De start van een klinische test met een DNA-vaccin haalde onlangs het nieuws in met name het Zika-vrezende deel van de wereld. Moleculair virologen in de Lage Landen zien meer heil in combinaties met afgezwakte levende virussen. ‘Er is in het vaccinonderzoek niet één heel duidelijk vaccin van de toekomst.’

Zo’n 2.500 vrijwilligers in het zuiden van de Verenigde Staten, Midden- en Zuid-Amerika werden dit voorjaar ingeënt met een experimenteel vaccin tegen het Zikavirus. Niet alleen experimenteel tegen Zika, maar ook omdat het vaccin op recombinant DNA-technologie was gebaseerd, wat nog geen gangbare methode is. Over twee jaar moet duidelijk zijn in hoeverre dit vaccin Zikabesmetting tegengaat. Eerdere tests wekten de indruk dat het vaccin veilig is te gebruiken en dat het een immuunrespons kan opwekken.

De snelheid waarmee de onderzoekers aan klinische tests met het DNA-vaccin konden beginnen, is indrukwekkend. Van het Zikavirus werd pas eind 2015 bekend dat het op grote schaal aanwezig was in mensen in Zuid-Amerika en dat het een rol kan spelen bij het optreden van aangeboren afwijkingen. Het illustreert de flexibiliteit die DNA-vaccins aan vaccinontwikkeling kunnen toevoegen.

Voor het kandidaat-vaccin tegen Zika konden de virologen namelijk terugvallen op een vaccin dat ze eerder ontwikkelden tegen westnijlvirus. Met behulp van recombinant-DNA-technieken voorzagen zij een aangepast bacterieel plasmide van de genen voor twee envelopeiwitten van het westnijlvirus. Het idee was dat dit plasmide in menselijke cellen tot expressie kan komen, waarna de gastheercel op basis van de westnijlgenen lege viruskapsels produceert en uitstoot in de bloedbaan, met voldoende activatie van het immuunsysteem en immuniteit tegen het virus als gewenste uitkomst. Door in hun plasmide de genen voor de twee oppervlakte-eiwitten van het westnijlvirus te vervangen voor die van het Zikavirus, maakten de onderzoekers er een Zikavaccin van.

Dit is het basisconcept van DNA-vaccins, waarbij je geen afgezwakt of gedood infectieus materiaal in het te immuniseren lichaam inbrengt, maar enkel een genetische blauwdruk van viruseiwitten op een plasmide. Doordat deze methode het gebruik van de gehele ziekteverwekker vermijdt, zijn de veiligheidsrisico’s bij ontwikkeling, productie en toepassing fors kleiner. De benodigde plasmides zijn relatief eenvoudig op grote schaal in bacteriën te kweken en eenmaal gemaakte DNA-vaccins zijn bij opslag en transport thermostabieler dan de meeste huidige vaccins, die zelfs gekoeld bewaard beperkt houdbaar zijn.

Commercieel product

Een DNA-plasmide behoort tot het goed­begrepen standaardgereedschap van microbiologen, maar daar betreft het proka­ryote (kernloze) cellen. Voor eukaryote cellen – cellen met een kern, waarin het DNA zich bevindt – is nog veel onduidelijk hoe zij plasmides opnemen, naar de kern transporteren en tot expressie brengen. Maar dat een DNA-vaccin in principe een immuunrespons kan oproepen en een gastheer kan beschermen tegen de infectie, hebben studies in diermodellen, voornamelijk in kleine knaagdieren, herhaaldelijk aangetoond.

Op basis van die uitkomsten proberen farmaceutische start-ups als Inovio Pharmaceuticals in de VS en GeneOne Life Science in Zuid-Korea al jaren DNA-vaccins als veterinaire of humane geneesmiddelen naar de markt te brengen. Tot nu toe is slechts één DNA-vaccin, tegen westnijlvirus in paarden, uitgegroeid tot een commercieel product. Het werd in 2005 op de Amerikaanse markt toegelaten en is daar naar verluidt nog steeds verkrijgbaar naast alternatieve, goedkopere vaccins.

Gevestigde farmabedrijven als Merck, Wyeth en Vical hielden zich in het verleden ook bezig met de ontwikkeling van DNA-vaccins tegen infectieziektes als hiv, en tegen kanker. Zij brachten het vóór de beëindiging van die programma’s veelal tot vaccins die goed werken in muizen, maar in mensen onvoldoende immuniteit opwekten.

‘Om een mens te immuniseren met een DNA-vaccin, moet voldoende van dat DNA in de celkern terechtkomen en tot expressie worden gebracht, zodat de cel voldoende antigeen materiaal produceert waarmee het immuunsysteem in aanraking kan komen. Dat is tot op heden een probleem’, vertelt Johan Neyts, hoogleraar virologie aan de KU Leuven.

De groep van Neyts werkt desalniettemin verder aan de ontwikkeling van DNA-vaccins. ‘Het is ons gelukt om vanaf een plasmide het volledige genoom te lanceren van de levend afgezwakte vaccinstam van het gelekoortsvirus. Dit maakt vaccinatie in twee stappen mogelijk. Voor de eerste stap hoeven we betrekkelijk weinig plasmide-DNA in het lichaam te brengen. De cellen die het plasmide opnemen gaan op grote schaal het levend afgezwakt vaccinvirus produceren. De nieuw gevormde virussen infecteren veel meer nieuwe cellen, waarop een effectieve immuunrespons op gang komt. Net zoals bij het huidige commerciële vaccin stopt het immuunsysteem daarna de infectie. Het Amerikaanse team ging nog een stap verder en bracht in het genoom dat codeert voor het afgezwakte gelekoortsvirus, het gen in voor een oppervlakte-eiwit van het rabiësvirus. Zo slaan ze twee vliegen in één klap.’

Plussen en minnen

De werkzaamheid hangt bij DNA-vaccins sterk samen met de manier van toedienen. Er is nog geen standaardaanpak die voor alle vaccins werkt. Het experimentele Zikavaccin uit de VS injecteer je in de bovenarm. Een bedrijf als Inovio zweert bij een eigen methode op basis van plaatselijke elektroporatie. De onderzoekers van het Neyts-lab kunnen het vaccin injecteren met een klein naaldje of onder druk in de huid blazen. Een andere optie is een huidpleister met minuscule holle naaldjes.

‘Het is moeilijk om een immuunrespons op te wekken’

Peter Bredenbeek, moleculair viroloog aan het LUMC, toont zich sceptisch over de huidige experimentele vaccins tegen Zika. ‘Ik denk niet dat we van dit type DNA-vaccins met hun nog problematische delivery de oplossing moeten verwachten. Voor toepassing onder tijdsdruk in minder ontwikkelde landen is meerdere keren vaccineren voor de benodigde prime boost niet handig.’ Maar aan ieder systeem zitten plussen en minnen, nuanceert zijn collega Marjolein Kikkert. ‘Er is in het vaccinonderzoek niet één heel duidelijk vaccin van de toekomst.’

Bredenbeek meent dat live attenuated vaccines zo slecht nog niet zijn. ‘Bijvoorbeeld het 17D-vaccin tegen gele koorts is zeer effectief en bijzonder goed onderzocht. Natuurlijk is er veel angst dat het virus in het vaccin op de een of andere manier zijn replicerend vermogen terug zou krijgen, maar dat is de afgelopen tachtig jaar nog niet gebeurd.’ Bredenbeek benut de kennis van dit effectieve vaccin dan ook om het zodanig aan te passen dat het tevens tegen andere virussen kan worden ingezet. ‘Met zo’n bewezen effectief platform als basis, hoef je er in principe alleen maar het DNA voor je nieuwe antigenen in te zetten.’

Lanceerplatform

Kikkert veranderde bovendien een protease dat veel virussen gebruiken om ubiquitine in de gastheercel te knippen om zo de signaaltransductieroutes lam te leggen die tot activatie van het immuunsysteem leiden. Een virusstam of vaccin met dit aangepaste protease laat de cellulaire signaaltransductie intact en geeft naar verwachting een sterkere immuunrespons.

Net als Neyts in Leuven verwachten de Leidse virologen veel van de slimme inzet van moleculaire technieken om te komen tot platforms van verminderd virulente vaccins die een krachtige immuunrespons kunnen uitlokken tegen een scala aan ziekteverwekkers. Toekomstige DNA-vaccins zullen dus wellicht vaker dienen als lanceerplatform voor afgezwakte virussen. Dat combineert de voordelen van het makkelijk kunnen opschalen van de plasmidenproductie en de thermostabiliteit van het vaccin met de betere effectiviteit van afgezwakte virussen.