A investigação científica tem levado ao desenvolvimento de numerosos tipos de vacinas que produzem com segurança respostas imunológicas que protegem contra infecções, e os investigadores continuam a investigar novas estratégias de vacinação para a prevenção de doenças infecciosas existentes e emergentes. As últimas décadas trouxeram grandes avanços na compreensão das complexas interacções entre os micróbios que causam a doença e os seus hospedeiros humanos. Estes conhecimentos, bem como os avanços nas técnicas e tecnologias laboratoriais, ajudaram no desenvolvimento de novos tipos de vacinas.
Vacinas contra todos os patógenos
As vacinas tradicionais consistem em patógenos inteiros que foram mortos ou enfraquecidos para que não possam causar doenças. Tais vacinas de patógenos inteiros podem desencadear fortes respostas imunológicas protetoras. Muitas das vacinas em uso clínico hoje em dia pertencem a esta categoria. No entanto, nem todos os micróbios causadores de doenças podem ser eficazmente visados com uma vacina de patógenos inteiros.
Os cientistas descreveram primeiro a capacidade dos micróbios inactivados, ou mortos, de induzir imunidade no século XIX. Isto levou ao desenvolvimento de vacinas inativadas, que são produzidas pela morte do patógeno com produtos químicos, calor ou radiação. Um exemplo contemporâneo é Havrix, uma vacina inativada contra o vírus da hepatite A que foi desenvolvida pela NIAID e parceiros e licenciada nos Estados Unidos em 1995.
Avanços nas técnicas de cultura de tecidos nos anos 50 permitiram o desenvolvimento de vacinas vivas atenuadas, que contêm uma versão do micróbio vivo que foi enfraquecido no laboratório. A vacina contra sarampo, papeira e rubéola (MMR) é um exemplo. Estas vacinas provocam fortes respostas imunológicas que podem conferir imunidade ao longo da vida após apenas uma ou duas doses. As vacinas atenuadas vivas são relativamente fáceis de criar para certos vírus, mas difíceis de produzir para patógenos mais complexos como bactérias e parasitas.
Técnicas modernas de engenharia genética permitiram a criação de vírus quiméricos, que contêm informações genéticas de e apresentam propriedades biológicas de diferentes vírus pais. Uma vacina quimérica desenvolvida pela NIAID, que consiste numa espinha dorsal do vírus do dengue com proteínas de superfície do vírus Zika, está a ser submetida a testes em fase inicial em humanos.
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Vacinas de subunidade
Em vez de todo o patogénio, as vacinas de subunidade incluem apenas os componentes, ou antigénios, que melhor estimulam o sistema imunitário. Embora este desenho possa tornar as vacinas mais seguras e fáceis de produzir, muitas vezes requer a incorporação de adjuvantes para obter uma forte resposta imunológica protetora porque os antígenos por si só não são suficientes para induzir uma imunidade adequada a longo prazo.
Incluir apenas os antígenos essenciais em uma vacina pode minimizar os efeitos colaterais, como ilustrado pelo desenvolvimento de uma nova geração de vacinas contra coqueluche (tosse convulsa). As primeiras vacinas contra a coqueluche, introduzidas na década de 1940, incluíam a bactéria Bordetella pertussis inativada. Embora eficazes, as vacinas de coqueluche de células inteiras frequentemente causavam reações adversas menores, como febre e inchaço no local da injeção. Isto fez com que muitas pessoas evitassem a vacina, e na década de 1970, a diminuição das taxas de vacinação tinha provocado um aumento de novas infecções. Pesquisas básicas no NIAID e em outros lugares, assim como o trabalho clínico apoiado pelo NIAID, levaram ao desenvolvimento de vacinas acelulares (não contendo células) para coqueluche que são baseadas em componentes individuais e purificados de B. pertussis. Estas vacinas são igualmente eficazes como vacinas de células inteiras, mas muito menos susceptíveis de causar reacções adversas.
algumas vacinas para prevenir infecções bacterianas são baseadas nos polissacáridos, ou açúcares, que formam o revestimento externo de muitas bactérias. A primeira vacina licenciada contra Haemophilus influenzae tipo B (Hib), inventada no Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano do NIH e mais desenvolvida por pesquisadores apoiados pelo NIAID, foi uma vacina polissacarídeo. No entanto, a sua utilidade era limitada, uma vez que não provocava fortes respostas imunitárias em bebés – a faixa etária com maior incidência da doença do Hib. Os pesquisadores do NIH desenvolveram em seguida uma vacina chamada conjugada na qual o polissacarídeo do Hib é ligado, ou “conjugado”, a um antígeno protéico para oferecer melhor proteção. Esta formulação aumentou muito a capacidade do sistema imunológico de crianças pequenas de reconhecer o polissacarídeo e desenvolver a imunidade. Atualmente, vacinas conjugadas estão disponíveis para proteger contra infecções Hib, pneumocócica e meningocócica.
Outras vacinas contra doenças bacterianas, como as vacinas contra difteria e tétano, têm como objetivo obter respostas imunológicas contra proteínas causadoras de doenças, ou toxinas, secretadas pela bactéria. Os antígenos destas chamadas vacinas toxoidais são toxinas quimicamente inativadas, conhecidas como toxoides.
Nos anos 70, os avanços nas técnicas laboratoriais inauguraram a era da engenharia genética. Uma década depois, a tecnologia do DNA recombinante – que permite que o DNA de duas ou mais fontes seja combinado – foi aproveitada para desenvolver a primeira vacina proteica recombinante, a vacina contra a hepatite B. O antígeno da vacina é uma proteína do vírus da hepatite B produzida por células de leveduras nas quais foi inserido o código genético da proteína viral.
Vacinas para prevenir a infecção pelo papilomavírus humano (HPV) também são baseadas em antígenos da proteína recombinante. No início dos anos 90, cientistas do Instituto Nacional do Câncer do NIH descobriram que as proteínas da casca externa do HPV podem formar partículas que se assemelham muito ao vírus. Estas partículas semelhantes ao vírus (VLPs) provocam uma resposta imunológica semelhante à provocada pelo vírus natural, mas os VLPs não são infecciosos porque não contêm o material genético que o vírus precisa para se replicar dentro das células. Os cientistas da NIAID projetaram uma vacina experimental VLP para prevenir o chikungunya que desencadeou respostas imunológicas robustas em um ensaio clínico em estágio inicial.
Os cientistas da NIAID e de outras instituições também estão desenvolvendo novas estratégias para apresentar antígenos de subunidades protéicas ao sistema imunológico. Como parte dos esforços para desenvolver uma vacina universal contra a gripe, os cientistas do NIAID conceberam uma vacina experimental com a proteína ferritina, que se pode auto-montar em peças microscópicas chamadas nanopartículas que exibem um antígeno protéico. Uma vacina experimental contra a gripe baseada em nanopartículas está sendo avaliada em um ensaio em fase inicial em humanos. A tecnologia baseada em nanopartículas também está sendo avaliada como uma plataforma para o desenvolvimento de vacinas contra o coronavírus MERS, vírus sincicial respiratório (RSV) e vírus Epstein Barr.
Outros avanços relativamente recentes nas técnicas laboratoriais, como a capacidade de resolver estruturas atômicas de proteínas, também contribuíram para os avanços no desenvolvimento de vacinas de subunidades. Por exemplo, ao resolver a estrutura tridimensional de uma proteína na superfície do RSV ligada a um anticorpo, os cientistas da NIAID identificaram uma área chave da proteína que é altamente sensível aos anticorpos neutralizantes. Eles foram então capazes de modificar a proteína RSV para estabilizar a forma estrutural na qual ela exibe o local sensível à neutralização.
Embora a maioria das vacinas de subunidades se concentrem em um determinado patógeno, os cientistas também estão desenvolvendo vacinas que poderiam oferecer ampla proteção contra várias doenças. Os investigadores da NIAID em 2017 lançaram um ensaio clínico em fase inicial de uma vacina para prevenir doenças transmitidas por mosquitos, como malária, Zika, chikungunya e dengue. A vacina experimental, concebida para desencadear uma resposta imunológica à saliva de mosquito em vez de um vírus ou parasita específico, contém quatro proteínas recombinantes das glândulas salivares de mosquito.
Vacinas de ácido nucleico
Outra abordagem investigacional da vacinação envolve a introdução de material genético codificando o antígeno ou antígenos contra os quais se procura uma resposta imunológica. As próprias células do organismo usam então este material genético para produzir os antígenos. As potenciais vantagens desta abordagem incluem a estimulação de amplas respostas imunológicas a longo prazo, excelente estabilidade vacinal e relativa facilidade de fabricação de vacinas em larga escala. Muitas dessas vacinas estão em fase de investigação, embora nenhuma esteja actualmente licenciada para uso humano.
As vacinas plasmídicas do ADN compreendem um pequeno pedaço circular de ADN chamado plasmídeo que transporta genes que codificam proteínas do patogéneo de interesse. O processo de fabricação das vacinas de DNA plasmídeo está bem estabelecido, permitindo que vacinas experimentais sejam rapidamente desenvolvidas para enfrentar doenças infecciosas emergentes ou reemergentes. O NIAID’s Vaccine Research Center desenvolveu vacinas candidatas de DNA para lidar com várias ameaças de doenças virais durante surtos, incluindo o vírus corona da SRA (SRA-CoV) em 2003, gripe aviária H5N1 em 2005, gripe pandémica H1N1 em 2009, e vírus Zika em 2016. O tempo desde a selecção dos genes virais a serem incluídos na vacina até ao início dos estudos clínicos em humanos foi reduzido de 20 meses com SRA-CoV para ligeiramente mais de três meses com o vírus Zika.
Vacinas baseadas no RNA mensageiro (mRNA), um intermediário entre o ADN e a proteína, também estão a ser desenvolvidas. Os recentes avanços tecnológicos superaram em grande parte os problemas com a instabilidade do mRNA e a dificuldade de sua entrega às células, e algumas vacinas contra o mRNA têm demonstrado resultados encorajadores nos primeiros tempos. Por exemplo, pesquisadores apoiados pelo NIAID desenvolveram uma vacina experimental de mRNA que protegeu ratos e macacos contra a infecção pelo vírus Zika após uma única dose.
Colar do que fornecer DNA ou mRNA diretamente às células, algumas vacinas usam um vírus ou bactéria inofensiva como vetor, ou portador, para introduzir material genético nas células. Várias dessas vacinas recombinantes vetoriais são aprovadas para proteger os animais de doenças infecciosas, incluindo a raiva e a têmpera. Muitas destas vacinas veterinárias são baseadas em uma tecnologia desenvolvida por pesquisadores da NIAID nos anos 80 que usa versões enfraquecidas de um poxvírus para fornecer o material genético do patógeno. Hoje, cientistas apoiados pelo NIAID estão desenvolvendo e avaliando vacinas vetoriais recombinantes para proteger humanos de vírus como HIV, vírus Zika e vírus Ebola.