. Conservation in vitro des sporozoites de Plasmodium relictum. Immunité relative obtenue par inoculation de ces sporozoites

7. 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: effetapparemmentprotecteur de la combinaison de réponseimmunitairecellulaire ET humorale • 1944 First (P. vivax) clinical trial :Heidelberger M J. Immunol53:113-118, 1946) • 1960 Nussenzweig, 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 sporozoitesirradiés et analyse des mécanismes de la réponse • 1982 Ano. Malaria vaccine is near. New York Times, 3 August 1982 • Identification d’une protéine circumsporozoitecommeélémentmajeur de la surface du sporozoite, clonage et séquençage du gène

8. 105 Années de Recherche Pour le Vaccin contre le Paludisme • 1988 Patarroyo, 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 • 1997 Stoute, J. A. et al. A preliminary evaluation of a recombinant circumsporozoiteprotein vaccine againstPlasmodium 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

9. Eradication du paludisme (1960) (2011) malERA - a research agenda for malaria eradication. PLoS Collections 7(13): ev07.i13.

10. Complexité du développement du vaccin antipaludéen

11. Cycle du parasite

12. La biologie complexe du parasite représente un défi pour toute intervention de contrôle la maladie Cinq points d’intervention Défis • 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 Prévenir infection 3 Prévenir contact humain 2 1 Réduire population du vecteur/ prévenir la maturation asexuelle du parasite Prévenir maladie grave et la mortalité 4 5 Prévenir transmission (humain-vecteur) / réduire population parasitaire Source: Image from Jones and Hoffman (1994)

13. La complexité • Il n’y a pas de vaccin humain antiparasitaire • I y a trois défismajeurs: • Identifier les bons antigènes • Induire une réponse immunitaire protectrice • Eviter les mécanismes d’échappement immunitaire

14. Mode d’ action des vaccins Anti-infection Anti-diseases (morbidity, mortality) Transmission blocking

15. Log N human infected cells inoculum Stade hepatique Stade sanguin Effets attendus des vaccins sous-unitaires grave Paludisme clinique bénin Seuil clinique Pas de maladie Pas de vaccin Vaccin Sporozoite vaccine / stade hepatique Vaccin stade sanguin D’après Kumar et al 2002 in Chemical Immunology

16. Développementvaccin 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 Animaux Humains • infection aigue • Taux de mortalité élevé • Résistance acquise rapidement • Infection chronique • 1-3% taux de mortalité • Immunité longue a acquérir D’après Pierre Druilhe

19. P27A AMA1-DICO P27A AMA1 Dico

20. anticorps Immunitécellulaire Les 2 multi-antigénique Principales approches vaccinales • Vaccin sub-unitaire. Proteine adjuvant vaccines • RTS,S/AS01 • AMA1/AS02 • GMZ2/Alum • Vaccin vecteur viral • Fowlpox-MVA • Adenovirus-MVA • DNA-Adenovirus • Vaccin parasite entier • Sporozoite irradiés • Parasites génétiquement attenués

21. Vaccins sous-unitaires Cible • Un ou plusieurs stades, • Et/ou interaction specifique (hote/parasite), • Et/ou un voie immunitaire specifique Plateforme de production • Synthèse de peptide • Protéines Recombinantes • Protéines exprimées dans un vecteur (virus/bactérie/protozoaire) • 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)

22. Obstacles • 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? • 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

23. Vaccins vivants atténués : sporozoites atténués ou génétiquement modifiés Avantages: Mécanisme d’action: immunité cellulaire au stade hépatique Immunité croisée entre les souches? multi-antigènes Si protecteur: pas besoin d’en savoir plus… Durée de protection? Innocuité? Production BPF? (rendement, stérilité, pureté, stabilité, stockage) Route d’ administration

24. Antigènes paludéen développés (EVI en rouge) et leur stade Pre-erythrocytaire CS, CS-RTSS, TRAP, LSA1, LSA3, LSA5, multi-epitopes, PfSPZ Stadesanguin SP166, 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 StadeSanguinformesexuee Pfs25, Pfs45-28, Pfs16

25. Mécanismes de l’Immunité CD8+ T cells [Innate / CD4+ T cells] Antibody IgG • Invasion / Growth Inhibitory Activity (IIA/GIA) • IgG + Monocytes (ADCI) • IgG + PMNs (ADRB) • Complement • Role of IgG subtypes – IgG1/IgG3 • Avidity • Fine Specificity CD4+ T cells • T cell help for B cells • Enhanced Phagocytosis • Pro-inflammatory vs Regulatory Cytokines

26. Candidats Vaccins

27. Sporozoites Liver-stage parasites R T S HBsAg + S HBsAg RTS,S Particle RTS,S Circumsporozoite protein SS R I Repeat RII GPI Target of neutralizing antibodies T cell epitopes Rutgers et al., 1988; Biotechnology 6:1065-1070

28. 2001: Go to early Phase II pediatric development 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 Study in 6 to 11 yrs old children (Malaria-015): dose-escalation Malaria-022, LTFU of Malaria-015 Study in 1 to 5 yrs old children (Malaria-020): dose-escalation Malaria-023, LTFU of Malaria-020 GSK-MVI Partnership Study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-025) …… 09 87 01 02 03 04 05 06 07 08 GSK and WRAIR:R&D, preclinical and early clinical work (studies in adults in challenge models and in the field) AS02A-AS02D bridging study in 3 to 5 yrs old children (Malaria-034) Phase IIb PoC study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-026) Malaria-039, LTFU of Malaria-026

29. Late Phase II pediatric development • Further evaluate AS01 formulation • Schedule optimization • Age de-escalation to infants • Co-administration with EPI vaccines 2001: Go to pediatric development 2005: Go to late Phase II pediatric development Phase I study in 6 to 11 yrs old children (Malaria-015): dose-escalation Malaria-022, LTFU of Malaria-015 Phase I study in 1 to 5 yrs old children (Malaria-020): dose-escalation Malaria-023, LTFU of Malaria-020 Phase I study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-025) …… 09 87 01 02 03 04 05 06 07 08 AS01E FT in infants, co-ad with EPI (Malaria-050) 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) AS02A–AS01B comparison in field (adults) (Malaria-044) AS02D FT co-ad with EPI in infants 6 to 12 weeks old (Malaria-040) AS02A-AS02D bridging study in 3 to 5 yrs old children (Malaria-034) AS01E FT in children 18 months to 4 years old (Malaria-046) AS02A–AS01B comparison in challenge model (adults) (Malaria-027) AS02D FT in infants 6 to 10 weeks old, staggered with EPI (Malaria-038) Phase IIb PoC study in 1 to 4 yrs old children (Malaria-026) Malaria-039, LTFU of Malaria-026

30. 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

31. RTS,S/AS01E Malaria Vaccine Efficacy (The Phase III Trial) 17% over the 4-year period Clinical Efficacy was 50% Efficacy Waned……

32. 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

33. 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.1000397 http://www.plosmedicine.org/article/info:doi/10.1371/journal.pmed.1000397

34. The New York Times, November 9, 2012Malaria 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.

35. - Viral Vector Vaccines to Maximise Cellular Immunogenicity 8 weeks MVA Boost Adenovirus Prime Malaria x 4, HCV, HIV, influenza, TB, RSV

36. Vac046: Study Design • 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 ChAd63 ME-TRAP Vaccine MVA ME-TRAP Vaccine Screen Drug treatment Day 63-65 -30 0 Day 14 56 63 70 119 Intense PCR monitoring Day 63 - 119

37. Vaccine Efficacy by Cox Regression The primary endpoint was efficacy against any PCR positivity*

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

39. Les anticorps contre Pfs25 Bloquent la Transmission dans un essai standardise de repas sur membrane “Standardised Membrane Feeding Assay” A. Blagborough, Imperial College

40. Comparaison des principaux candidats TBV Antigènes Pfs25 Pfs48/45 P. falciparum tPA N - - C Pfs230-C PfsHAP2 AgAPN1 A. gambiae - C tPA N - tissue plasminogen activator 8wk Adeno Prime ChAd63 MVA Boost Melissa Kapulu

41. Transmission-blocking activity of mouse IgG against P. falciparum NF54 (SMFA) PfNF54 infectivity in A. stephensi (0.655mg/ml ~1:5 dilution) K. Miura

42. SANARIA’S PLATFORM TECHNOLOGY Aseptic, Purified, Vialed Cryopreserved Plasmodium falciparum Sporozoites (PfSPZ) that Meet all Regulatory Standards

43. Plasmodium falciparum Sporozoites (PfSPZ)

44. VIALING VACCINE

45. 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

46. PROOF OF CONCEPT - EFFICACY - 2013

47. CHEMOPROPHYLAXIS WITH SPOROZOITES (CPS) • 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

48. Approches Points à considérer 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

49. Leçons clés: un long voyage(d’apresAnnie 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…

50. Merci beaucoup.