Herhaalde BCG vaccinatie via alternatieve toedieningsroute voor een betere bescherming tegen tuberculose

Tuberculose (TB) wordt veroorzaakt door de bacterie Mycobacterium tuberculosis en heeft de kwalijke reputatie dat zij moeilijk met antibiotica is te bestrijden. Ofschoon op dit moment ingehaald door COVID, eist TB al jaren de meeste slachtoffers van alle infectieziektes ter wereld: circa 4000 doden per dag! Reeds sinds 1921 is de stam Mycobacterium bovis Bacille Calmette-Guérin - kortweg: BCG - beschikbaar voor preventieve vaccinatie. En ofschoon BCG vele kinderlevens redt, is ernstige long-tuberculose en haar verdere verspreiding door (jong-)volwassenen in grote delen van de wereld nog steeds een probleem voor de volksgezondheid. Door gebrek aan inzicht hoe effectieve afweer (immuniteit) bij TB precies werkt, is de ontwikkeling van een betere vaccinatiestrategie geen eenvoudige opgave.

Vele onderzoekers wereldwijd spannen zich in om tuberculose en effectieve afweer tegen infectie en ziekte beter te begrijpen. Het gebruik van proefdieren is hierbij vooralsnog onvermijdelijk, omdat alternatieven die dergelijke hoog-complexe interacties nabootsen nog niet beschikbaar zijn en omdat er beperkingen zijn aan wat aan onderzoek in mensen mogelijk is. BPRC zet zijn expertise en capaciteit in voor een beter begrip van TB en immuniteit in het algemeen, en de ontwikkeling van verbeterde TB-therapieën (m.n. vaccins) in het bijzonder.

Niet-humane primaten (NHP) en in dit geval makaken (Macaca species) zijn bij uitstek geschikt voor tuberculose-onderzoek. Ze zijn van nature gevoelig voor infectie, de ontwikkeling van ziekte lijkt sterk op die bij de mens, en hun afweersysteem vertoont grote overeenkomsten met dat van de mens. Op grond daarvan wordt aan experimenteel onderzoek in NHP een grote voorspellende waarde voor klinische uitkomst toegekend.

• Wetenschap

  De tuberculose-bacterie kan zich in vele weefsels in het lichaam nestelen en schade aanrichten. De meest voorkomende en veelal ernstigste manifestatie van TB is een chronische longontsteking in (jong)volwassenen, die er vervolgens toe leidt dat TB via de lucht wordt verspreid. Het levende, verzwakte tuberculose-vaccin, BCG, wordt volgens protocol en om goede en praktische redenen in de huid ingespoten. Mede op basis van ons onderzoek in Rijswijk, echter, is vastgesteld dat BCG beter werkt als het via een andere route, bijvoorbeeld direct in de luchtwegen wordt toegediend. Zo'n alternatieve toediening van BCG is weliswaar niet één-twee-drie te vertalen naar de kliniek, maar in een experimentele omgeving stelt het ons wel in de gelegenheid om te onderzoeken hoe die versterkte afweer tot stand komt. Met die kennis hopen we uiteindelijk een betere en veilige TB vaccinatiestrategie te kunnen formuleren waarmee in de toekomst veel menselijk lijden en dodelijke slachtoffers voorkomen kunnen worden.

  De algemene opvatting is dat een tweede vaccinatie met BCG via de huid - in elk geval op korte termijn - niets aan afweer of bescherming tegen TB toevoegt. Ons eerdere onderzoek, echter, liet zien dat BCG via de luchtwegen beter beschermt en gepaard gaat met een uniek patroon van afweersignalen die grotendeels lokaal, in de longen, zijn waar te nemen. Aldus rijst de vraag of het voordeel van mucosale luchtweg-vaccinatie met BCG ook optreedt na na eerdere huid-vaccinatie.

  Om deze vraag te kunnen beantwoorden zijn wij in 2019 een experiment gestart waarin BCG-injectie via de huid al dan niet wordt gevolgd door een extra dosis BCG via de luchtwegen korte tijd later. Uit deze studie hebben we nu vastgesteld dat het specifieke reactieprofiel na luchtweg-vaccinatie niet (meetbaar) wordt beïnvloed door eerdere immunisatie via de huid.

  Als proef op de som zijn vervolgens alle gevaccineerde dieren plus niet gevaccineerde contrôles aan herhaalde experimentele infectie blootgesteld. Hieruit bleek dat de dieren die een tweede BCG-vaccinatie via de luchtweg hadden ontvangen, minder ziekte vertoonden dan de groep die slechts eenmaal via de huid was gevaccineerd. Dit biedt dus het perspectief en de hoop dat ook in de kliniek het verschil tegen TB gemaakt kan worden, als we vaccinatie na geboorte via de huid op latere leeftijd zouden kunnen versterken door revaccinatie via een alternatieve toedieningsroute.

  Bovendien wijzen deze resultaten ons op het belang van de lokale afweer zoals we die na luchtweg-vaccinatie in de longen kunnen meten. We zullen deze lokale afweer in volgende experimenten nog dieper willen onderzoeken. De te vergaren kennis kan ons helpen bij het ontwikkelen van betere TB-vaccins.

  Door nadere analyse van de tuberculose-bacteriën die na afloop van het experiment uit de weefsels werden geïsoleerd, konden we - in samenwerking met collega's van Harvard Medical School in de VS - de toegevoegde waarde van dit nieuwe, herhaalde experimentele infectie-model vaststellen. Waar we eerst meenden dat luchtweg-vaccinatie bescherming gaf tegen infectie omdat positiviteit in diagnostische tests uitbleef, bleken alle dieren, op één na, toch geïnfecteerd te zijn geraakt. De infectie had zich dus latent, onopgemerkt, gemanifesteerd. Ons vernieuwende TB-vaccinatieschema blijkt dus in resusapen bescherming tegen ziekte - niet infectie als zodanig - te geven. Daarmee werpt dit werk ook een interessant licht op recente pogingen om preventie tegen tuberculose infectie in klinische vaccinstudies te meten.

   

• Projectvergunning(en)
  AVD5020020172645

   

• Dierproeven

  Met de nodige controlegroepen telt deze  studie in totaal 32 volwassen resusapen.

  De genoemde handelingen in deze studie betroffen vaccinatie en bemonstering van bloed en luchtwegen, allemaal onder verdoving. In totaal 16 van 32 dieren zijn éénmaal gevaccineerd, 8 van 32 tweemaal. Het geregistreerde humane TB-vaccin, BCG, is ofwel in de huid geïnjecteerd (de standaard toedieningsroute bij de mens) of via de bronchus in de luchtwegen geïnstilleerd. Bemonstering van bloed is maximaal 24x uitgevoerd door middel van venepunctie; van luchtwegen maximaal 9x door middel van longspoeling. Bij longspoeling is het strottenklepje lokaal verdoofd met een spray. Alle dieren zijn 8x blootgesteld aan experimentele infectie d.m.v. endobronchiale blootstelling aan een berekend gemiddelde van slechts 1 enkele tuberculose-bacterie per blootstelling. Semi-invasieve TB diagnostiek m.b.v. PET-CT is in de niet-gevaccineerde contrôle groep tot 8x onder narcose uitgevoerd.

  Voor deze studie was een ongeriefsscore matig voorzien op basis van handelingen en het optreden van ziekte ten gevolge van experimentele infectie. Na afloop kon worden vastgesteld dat deze inschatting van ongerief voor geen enkel dier is overschreden.

   

  Lees meer over:
  - De apen
  - Aantal dierproeven in 2020
  - Mate van ongerief

   

   

• In Vitro werkzaamheden

  Het effect van vaccinatie en de beschermende immuniteit tijdens de infectieuze blootstellingsfase worden gemeten aan de hand immunologische en/of diagnostische tests die ex vivo of in vitro worden uitgevoerd op monsters van bloed en longspoelingen die onder verdoving zijn verkregen. We zetten diverse technieken in om een zo breed mogelijk beeld te krijgen van de diverse componenten van het afweersysteem, zowel in de bloedbaan als lokaal in de luchtwegen. Zo hopen we een bijdrage te leveren aan het ontrafelen van de werking van vaccin-geïnduceerde immuniteit tegen TB.

  Waar de mogelijkheid zich voordoet maar expertise op het BPRC ontbreekt, werken we samen met externe partners om optimaal gebruik te maken van het materiaal en de gelegenheid om van deze dierproef te leren. Overigens worden zo veel mogelijk weefselmonsters bewaard en relevante restanten van in vitro tests opgeslagen voor mogelijk retrospectief onderzoek. Deze staan ter beschikking van de wetenschappelijke gemeenschap.