I vaccini possono essere divisi in un certo numero di tipi diversi, ma alla fine lavorano sullo stesso principio. Si tratta di stimolare la risposta immunitaria a riconoscere un patogeno (un organismo che causa la malattia) o una parte di un patogeno. Una volta che il sistema immunitario è stato addestrato a riconoscerlo, se il corpo è successivamente esposto all’agente patogeno, questo sarà rimosso dal corpo. In particolare, il sistema immunitario riconosce gli “antigeni” estranei, parti dell’agente patogeno sulla superficie o all’interno dell’agente patogeno, che non si trovano normalmente nel corpo.
Vaccini con agenti patogeni interi
Il metodo più antico e conosciuto di vaccinazione è quello di utilizzare l’intero agente patogeno che causa la malattia in un vaccino per produrre una risposta immunitaria simile a quella vista durante l’infezione naturale. Usare l’agente patogeno nel suo stato naturale causerebbe una malattia attiva e potrebbe essere potenzialmente pericoloso per l’individuo che lo riceve e rischiare che la malattia si diffonda ad altri. Per evitare questo, i vaccini moderni usano agenti patogeni che sono stati alterati.
Vaccini vivi attenuati
I vaccini vivi attenuati contengono batteri o virus interi che sono stati “indeboliti” (attenuati) in modo da creare una risposta immunitaria protettiva ma non causare malattie nelle persone sane. Per la maggior parte dei vaccini moderni questo “indebolimento” è ottenuto attraverso la modifica genetica dell’agente patogeno o come un fenomeno naturale o come una modifica specificamente introdotta dagli scienziati.
I vaccini vivi tendono a creare una risposta immunitaria forte e duratura e comprendono alcuni dei nostri migliori vaccini. Tuttavia, i vaccini vivi possono non essere adatti a persone il cui sistema immunitario non funziona, sia a causa di un trattamento farmacologico o di una malattia sottostante. Questo perché i virus o i batteri indeboliti potrebbero in alcuni casi moltiplicarsi troppo e potrebbero causare malattie in queste persone.
Vaccini vivi attenuati utilizzati nel programma del Regno Unito:
- Vaccino Rotavirus
- Vaccino MMR
- Vaccino per l’influenza nasale
- Vaccino per l’herpes zoster
- Vaccino per il vaiolo (solo per gruppi speciali)
- VaccinoBCG contro la TBC (solo per gruppi speciali)
Vaccini da viaggio utilizzati nel Regno Unito:
- Vaccino contro la febbre gialla
- Vaccino orale contro il tifo (non il vaccino iniettato)
Vaccini inattivati
I vaccini inattivati contengono batteri o virus interi che sono stati uccisi o sono stati alterati, in modo che non possano replicarsi. Poiché i vaccini inattivati non contengono batteri o virus vivi, non possono causare le malattie contro cui proteggono, anche in persone con un sistema immunitario gravemente indebolito. Tuttavia, i vaccini inattivati non sempre creano una risposta immunitaria così forte o duratura come i vaccini vivi attenuati.
Vaccini ‘Whole killed’ utilizzati nel programma del Regno Unito:
- Vaccino antipolio inattivato o IPV (nel vaccino 6-in-1, richiamo prescolare, vaccino per la pertosse in gravidanza)
- Alcuni vaccini antinfluenzali inattivati che sono descritti come “split virion”
- Vaccino contro l’epatite A (solo per gruppi speciali)
Esempi di vaccini da viaggio “whole killed” usati nel Regno Unito:
- Vaccino contro la rabbia
- Vaccino contro l’encefalite giapponese
Vaccini di subunità
La maggior parte dei vaccini nel programma del Regno Unito sono vaccini di subunità che non contengono alcun batterio o virus intero. Invece, questi vaccini contengono tipicamente uno o più antigeni specifici (o “bandiere”) dalla superficie del patogeno. Il vantaggio dei vaccini a subunità rispetto ai vaccini patogeni interi è che la risposta immunitaria può concentrarsi sul riconoscimento di un piccolo numero di obiettivi antigenici (“bandiere”).
I vaccini a subunità non sempre creano una risposta immunitaria così forte o duratura come i vaccini vivi attenuati. Di solito richiedono dosi ripetute inizialmente e successive dosi di richiamo negli anni successivi. Ai vaccini a subunità vengono spesso aggiunti degli adiuvanti. Si tratta di sostanze che aiutano a rafforzare e prolungare la risposta immunitaria al vaccino. Di conseguenza, le reazioni locali comuni (come un braccio dolorante) possono essere più evidenti e frequenti con questi tipi di vaccini.
Vaccini con proteine ricombinanti
I vaccini ricombinanti sono fatti usando cellule batteriche o di lievito per produrre il vaccino. Un piccolo pezzo di DNA viene preso dal virus o dal batterio contro cui si vuole proteggere e inserito nelle cellule di fabbricazione. Per esempio, per fare il vaccino contro l’epatite B, una parte del DNA del virus dell’epatite B viene inserita nel DNA di cellule di lievito. Queste cellule di lievito sono poi in grado di produrre una delle proteine di superficie del virus dell’epatite B, e questa viene purificata e utilizzata come principio attivo del vaccino.
La maggior parte dei vaccini nel programma britannico sono vaccini subunitari che non contengono batteri o virus interi. (Questo tipo di vaccini contiene invece polisaccaridi (zuccheri) o proteine dalla superficie di batteri o virus. Questi polisaccaridi o proteine sono le parti che il nostro sistema immunitario riconosce come ‘estranee’, e vengono chiamate antigeni. Anche se il vaccino potrebbe contenere solo alcune delle migliaia di proteine di un batterio, esse sono sufficienti di per sé ad innescare una risposta immunitaria che può proteggere contro la malattia.
Vaccini ricombinanti usati nel programma del Regno Unito:
- Vaccino dell’epatite B (nel vaccino 6-in-1 e come vaccino separato per l’epatite B)
- Vaccino HPV
- Vaccino MenB. Questo contiene proteine dalla superficie dei batteri meningococcici. Tre delle proteine sono fatte usando la tecnologia ricombinante.
Vaccini tossici
Alcuni batteri rilasciano tossine (proteine velenose) quando attaccano il corpo, ed è dalle tossine piuttosto che dai batteri stessi che vogliamo essere protetti. Il sistema immunitario riconosce queste tossine nello stesso modo in cui riconosce altri antigeni sulla superficie dei batteri, ed è in grado di montare una risposta immunitaria contro di essi. Alcuni vaccini sono fatti con versioni inattivate di queste tossine. Sono chiamati ‘toxoidi’ perché assomigliano alle tossine ma non sono velenosi. Scatenano una forte risposta immunitaria.
Vaccini tossici utilizzati nel programma del Regno Unito:
- Vaccino antidifterico (nel vaccino 6-in-1, richiamo prescolare, richiamo adolescenziale e vaccino antipertosse in gravidanza)
- Vaccino anti-tetano (nel vaccino 6-in-1, richiamo pre-scolare, richiamo per adolescenti e vaccino contro la pertosse in gravidanza)
- Vaccino contro la pertosse (nel vaccino 6-in-1, richiamo pre-scolare e vaccino contro la pertosse in gravidanza). Questo contiene il tossoide della pertosse, insieme alle proteine della superficie del batterio della pertosse. È spesso chiamato un vaccino ‘acellulare’.
Vaccini coniugati
‘Coniugato’ significa ‘collegato’ o ‘unito’. Con alcuni batteri, per ottenere protezione da un vaccino è necessario allenare il sistema immunitario a rispondere ai polisaccaridi (zuccheri complessi sulla superficie dei batteri) piuttosto che alle proteine. Ma nei primi giorni dei vaccini polisaccaridici si è scoperto che non funzionavano bene nei neonati e nei bambini piccoli.
I ricercatori hanno scoperto che funzionavano molto meglio se il polisaccaride era attaccato (coniugato) a qualcos’altro che crea una forte risposta immunitaria. Nella maggior parte dei vaccini coniugati, il polisaccaride è attaccato alla proteina del tossoide difterico o tetanico (vedi ‘Vaccini tossoidi’ sopra). Il sistema immunitario riconosce queste proteine molto facilmente e questo aiuta a generare una risposta immunitaria più forte al polisaccaride.
Sulle schede informative del prodotto il tossoide difterico è spesso chiamato ‘proteina carrier CRM197’, perché è quasi uguale al tossoide difterico ma non del tutto.
Vaccini coniugati usati nel programma del Regno Unito:
- Vaccino Hib (nel vaccino 6-in-1 e nel vaccino Hib/MenC), che contiene un polisaccaride unito al tossoide tetanico
- Vaccino MenC (nel vaccino Hib/MenC), che contiene un polisaccaride unito al tossoide tetanico
- PCV (vaccino pneumococcico per bambini), che contiene polisaccaridi dalla superficie di 13 tipi di batteri che causano la malattia pneumococcica uniti al tossoide difterico (CRM197)
- MenACWY, che contiene polisaccaridi dalla superficie di quattro tipi di batteri che causano la malattia meningococcica uniti al tossoide difterico o tetanico
C’è anche un vaccino coniugato per la febbre tifoide, chiamato Typhoid Conjugate Vaccine (TCV). Questo vaccino ha dimostrato di essere efficace in uno studio condotto da Oxford Vaccine Group, ed è raccomandato dall’OMS per proteggere i bambini dalla febbre tifoidea in regioni endemiche come il Nepal e il Bangladesh.
Particelle simili ai virus
Le particelle simili ai virus (VLP) sono molecole molto simili ai virus, ma non sono infettive perché non contengono materiale genetico virale. Possono essere presenti in natura o sintetizzate attraverso l’espressione individuale di proteine strutturali virali, che possono poi auto-assemblarsi nella struttura simile al virus. In alcuni casi, gli antigeni in un vaccino VLP sono le stesse proteine strutturali virali. In alternativa, le VLP possono essere prodotte per presentare antigeni di un altro patogeno sulla superficie, o anche più patogeni contemporaneamente. Poiché ogni VLP ha più copie di un antigene sulla sua superficie, è più efficace nello stimolare una risposta immunitaria che una singola copia. In alcuni casi, le proteine strutturali della VLP possono agire come adiuvanti, contribuendo a rafforzare la risposta immunitaria all’antigene bersaglio primario.
Una manciata di vaccini basati su VLP sono attualmente utilizzati in tutto il mondo:
- Vaccino contro l’epatite B
- Vaccino contro l’HPV
VacciniOMV
Le vescicole di membrana esterna (OMV) sono prodotte naturalmente dai batteri e sono essenzialmente una macchia della membrana cellulare esterna batterica. Questa contiene molti degli antigeni che si trovano sulla membrana cellulare ma è una particella non infettiva. In laboratorio questi OMV possono essere raccolti dai batteri per essere usati come vaccini. Gli OMV possono anche essere modificati in modo da rimuovere gli antigeni tossici e mantenere gli antigeni adatti a stimolare una risposta immunitaria. Gli OMV agiscono anche naturalmente come adiuvanti. Questa è una tecnologia vaccinale più recente, quindi ci sono pochi esempi autorizzati:
- Vaccino MenB (vaccino meningococcico B)
Vaccini ad acido nucleico
I vaccini ad acido nucleico funzionano in modo diverso dagli altri vaccini, in quanto non forniscono l’antigene proteico al corpo. Invece forniscono le istruzioni genetiche dell’antigene alle cellule del corpo e a loro volta le cellule producono l’antigene, che stimola una risposta immunitaria. I vaccini a base di acido nucleico sono veloci e facili da sviluppare, e forniscono una promessa significativa per lo sviluppo di vaccini in futuro.
Vaccini a RNA
I vaccini a RNA usano mRNA (RNA messaggero) all’interno di una membrana lipidica (grassa). Questa copertura grassa protegge l’mRNA quando entra per la prima volta nel corpo, e lo aiuta anche a entrare nelle cellule fondendosi con la membrana cellulare. Una volta che l’mRNA è all’interno della cellula, il macchinario all’interno della cellula lo traduce nella proteina antigene. Questo mRNA dura tipicamente qualche giorno, ma in quel periodo viene prodotto un antigene sufficiente a stimolare una risposta immunitaria. Viene poi naturalmente scomposto e rimosso dal corpo. I vaccini a RNA non sono in grado di combinarsi con il codice genetico umano (DNA).
Al momento ci sono due vaccini a RNA autorizzati per l’uso di emergenza nel Regno Unito. I vaccini Pfizer BioNTech e Moderna COVID-19 sono entrambi vaccini a RNA.
Vaccini a DNA
Il DNA è più stabile dell’mRNA quindi non richiede la stessa protezione iniziale. I vaccini a DNA sono in genere somministrati insieme a una tecnica chiamata elettroporazione. Questa utilizza onde elettroniche a basso livello per permettere alle cellule del corpo di assorbire il vaccino a DNA. Il DNA deve essere tradotto in mRNA all’interno del nucleo della cellula prima di poter essere successivamente tradotto in antigeni proteici che stimolano una risposta immunitaria.
Al momento non ci sono vaccini a DNA autorizzati, ma ce ne sono molti in sviluppo.
Vaccini virali vettoriali
Come i vaccini a base di acidi nucleici, i vaccini virali vettoriali sono una tecnologia più recente, che utilizza virus innocui per fornire il codice genetico degli antigeni del vaccino alle cellule del corpo, in modo che possano produrre antigeni proteici per stimolare una risposta immunitaria. I vaccini vettoriali virali sono coltivati in linee cellulari e possono essere sviluppati rapidamente e facilmente su larga scala. I vaccini vettoriali virali sono significativamente più economici da produrre nella maggior parte dei casi rispetto ai vaccini ad acido nucleico e a molti vaccini a subunità.
Vettori virali replicanti
Replicanti mantengono la capacità di produrre nuove particelle virali insieme alla consegna dell’antigene del vaccino quando vengono usati come piattaforma di consegna del vaccino. Come per i vaccini patogeni interi vivi attenuati, questo ha il vantaggio intrinseco di essere un virus replicante che può fornire una fonte continua di antigene vaccinale per un lungo periodo di tempo rispetto ai vaccini non replicanti, e quindi è probabile che produca una risposta immunitaria più forte. Un singolo vaccino può essere sufficiente per dare protezione.
I vettori virali replicanti sono tipicamente selezionati in modo che i virus stessi siano innocui, o siano attenuati, quindi mentre infettano l’ospite, non possono causare malattie. Nonostante questo, poiché c’è ancora una replicazione virale in corso, c’è una maggiore possibilità di eventi avversi lievi (reazioni) con questi vaccini.
Un vaccino per prevenire Ebola chiamato Ervebo (rVSV-ZEBOV) utilizza un virus ricombinante della stomatite vescicolare. Questo vaccino è stato approvato in tutta Europa per l’uso nel 2019, ed è stato utilizzato in più focolai di Ebola per proteggere oltre 90.000 persone. Il vaccino è stato utilizzato principalmente nella “vaccinazione ad anello”, dove i contatti stretti di una persona infetta vengono vaccinati per impedire la diffusione del virus.
Non replicante
I vettori virali non replicanti non mantengono la capacità di fare nuove particelle virali durante il processo di consegna dell’antigene del vaccino alla cellula. Questo perché i geni virali chiave che permettono al virus di replicarsi sono stati rimossi in laboratorio. Questo ha il vantaggio che il vaccino non può causare malattie e gli eventi avversi associati alla replicazione del vettore virale sono ridotti. Tuttavia, l’antigene del vaccino può essere prodotto solo finché il vaccino iniziale rimane nelle cellule infettate (alcuni giorni). Questo significa che la risposta immunitaria è generalmente più debole che con i vettori virali replicanti e le dosi di richiamo sono probabilmente necessarie.
Un vaccino virale vettoriale sviluppato per prevenire l’Ebola è stato autorizzato per l’uso dall’Agenzia europea dei medicinali nel luglio 2020. Il vaccino Oxford-AstraZeneca COVID-19, che è stato approvato per uso di emergenza dalla MHRA nel dicembre 2020, utilizza anche un vettore virale non replicante chiamato ChAdOx1.
Questo diagramma mostra come funziona il vaccino Oxford-AstraZeneca COVID-19: