Comparative efficacy analysis of whole-sporozoite vaccines against Malaria

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rôla, Catarina Maria Vicente
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/55531
Resumo: Tese de Mestrado, Biologia Humana e Ambiente, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
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spelling Comparative efficacy analysis of whole-sporozoite vaccines against MalariaPlasmodium bergheiVacinas de organismo inteiroDesenvolvimento hepáticoDoses de imunizaçãoTeses de mestrado - 2022Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências BiológicasTese de Mestrado, Biologia Humana e Ambiente, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasMalaria is a deadly mosquito-borne infectious disease caused by Plasmodium parasites, for which the only licensed vaccine provides modest, rapidly waning protection. Whole-sporozoite (WSp) pre-erythrocytic vaccines constitute a potential solution for inducing long-lasting sterile protection against malaria. WSp vaccines employ live or attenuated Plasmodium sporozoites to induce strong immune responses against the parasite’s pre-erythrocytic stages. Attenuation can be achieved by irradiation to block parasite replication (RAS) or through genetic engineering, leading to the early (EA-GAP) or late (LA-GAP) stage arrest of the parasite’s hepatic development. Live, non-attenuated sporozoites can also be employed, allowing for full hepatic development, with the parasites being killed upon release into the bloodstream by prophylactic treatment with compounds such as chloroquine (CPS). Previous studies suggested that a longer liver-stage development, as observed in CPS and LA-GAP vaccines, induces greater protection than RAS and EA-GAP vaccines, potentially due to the higher parasite biomass and antigenic repertoire presented by the former. We investigated the effect of immunization dosage and regimen on the level and duration of the protective efficacy (PE) conferred by different WSp vaccines. Using rodent parasite surrogates of EAGAP, RAS, LA-GAP and CPS vaccine candidates, and C57BL/6J mice, we assessed overall sterile protection, prepatency, hepatic load, and protection against severe disease achieved with increasing immunization dosages in either a single or a prime-boost-boost vaccination regimens. Our results show that prime-only vaccination by RAS and LA-GAP affords higher levels of short-lived PE than EA-GAP and CPS. Conversely, prime-boost-boost vaccination with either of the WSp vaccines provides similar PE levels, which are differently maintained over time, suggesting a dose-dependent efficacy for RAS and LA-GAP. Collectively, our results indicate that WSp-induced protective immunity is a complex phenomenon in which the extent of parasite liver development may not be the only key feature influencing the efficacy of vaccination.A malária é uma doença infeciosa particularmente preocupante no continente Africano, nomeadamente na África sub-Saariana, atingindo principalmente crianças até aos 5 anos de idade. A malária é causada por parasitas protozoários do género Plasmodium (P.) e transmitida pela picada de mosquitos fêmea do género Anopheles. A organização mundial de saúde (OMS) estima que, em 2020, ocorreram 241 milhões de casos de malária, 627 000 dos quais resultaram em morte. Existem seis espécies conhecidas capazes de causar infeção humana, P. falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale, P. knowlesi e P. simium. Destas, P. falciparum e P. vivax são as espécies mais preocupantes. A doença causada por P. falciparum apresenta sintomatologia mais severa e consequentemente, o maior número de mortes. No entanto, a doença causada por P. vivax, mais comum fora do continente Africano, está geralmente associada a episódios de reincidência da doença, devido à capacidade de o parasita originar formas dormentes (hipnozoítos). O ciclo de vida de Plasmodium é marcado pela sua complexidade, envolvendo dois hospedeiros – um mosquito fêmea e um hospedeiro mamífero. Os parasitas são injetados na derme do hospedeiro sob a forma de esporozoítos durante a picada de um mosquito infetado, entrando na circulação sanguínea e migrando para o fígado, onde, após atravessarem vários hepatócitos, invadem e desenvolvem-se no interior de um hepatócito, dando origem a milhares de merozoítos. A fase hepática ou pre-eritrocitária da infeção é assintomática e culmina na libertação de merozoítos para a circulação sanguínea, no interior de vesículas designadas merosomas, dando início à fase eritrócitária da infeção. Os merozoítos invadem ciclicamente os eritrócitos, dando origem a novas formas parasitárias que perpetuam o ciclo de infeção eritrocitário, originando a sintomatologia clínica, e formas sexuais, os gametócitos, que, após ingestão por um mosquito, se desenvolvem no interior do mesmo, tornando-o vetor para um novo ciclo de infeção. Dado o crescente desenvolvimento de resistência a inseticidas nas populações de mosquitos, bem como a fármacos antimaláricos nas populações de Plasmodium, tornou-se consensual entre a comunidade científica a urgente necessidade para o desenvolvimento de uma vacina eficaz, para prevenção da sintomatologia da doença bem como a sua transmissão. Apesar do enorme esforço por parte da comunidade científica neste sentido, a única vacina aprovada até ao presente, a RTS,S, apenas confere uma proteção modesta e de curta duração contra o parasita. Na busca de uma estratégia de vacinação eficaz, as vacinas pre-eritrocitárias de organismo inteiro (WSp) destacam-se por serem, até ao momento, a única abordagem consistentemente capaz de conferir total proteção contra a malária, tanto em modelos laboratoriais como em humanos. A vacinação WSp atua na fase pre-eritrocitária do ciclo de vida de Plasmodium, bloqueando infeção hepática do hospedeiro mamífero e o desenvolvimento de doença clínica. A vacinação WSp baseia-se no uso de esporozoítos de Plasmodium inteiros atenuados ou vivos e visa espoletar uma resposta imunitária capaz de impedir a doença causada num contexto de infeção natural. Através da atenuação dos esporozoítos, o seu desenvolvimento pode ser interrompido em diferentes fases da infeção hepática: quando a atenuação é efetuada recorrendo a radiação (RAS), o desenvolvimento parasitário é abortado num estádio inicial a médio do desenvolvimento intra-hepático; por outro lado quando a atenuação é efetuada por meio de engenharia genética, o desenvolvimento parasitário pode ser abortado num estádio inicial (EAGAP) ou tardio (LA-GAP) do desenvolvimento intra-hepático, dependendo dos genes do parasita previamente selecionados para manipulação genética. Por sua vez, o uso de esporozoítos inteiros vivos permite que o parasita complete o desenvolvimento intra-hepático, sendo eliminado imediatamente após a libertação dos merozoítos na corrente sanguínea por fármacos antimaláricos como a cloroquina (CPS). A resposta imunitária espoletada pela vacinação WSp, apesar de elicitar a formação de anticorpos contra o parasita, fundamenta-se essencialmente na indução de células T citotóxicas residentes no fígado e na produção de anticorpos. Estudos anteriores sugeriram que a maior extensão do desenvolvimento intra-hepático, característica nas estratégias de vacinação LA-GAP e CPS, se correlaciona com uma maior proteção contra a infeção, comparativamente à vacinação EA-GAP e RAS, cujo desenvolvimento intra-hepático é mais curto. Sugeriu-se igualmente que este fenómeno seja consequência da maior biomassa e repertório de antigénios apresentados pelas primeiras estratégias mencionadas ao sistema imunitário do hospedeiro. No entanto, resultados preliminares advindos da equipa Prudêncio Lab no iMM, indicam uma maior complexidade inerente ao estabelecimento de proteção resultante da vacinação, levando à hipótese de que a proteção obtida por diferentes vacinas WSp não depende primordialmente da extensão de desenvolvimento hepático dos parasitas usados como agentes de imunização. Com o intuito de clarificar a relação entre a extensão do desenvolvimento hepático e a proteção induzida pela vacinação WSp, esta tese de Mestrado teve como objetivo principal analisar e caracterizar comparativamente as diferenças nos níveis e duração da proteção obtida aquando da vacinação com diferentes estratégias WSp (EA-GAP, RAS, LA-GAP e CPS) utilizando um modelo laboratorial de roedores (ratinhos C57BL/6J), num contexto de diferentes doses e regimes de imunização. Mais concretamente, foram analisados os níveis de proteção estéril, pré-patência, redução da carga parasitária hepática e proteção contra doença severa obtidos com a administração de doses de imunização crescentes (1x103 , 10x103 , 30x103 e 90x103 esporozoítos) de cada uma das principais estratégias de vacinação WSp, em regimes de uma e de três imunizações. Inicialmente, o diferente desenvolvimento intra-hepático dos parasitas presentes nas diferentes vacinas WSp foi confirmado recorrendo a técnicas de PCR quantitativo em tempo-real. Posteriormente, os ratinhos C57BL/6J foram imunizados intravenosamente com uma dose única de esporozoítos de cada uma das vacinas ao dia 0 (regime prime-only) Ao dia 7 pós-imunização, a proteção foi testada recorrendo a infecção (challenge) com esporozoítos P. berghei wild-type (WT) e os animais foram seguidos durante 12 dias, em paralelo com animais não imunizados, sendo um ensaio de bioluminescência usado para diagnosticar o aparecimento e quantificar o número de parasitas no sangue. Os resultados demonstram níveis de proteção superiores após imunização com as estratégias RAS ou LA-GAP, comparativamente a EA-GAP e CPS. Por outro lado, em ratinhos imunizados com EA-GAP ou CPS, apenas se observou um atraso no aparecimento de parasitas no sangue periférico, o que se traduz na indução de apenas proteção parcial pelas vacinas em questão. Estes resultados não se mantiveram quando o challenge infecioso foi efetuado aos 14 ou aos 28 dias pós-imunização, indicando que a resposta imune protetora espoletada por uma única imunização é de curta duração. Os níveis de proteção observados aquando da vacinação com diferentes doses de imunização das diferentes vacinas WSp em estudo foram também analisados em detalhe recorrendo a um regime de múltiplas doses de vacinação (prime-boost-boost). Os ratinhos foram imunizados intravenosamente com três doses de esporozoítos de cada uma das vacinas WSp, em intervalos semanais, aos dias 0, 7 e 14. O challenge foi posteriormente realizado duas semanas pós-imunização, ao dia 28, e os animais foram seguidos ao longo de 12 dias, em paralelo com animais não imunizados. Os nossos resultados mostram que a imunização com diferentes vacinas WSp num regime prime-boost-boost induz níveis de proteção semelhantes entre si, que não demonstram possuir correlação aparente com a diferente extensão do desenvolvimento hepático inerente a cada estratégia vacinal. Adicionalmente, o nosso estudo demonstra uma diminuição na proteção em ratinhos imunizados com a dose de vacinação mais alta de EA-GAP, o que não se observa para animais imunizados com as restantes estratégias de vacinação, indicando potencialmente a existência de um limite ótimo para a dose de imunização. Concomitantemente, a duração da proteção obtida com um regime vacinal prime-boost-boost foi também analisada. Para tal, os ratinhos previamente imunizados e protegidos do challenge anterior foram infetados em intervalos de 2 meses até aos 8 meses (2, 4, 6 e 8 meses) em contexto de rechallenge com esporozoítos P. berghei WT. Os nossos dados revelam que a duração da proteção induzida pela imunização com diferentes estratégias de vacinação WSp é influenciada pela dose de imunização, sendo que para as estratégias RAS e LA-GAP a duração da proteção induzida pela imunização aparenta depender da dose de imunização. No seu conjunto, os nossos resultados demonstram uma elevada complexidade na formação da resposta imune subadjacente à vacinação WSp, indicando que a extensão do desenvolvimento hepático dos parasitas constituintes das vacinas poderá não ser o principal fator determinante da eficácia da estratégia vacinal. Os resultados obtidos não estão em total concordância com os resultados previamente reportados com imunizações recorrendo a parasitas com desenvolvimento hepático diferencial, sugerindo, ao invés, uma relação multifatorial entre o tipo de vacina WSp empregue e a obtenção de uma proteção eficaz e duradoura. Os dados aqui discutidos poderão guiar a otimização de regimes vacinais e potencialmente identificar as estratégias de vacinação que cuja otimização deverá ser priorizada, bem como informar o desenvolvimento de novas vacinas.Mendes, AntónioDias, Deodália Maria AntunesRepositório da Universidade de LisboaRôla, Catarina Maria Vicente202220222025-09-26T00:00:00Z2022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/55531enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T17:02:35Zoai:repositorio.ul.pt:10451/55531Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:06:11.723775Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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