Come nasce un vaccino?

Se confrontassimo le cause di morte nel mondo occidentale del giorno di oggi con quelle di un secolo fa, realizzeremmo che nel corso degli ultimi 150 anni siamo riusciti a ridimensionare enormemente la mortalità delle infezioni; questo sicuramente è grazie agli antibiotici, ma soprattutto ai vaccini, che sono diventati lo strumento di medicina preventiva più efficace a nostra disposizione, soprattutto se siamo nel mezzo di un’epidemia globale.
Vediamo insieme come si fa a sviluppare un vaccino.

Cos’è un vaccino?

Un vaccino è una preparazione farmaceutica che ha lo scopo di sollecitare la comparsa dell’immunità di un organismo nei confronti di un patogeno.

Il sistema immunitario quando incontra un patogeno risponde con l’attuazione del fenomeno dell’infiammazione per poi procedere, se ci riesce, con l’individuazione di molecole tipiche del patogeno in questione chiamate antigeni: le cellule del sistema immune, una volta individuati gli antigeni, iniziano a produrre proteine chiamate anticorpi che si attaccano in modalità univoca agli antigeni, rendendo il patogeno incapace di aderire alle cellule e di conseguenza di portare avanti il meccanismo infettivo.

La capacità delle difese immunitarie di produrre una certa classe di anticorpi viene mantenuta anche in seguito al termine dell’infezione, rendendo l’organismo immune a un nuovo incontro del patogeno: questo fenomeno prende il nome di memoria immunologica.

Il funzionamento di una vaccinazione si basa proprio sulla memoria immunologica: il vaccino grazie alla presentazione di antigeni nei confronti del sistema immune riesce a istruirlo nella produzione di anticorpi diretti contro di esso, e quindi permettergli di fronteggiarlo durante una futura infezione.

L’efficacia di un piano vaccinale risulta nella possibilità di introdurre nell’organismo patogeni privati della loro nocività, oppure parti antigeniche di essi, di modo che si possa presentare al sistema immune il profilo molecolare su cui costruire gli anticorpi, senza però indurre la genesi dell’infezione.

Le fasi che portano allo sviluppo di un vaccino sono attese in maniera scrupolosa dagli enti che se ne occupano; possiamo dividere lo studio di un vaccino in due fasi sequenziali:

• Fase pre-clinica
• Fase clinica

Fase pre-clinica

La fase pre-clinica è caratterizzata da esperimenti condotti sia su sistemi in vitro che in vivo, ma comunque mai su pazienti umani.

In un primo momento viene scelta la preparazione vaccinale su cui dirigere lo studio, ossia il tipo di tecnologia vaccinale da usare per formulare l’ipotetico vaccino; ad oggi le tecniche più usate per l’implementazione di agenti vaccinanti sono le seguenti:

• Vaccini contenenti patogeni attenuati: formulati con patogeni resi debolmente infettivi da passaggi alla fiamma o irradiazioni UV (oggi usati molto poco)
• Vaccini contenenti patogeni inattivati: il patogeno è ucciso, non può causare la malattia ma solo esporre i suoi antigeni alle difese immunitarie
• Vaccini contenenti solo parti di patogeni: l’agente infettante non è proprio presente, al suo posto ci sono le molecole antigeniche che non possono causare infezioni ma solo la stimolazione anticorpale

Una volta individuata il tipo di formulazione da usare, il vaccino viene sperimentato in vitro su colture cellulari, o in vivo su roditori e primati laddove si valutano gli eventuali effetti tossici della somministrazione, andando a vedere le possibili conseguenze della somministrazione su organi e apparati;
Inoltre gli scienziati possono misurare la potenza immunostimolatrice del vaccino ossia se è sufficientemente in grado di evocare le difese di un sistema biologico, o dall’altro lato determinare l’insorgenza di reazioni infiammatorie troppo forti.
In generale possiamo dire che i due parametri che sono presi in esame nello studio su animali da laboratorio sono

• L’immunogenicità: l’efficacia del vaccino nel generare una risposta immunitaria e una memoria immunologica
• La tolleranza: l’indice di comparsa di eventuali effetti collaterali oltre che il cambiamento di parametri biochimici di urina e sangue

Ultimamente con il forte sviluppo della bioinformatica, questa prima fase pre clinica si appoggia sempre di più sull’uso di software che permettono di prevedere quali parti del microrganismo possono interagire di più col nostro corpo: l’approccio di tipo informatico alla sperimentazione biomedica si chiama “in silico”.

Fase clinica

Se i dati della fase pre clinica hanno indicato una buona efficacia con una bassa incidenza di effetti collaterali tossici, si passa alla fase successiva, quella clinica, che si basa sulla sperimentazione su umani.
I gruppi di sperimentazione sull’uomo sono chiamate coorti: ogni coorte, soprattutto negli ultimi step della fase clinica deve essere campionata con un criterio random, di modo che siano il più rappresentativi possibili della popolazione target, oltre che confrontata con la somministrazione di placebo.

Gli studi clinici si dividono in 4 passaggi, caratterizzati dal coinvolgimento di gruppi di persone via via crescenti, composti da volontari: parlano i dati, se il vaccino viene bocciato da una fase è impossibile passare alla successiva, con l’obbligo di abbandonare quella linea di sperimentazione.

Le sperimentazioni cliniche sono l’anello di congiunzione tra la ricerca scientifica del vaccino e l’attuazione stessa del piano vaccinale nella popolazione, infatti il loro scopo è convalidare la sicurezza e l’efficacia osservate negli studi pre clinici.

• Prima fase: sperimentazione su piccoli gruppi nell’ordine delle decine di persone, tutti volontari sani, laddove si valuta se la sicurezza osservata nei sistemi animali possa ripetersi anche nell’uomo, quindi si misurano i tassi di incidenza degli effetti tossici.
• Seconda fase: sperimentazione su gruppi di centinaia o migliaia di persone, su cui si continua a valutare i probabili effetti tossici della preparazione oltre che a studiare il potere immunitario del vaccino; in questo step i volontari vengono seguiti per periodi lunghi di tempo monitorando i loro livelli di linfociti B e T nel sangue, permettendo di ipotizzare quelli che possono essere i dettagli della risposta immunitaria, e farsi un’idea sulle eventuali dosi da iniettare e a distanza di quanto tempo. Oltre a questo, vengono studiate possibili interazioni tra gli antigeni ed altri vaccini che potrebbero ritrovarsi in co-somministrazione.
• Terza fase: sperimentazione su gruppi di decine o centinaia di migliaia di persone; durante il terzo passaggio si valuta se il vaccino protegge effettivamente dalla malattia nelle settimane e mesi successivi alla somministrazione, senza dare effetti collaterali apprezzabili; inoltre vengono calcolate le percentuali di efficacia ripartite per fasce d’età. In questa fase è necessario che il campione di volontari sia il più rappresentativo possibile della popolazione su cui dovrà insistere il piano vaccinale, per questo i volontari vengono scelti con un sistema randomizzato.
• Quarta fase: La quarta fase coincide con il piano vaccinale e viene chiamata anche fase di vaccinovigilanza: nella popolazione aperta vengono valutati gli effetti collaterali non comuni, ossia i più rari e allo stesso tempo osservata l’efficacia immunogenica; i dati provenienti da queste osservazioni vengono aggregati e confrontati con parametri popolazionistici in modo da portare avanti un monitoraggio continuo dei rapporti tra cittadini e vaccino.