Mosquitoes carrying the deadly malaria parasite have flown along next to humans for thousands of years, and the disease appears in documented reports as early as 2700 B.C. Malaria continues to plague humans today, causing hundreds of thousands of deaths each year.
Malaria este cauzată de parazitul Plasmodium, un organism unicelular care are mai multe stadii de viață și are nevoie de mai multe gazde pentru a supraviețui. Cinci specii de parazit provoacă boli la om – Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae și P. knowlelsi. Plasmodium falciparum este cea mai periculoasă tulpină la om și este ținta celor mai multe cercetări științifice din prezent. În 2002, oamenii de știință au reușit să secvențieze genomul P. falciparum, ceea ce a permis cercetătorilor să facă mari progrese în înțelegerea mai bună a modalităților de a o viza.
Numele de malarie provine de la mal’aria, care în italiană înseamnă „aer rău”. Înainte de dezvoltarea teoriei germenilor, la sfârșitul anilor 1800, mulți oameni credeau că boala era transmisă prin miasme, sau aer contaminat. Până în 1897, medicul britanic Ronald Ross a făcut descoperirea că țânțarii sunt vectorii care transmit boala. Oamenii de știință au descoperit apoi că doar femela țânțarului Anopheles transmite parazitul (masculii nu se hrănesc cu sânge). Femelele a 60 de specii diferite de țânțari Anopheles pot servi ca vectori ai malariei.
Mai mult de jumătate din populația lumii trăiește în zone vulnerabile la malarie, cu cazuri documentate în peste 109 țări, iar cea mai mare mortalitate (aproximativ 89% din totalul deceselor) se înregistrează în Africa. Parazitul infectează aproximativ 220 de milioane de persoane în fiecare an. În plus, copiii cu vârsta sub cinci ani, femeile însărcinate și persoanele cu HIV/SIDA sunt cele mai expuse riscului de îmbolnăvire gravă și de deces.
Istoria îndelungată a malariei include multe încercări istorice de a o învinge. Chinina, o substanță derivată din scoarța arborelui cinchona, a fost cunoscută ca fiind eficientă împotriva malariei încă din anii 1600. După ce s-a înțeles rolul țânțarilor în transmiterea malariei, oamenii de știință s-au concentrat pe controlul vectorilor. Aceștia au emis ipoteza că, prin uciderea vectorului, ar putea opri ciclul de infecție. În consecință, DDT și alte insecticide au intrat în vogă la mijlocul anilor 1900 și au fost folosite de atunci. Plasele de pat pentru a proteja persoanele care dorm de înțepăturile de țânțari reprezintă o altă formă de control al vectorilor care este nu numai eficientă, ci și extrem de rentabilă. În cele din urmă, dezvoltarea mai multor medicamente diferite împotriva malariei a schimbat modul în care călătorii privesc țările endemice de malarie și riscul asociat cu călătoriile în general. De fapt, și probabil datorită tuturor măsurilor de mai sus, numărul estimat al deceselor cauzate de malarie a scăzut cu 13%, de la 755.000 în 2000 la 655.000 în 2010. Cazurile de îmbolnăvire au scăzut, de asemenea, deși mai puțin dramatic, de la 223 de milioane în 2000 la aproximativ 216 milioane în 2010.
Cu toate aceste evoluții, de ce malaria rămâne o problemă? Apariția rezistenței la medicamente și insecticide este o preocupare majoră. Parazitul malariei a supraviețuit timp de peste 50.000 de ani, iar selecția naturală favorizează tulpinile organismului cu mutații care le ajută să se sustragă amenințărilor. În prezent, observăm din ce în ce mai mulți paraziți rezistenți la medicamente și țânțari rezistenți la insecticide. La nivel mondial se depun eforturi în următoarea eră a prevenirii malariei: dezvoltarea de vaccinuri împotriva malariei, care au potențialul de a salva nenumărate vieți și care ar putea ajuta, în cele din urmă, la eradicarea acestei suferințe istorice.
Ciclul de viață al plasmodiului
Malaria este diferită de orice boală infecțioasă pentru care am creat deja un vaccin de succes. Cea mai notabilă dintre aceste diferențe este faptul că malaria este transmisă prin intermediul unui parazit care trece prin mai multe stadii de viață, fiecare dintre acestea reprezentând o provocare unică pentru dezvoltatorii de vaccinuri. Cele trei stadii din ciclul de viață al Plasmodium pot fi împărțite în două categorii distincte – în primele două, parazitul suferă o reproducere asexuată în corpul gazdei, iar în cea de-a treia suferă o reproducere sexuată în intestinul țânțarului vector. Deoarece parazitul se poate reproduce atât pe cale asexuată, cât și pe cale sexuală, acesta are multe avantaje față de virusurile și bacteriile împotriva cărora ne vaccinăm în prezent.
Cele trei stadii ale ciclului de viață al Plasmodium sunt: (1) stadiul pre-eritrocitar, mai bine cunoscut sub numele de stadiul hepatic, sau stadiul dinainte ca parazitul să infecteze globulele roșii umane, (2) stadiul eritrocitar, sau stadiul sanguin, când parazitul infectează globulele roșii, și (3) stadiul sexual, stadiul în care parazitul a fost preluat de un țânțar și se reproduce sexual în intestinul țânțarului.
Este important să ne amintim că fiecare stadiu de viață are loc într-o parte diferită a omului sau a vectorului infectat. În primul rând, atunci când un țânțar infectat cu Plasmodium înțeapă o gazdă umană, parazitul merge direct în ficat. În al doilea rând, odată ce parazitul s-a maturizat în ficat, acesta va intra în fluxul sanguin și va invada celulele sanguine. În cele din urmă, când este gata să infecteze următoarea gazdă, va fi aspirat de o altă femelă de țânțar Anopheles și se va reproduce sexual în intestinul țânțarului.
Înainte de a intra în detalii despre modul în care un vaccin ar putea preveni malaria, este util să trecem în revistă etapele ciclului de viață al parazitului. Prima formă este cunoscută sub numele de sporozoit (pronunțat spore-o-zo-ite). Atunci când un țânțar care conține parazitul malariei înțeapă o persoană, parazitul intră în corpul uman sub formă de sporozoit. Odată ce sporozoitul ajunge la ficat, acesta infectează rapid celulele hepatice și trece prin mai multe runde de reproducere asexuată pentru a produce merozoiți (pronunțat mer-o-zo-ites). Toate aceste evoluții alcătuiesc etapa preeritrocitară a ciclului de viață al parazitului. Un sporozoit se poate reproduce asexuat pentru a forma până la 40.000 de merozoiți, un număr suficient de mare pentru a pune serios la încercare capacitatea sistemului imunitar de a controla parazitul.
Stadiul eritrocitar este următorul stadiu, care apare odată ce merozoiții părăsesc celulele hepatice și intră în fluxul sanguin. Aici, un merozoit infectează o celulă roșie din sânge și începe să se reproducă asexuat și să elibereze sute de noi merozoiți. Acesta este stadiul în care o persoană ar începe să prezinte simptome precum febra periodică asociată malariei. Simptomele sunt rezultatul exploziei globulelor roșii, motiv pentru care simptomele apar adesea periodic – atunci când parazitul se află în interiorul globulelor roșii și se reproduce, febra va scădea și pacientul va părea că se ameliorează, dar va începe din nou atunci când merozoiții sunt eliberați.
În cel de-al treilea stadiu, sau stadiul sexual, câteva celule sanguine infectate cu merozoiți vor înceta să se reproducă asexuat și, în schimb, se vor maturiza în forme sexuale ale paraziților – cunoscute sub numele de gametocite masculine și feminine (pronunțat gam-eat-o-cytes). La microscop, gametocitele P. falciparum se disting prin forma lor unică de banană. Atunci când un țânțar Anopheles mușcă un om care are malarie, acesta va prelua gametocitele împreună cu sângele. Aceste gametocite sunt apoi capabile să se reproducă sexual în continuare în intestinul țânțarului, dezvoltându-se în celule sexuale mature sau gameți și, în cele din urmă, fuzionând pe măsură ce se deplasează pe peretele intestinal al țânțarului pentru a deveni un oochist. Oocystul crește, se divide și, în cele din urmă, explodează și produce mii de sporozoiți haploizi, care se vor deplasa către glandele salivare ale țânțarului pentru a fi injectați în următorul individ în timpul următoarei mese de sânge a țânțarului. (Dacă vă amintiți, sporozoitul este forma de parazit care infectează ficatul). Astfel, ciclul de viață al parazitului se închide în cerc, permițând malariei să continue să se răspândească și să infecteze oameni din întreaga lume.
Un vaccin împotriva malariei: An Immunological Approach Against the Parasite
Ciclul de viață complicat al Plasmodium reprezintă o provocare pentru dezvoltarea vaccinului împotriva malariei. Cercetătorii trebuie să stabilească ce etapă de viață a parazitului trebuie să vizeze sau dacă vaccinul trebuie să combine elemente care vizează mai multe etape de viață. Cu toate acestea, descoperirile recente ne permit să fim optimiști cu privire la posibilitatea unui vaccin eficient împotriva malariei.
Malaria este puțin diferită de multe dintre bolile pentru care ne vaccinăm în prezent, deoarece nu conferă așa-numita imunitate sterilă. Acest lucru înseamnă că, dacă vă îmbolnăviți de malarie și vă recuperați, puteți fi infectat din nou și din nou. Faptul că sistemul dvs. imunitar a răspuns în trecut la malarie nu va împiedica o viitoare infecție. Acest lucru este foarte diferit de o boală precum rujeola: majoritatea persoanelor care contractează rujeola vor fi imune pe viață la viitoarele infecții cu rujeolă. În cazul malariei, există unele dovezi ale unui grad de imunitate dobândită în mod natural – o persoană care a avut malarie în trecut o poate contracta din nou, dar probabil că va avea un caz mai puțin grav. În multe țări africane în care malaria este frecventă, majoritatea persoanelor care sunt reinfectate cu malarie prezintă doar simptome ușoare datorită acestei imunități dobândite parțial. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care malaria este atât de mortală pentru copiii sub cinci ani. Acești copii nu au dobândit încă niciun nivel de imunitate față de parazit și este mult mai probabil ca ei să se confrunte cu un caz sever care poate duce la complicații fatale. În plus, acesta este și motivul pentru care străinii care nu au experimentat niciodată malaria trebuie să fie foarte atenți – pot dezvolta un caz foarte grav atunci când sunt infectați pentru prima dată. În cele din urmă, imunitatea parțială dobândită în mod natural nu durează mult timp. De fapt, atunci când cineva a trăit toată viața în Africa și pleacă chiar și pentru un an, își va pierde această imunitate parțială și va fi din nou la fel de vulnerabil la malarie ca cineva care nu a fost niciodată infectat. Așadar, o abordare pentru dezvoltarea unui vaccin împotriva malariei ar fi să înțelegem mecanismul imunității parțiale și să dezvoltăm un vaccin bazat pe acest principiu.
O altă cale care a dat o direcție cercetătorilor de vaccinuri împotriva malariei este conceptul de imunizare cu un parazit viu atenuat (slăbit) întreg în forma sa de sporozoit. Sprijinul pentru această idee a venit într-un studiu din 1967, în care Nussenzweig et al. au imunizat șoareci cu sporozoiți de Plasmodium berghei (o formă non-umană de malarie) atenuați prin iradiere și au văzut că șoarecii au fost protejați la o provocare ulterioară cu sporozoiți infecțioși.
Adaptarea acestei idei la oameni în 2002, Hoffman și colab. au arătat că pot folosi radiații gamma pentru a atenua sporozoiții din interiorul țânțarilor Anopheles infectați și, astfel, să protejeze aproape complet oamenii. Subiecții umani au fost expuși la mușcăturile țânțarilor infectați, care au injectat sporozoiții iradiați în subiecți. Sporozoiții se puteau deplasa în celulele hepatice, dar nu se puteau maturiza mai departe. Acești sporozoiți slăbiți erau încă capabili să declanșeze un răspuns imunitar la gazda umană, dar pentru că nu se puteau dezvolta mai departe de ficat, gazda nu se îmbolnăvea. Ca urmare, data viitoare când un țânțar infectat ar fi luat o masă de sânge de la persoana imunizată și ar fi injectat persoana cu sporozoiți de Plasmodium, sistemul imunitar ar fi recunoscut amenințarea și ar fi eliminat parazitul înainte ca acesta să provoace boala.
Această abordare prin iradiere avea două defecte majore: nu era rentabilă și nu era practică pe scară largă. Cu toate acestea, a servit ca o dovadă de principiu, dând oamenilor de știință speranță pentru viitor și ajutând la stimularea multor cercetări în acest domeniu.
Cercetare actuală
Cercetătorii au extins ceea ce au învățat în studiul din 2002 pentru a dezvolta multe vaccinuri potențiale împotriva malariei. În loc să încerce un vaccin viu atenuat, cei mai mulți oameni de știință folosesc în prezent tehnologii pentru a izola și a furniza antigeni specifici într-un vaccin. Și pentru că parazitul are trei stadii de viață diferite, există trei abordări distincte ale vaccinurilor care sunt în curs de investigare.
Vaccinurile pre-eritrocitare vizează faza infecțioasă și urmăresc fie să împiedice sporozoiții să ajungă în celulele hepatice, fie să distrugă celulele hepatice infectate. Cea mai importantă provocare pentru un vaccin pre-eritrocitar este intervalul de timp: sporozoiții ajung în ficat la mai puțin de o oră după ce au fost injectați de țânțar. Prin urmare, sistemul imunitar are la dispoziție un timp limitat pentru a elimina parazitul. Deși majoritatea potențialelor vaccinuri pre-eritrocitare se află încă în faza I sau faza II de testare, un vaccin se află în prezent în faza III de testare și se arată promițător: vaccinul RTS,S. (Rețineți că studiile de fază I evaluează pentru siguranță, testele de fază II evaluează dozajul, iar testele de fază III evaluează eficacitatea generală. )
Pentru a dezvolta vaccinul RTS,S, dezvoltatorii au identificat proteina care a fost cea mai responsabilă pentru protecție în studiul cu sporozoit iradiat din 2002. Acest antigen este cunoscut sub numele de proteina circumsporozoitului, sau proteina CS. Deși acest antigen este protector, nu este foarte imunogen de unul singur, ceea ce înseamnă că nu este bun pentru a stimula un răspuns imunitar. Astfel, oamenii de știință au fuzionat antigenul de suprafață al hepatitei B (antigenul responsabil de asigurarea protecției în vaccinul împotriva hepatitei B) cu un antigen din proteina CS. Pentru a stimula și mai mult sistemul imunitar, oamenii de știință au folosit un compus numit adjuvant care stimulează răspunsul sistemului imunitar la antigen. Scopul este de a induce niveluri ridicate de anticorpi atât pentru a bloca pătrunderea sporozoizilor în celulele hepatice, cât și pentru a marca celulele infectate specifice pentru a fi distruse.
Vaccinul RTS,S a fost testat în studiile de fază III în 11 țări africane diferite. Aceste teste au avut unele succese. Primele rezultate, publicate în octombrie 2011, au arătat că, la copiii cu vârste cuprinse între 5 și 17 luni, vaccinarea cu RTS,S a redus riscul de malarie clinică și de malarie severă cu 56% și, respectiv, 47%. Cu toate acestea, în rezultatele publicate în noiembrie 2012, vaccinul a fost mai puțin eficient la copiii în vârstă de 6-12 săptămâni la prima vaccinare. În acest grup, vaccinarea cu RTS,S a dus la cu o treime mai puține episoade de malarie clinică și severă. Rezultatele finale ale studiului, care a urmărit copiii mici timp de aproximativ trei ani, au arătat o reducere a cazurilor de malarie clinică cu 26% pentru cei mai mici copii până la 36% pentru copiii cu vârsta de până la 17 luni la prima vaccinare. În iulie 2015, Agenția Europeană pentru Medicamente a recomandat ca vaccinul să fie autorizat pentru utilizarea la copiii mici din Africa; Organizația Mondială a Sănătății are în vedere recomandarea privind vaccinul. Între timp, un grup consultativ al OMS a recomandat implementarea pilot a vaccinului în 3-5 țări din Africa Subsahariană. Principalul dezvoltator al RTS,S, Malaria Vaccine Initiative, o organizație non-profit cu sediul în Seattle, Washington, are speranța de a dezvolta un vaccin și mai bun, care să aibă o eficiență de 80% până în 2025.
Câteva alte vaccinuri pre-eritrocitare sunt în curs de testare, dar niciunul nu a demonstrat promisiunea sau succesul RTS,S. Oamenii de știință lucrează la îmbunătățirea eficacității vaccinului RTS,S pentru a obține o eficacitate mai mare de 50% prin utilizarea tehnologiei Prime Boost, a adjuvanților și prin optimizarea antigenului.
Vaccinurile eritrocitare, sau vaccinurile în stadiul sanguin, au ca scop oprirea invaziei rapide și a reproducerii asexuate a parazitului în celulele roșii din sânge. Reamintim că stadiul sanguin este momentul în care apar simptomele și este, de asemenea, cel mai distructiv pentru pacient din cauza spargerii globulelor roșii. Din cauza numărului uriaș de merozoiți produși în acest stadiu – 40.000 de merozoiți sunt eliberați pentru fiecare celulă hepatică infectată – un vaccin pentru stadiul sanguin poate avea ca scop doar reducerea numărului de merozoiți care infectează celulele roșii din sânge, mai degrabă decât blocarea completă a replicării acestora. În prezent, nu există niciun vaccin în stadiul de sânge care să fi avut succesul vaccinului RTS,S și majoritatea se află încă în faza I sau II de testare.
În sfârșit, un alt tip de vaccin vizează stadiul de reproducere sexuală care are loc în intestinul țânțarului. Această abordare este cunoscută sub numele de vaccin de blocare a transmiterii (TBV), deoarece urmărește să ucidă vectorul, țânțarul Anopheles, pentru a opri răspândirea ulterioară a parazitului. Aceasta este o abordare indirectă a unui vaccin, deoarece nu va proteja în mod direct o persoană care se îmbolnăvește de parazit, ci mai degrabă va opri răspândirea continuă.
Un vaccin candidat TBV este Pfs25-EPA, care este dezvoltat de Laboratorul de imunologie și virologie a malariei din cadrul Institutului Național de Alergii și Boli Infecțioase al SUA și de Centrul de Cercetare a Vaccinurilor din cadrul Universității Johns Hopkins. Ideea din spatele acestui vaccin este că, dacă organismul poate dezvolta anticorpi împotriva antigenului Pfs25, un țânțar care ia o masă de sânge va prelua o parte din acești anticorpi în stomac. Acolo anticorpii vor întâlni antigenul, ceea ce le va permite să interfereze cu dezvoltarea și să ucidă parazitul.
În cele din urmă, mulți oameni de știință cred că următorul pas este combinarea mai multor abordări pentru a dezvolta un vaccin împotriva malariei. Dar aceste vaccinuri în etape individuale trebuie să își demonstreze eficacitatea pe cont propriu înainte ca oamenii de știință să poată dezvolta un vaccin care să combine abordările. Mai mult decât atât, provocarea majoră cu care se vor confrunta oamenii de știință în viitor este că nu există corelații cunoscute pentru imunitate, ceea ce înseamnă că nu există altă metodă decât testele clinice costisitoare pe oameni pentru a demonstra eficacitatea unui vaccin. Astfel, deși s-au făcut progrese mari, dezvoltarea unui vaccin împotriva malariei va continua să fie un efort costisitor și multidimensional.
.