Jak na imunitu – vakcinační strategie u prasat Dr. Rebecca Langhoff

Složky imunitního systému Vakcíny Adjuvans Vakcinační strategie Účinnost vakcín Příklady úspěšných vakcín Jak na imunitu…

Cario, 2005 Složky imunitního systému Imunitní systém VrozenýZískaný Humorální složky Buňky DoplňkovýProtilátky Dendritické buňky Makrofágy Granulocyty Buňky přirozeně usmrcující T lymfocyty B lymfocyty Opsonizující antigeny, prozánětlivé, chemotaktické, útok na membránu Prezentace antigenu Prezentace antigenu, fagocytóza Neutrofily: fagocytóza, Eosinofily: usmrcují parazity obalené protilátkou Cytolýza (podpořená cytokiny) Opsonizující antigeny, neutralizující antigeny, doplňková aktivace Produkce protilátek Pomocné T buňky: Aktivace B buněk, Podpora makrofágů, CTL chemotaktické Cytotoxické T buňky: cytolýza

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Granulocyty / Makrofágy / Monocyty / NK buňky APC  Dendritické buňky, Makrofágy Složky imunitního systému

Janeway, Immunobiology, 2005 Buňky prezentující antigen Složky imunitního systému

Janeway, Immunobiology, 2005 Dendritické buňky jsou nezbytné pro aktivaci pomocných T lymfocytů Složky imunitního systému Buňky prezentující antigen

Cario, 2005 Receptory vrozeného imunitního systému Zymosan PAMP  molekulární znaky patogenů PRR  receptory rozeznávající patogenitu Složky imunitního systému

Tizard, Veterinary Immunology, 2004 Endosomální cesta prezentace antigenu Prezentace antigenu po fagocytóze prostřednictvím MHC II Složky imunitního systému Buňka prezentující antigen

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Granulocyty / Makrofágy / Monocyty / NK buňky APC  Dendritické buňky, Makrofágy Složky imunitního systému

Janeway, Immunobiology, 2005 Dendritické buňky jsou nezbytné pro aktivaci pomocných T lymfocytů Složky imunitního systému Buňky prezentující antigen

Tizard, Veterinary Immunology, 2004 Složky imunitního systému Buňky prezentující antigen Dendritické buňky jsou nezbytné pro aktivaci pomocných T lymfocytů

Receptory získaného imunitního systému Tizard, Veterinary Immunology, 2005 T lymfocyt Antigenně specifické receptory Vznikají genomickou rekombinací (náhodné spojování segmentů genů)  Velká různorodost ve specificitě TCR Složky imunitního systému

Janeway, Immunobiology, 2005

Saalmüller CytokinHlavní producentPůsobí naÚčinek IL-1MakrofágyLymfocyty / játra Zesiluje odpovědi / vyvolává sekreci proteinů akutní fáze IL-6Makrofágy / DCLymfocyty / játra Zesiluje odpovědi / vyvolává sekreci proteinů akutní fáze IL-8Makrofágy / DCFagocyty Chemoatraktant pro neutrofily IL-12Makrofágy / DCNaivní T lymfocyty Přesměrovává imunitní odpověď na T H 1, proinflamatorní, sekrece cytokinu TNF-αMakrofágy / DCVaskulární endotel Vyvolává změny ve vaskulárním endotelu (např. změny v mezibuněčných spojích), horečku Složky imunitního systému Buňky prezentující antigen

Nature Reviews Složky imunitního systému

Získaná imunitní odpověď Buněčná imunitní odpověď Naivní T lymfocyty T H 2T H 1 Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém AP C Janeway, Immunobiology, 2005 Složky imunitního systému Efektory

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Granulocyty / Makrofágy / Monocyty / NK buňky APC  Dendritické buňky, Makrofágy Složky imunitního systému

Janeway, Immunobiology, 2005 Buňky prezentující antigen Složky imunitního systému

Tizard, Veterinary Immunology, 2004 Endosomální cesta prezentace antigenu Prezentace antigenu po fagocytóze prostřednictvím MHC II Složky imunitního systému Buňka prezentující antigen

Receptory získaného imunitního systému Tizard, Veterinary Immunology, 2005 B lymfocyt Složky imunitního systému Antigenně specifické receptory Vznikají genomickou rekombinací (náhodné spojování segmentů genů)  Velká různorodost ve specificitě TCR

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověď Buněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2 Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Buňky plazmy Janeway, Immunobiology, 2005 Složky imunitního systému

Tizard, Veterinary Immunology, 2004 Endosomální cesta prezentace antigenu  Antigen prezentují: Dendritická buňka do naivních T lymfocytů  aktivace B buňka do aktivovaného T lymfocytu  aktivace + podpora B lymfocytu Makrofágy do aktivovaného T lymfocytu  podpora Makrofágy Prezentace antigenu do T lymfocytu po fagocytóze TH1TH1 TH2TH2 Složky imunitního systému Antigen prezentující – MHC II T…

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Granulocyty / Makrofágy / Monocyty / NK buňky APC  Dendritické buňky, Makrofágy Složky imunitního systému

Tizard, Veterinary Immunology, 2004 Prezentace antigenu po infekci (endogenní syntéza) prostřednictvím MHC I Složky imunitního systému cytoplazmatická cesta prezentace antigenu

spot.pcc.edu Složky imunitního systému

Získaná imunitní odpověď Buněčná imunitní odpověď Naivní T lymfocyty CTL Antigenně specifické paměťové buňky Janeway, Immunobiology, 2005 Složky imunitního systému Efektory

cytoplazmatická cesta prezentace antigenu virová infekce živé vakcíny Tizard, Veterinary Immunology, 2004 Prezentace antigenu do T lymfocytu po infekci (endogenní syntéza) nebo křížová prezentace je prováděna v prvé řadě podsoubory DCs  Antigen je prezentován: Jakoukoli buňkou do naivního T lymfocytu  Aktivace CTL Jakoukoli buňkou do aktivovaného T lymfocytu  Cytolýza buňky CTL Složky imunitního systému Prezentace antigenu – MHC I

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Granulocyty / Makrofágy / Monocyty / NK buňky APC  Dendritické buňky, Makrofágy Složky imunitního systému

Účinná imunitní odpověď závisí na interakci mezi vrozeným a adaptivním imunitním systémem Komunikaci podporují mezibuněčné kontakty a proměnlivé cytokiny Dendritické buňky (DC) jsou nezbytné pro aktivaci pomocných naivních T lymfocytů Buňky vrozeného imunitního systému rozpoznají antigeny prostřednictvím vysoce konzervovaných PRR Buňky získaného imunitního systému jsou vázány na konkrétní receptory B a T lymfocytů Pomocné T lymfocyty podporují a regulují imunitní odpověď B lymfocytů a buněk vrozeného systému  toto přísné rozdělení nemusí platit pro prasata T H 1 lymfocyty podporují zejména buněčnou imunitní odpověď T H 2 lymfocyty reagují zejména se složkami humorální imunitní odpovědi CTL hrají důležitou roli v zabíjení infikovaných buněk Složky imunitního systému Shrnutí :

Modifikované živé vakcíny Inaktivované vakcíny –Celobuněčné –Subjednotkové –Toxoidové vakcíny (bakteriální toxiny) –… Vakcíny Key PCV2 protein (ORF2) produced in non-pathogenic Baculovirus expression system Proprietary Purification Process ORF2 separated from non-specific proteins PCA TM Purified Circo Antigen Structurally identical to live virus Highly immunogenic

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém AP C Zjednodušené schéma ! Makrofágy / Monocyty / CTL Vakcinace Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy Imunitní odpověď po vakcinaci

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma ! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Vakcinace

Imunitní odpověď po vakcinaci Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém AP C Zjednodušené schéma ! Makrofágy / Monocyty / CTL Vakcinace Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy

Imunitní odpověď po vakcinaci Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém AP C Zjednodušené schéma ! Makrofágy / Monocyty / CTL Vakcinace Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy

Imunitní odpověď po vakcinaci Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Makrofágy / Monocyty / CTL Vakcinace AP C Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy Získaná imunitní odpověď Zjednodušené schéma ! Vrozený imunitní systém

Imunitní odpověď po vakcinaci Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém Zjednodušené schéma ! Makrofágy / Monocyty / CTL Vakcinace AP C Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy

Imunitní odpověď po vakcinaci Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém Zjednodušené schéma ! Makrofágy / Monocyty / CTL AP C Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy Modifikovaná živá vakcína

Imunitní odpověď po vakcinaci Modifikované živé vakcíny Napodobují infekci v terénních podmínkách Silnější a dlouhodobější imunitní odpověď (?) Replikace patogenu Může být nebezpečná pro březí prasnice a prasata se sníženou imunitou Vylučování virů Reaktivace (?)

Imunitní odpověď po vakcinaci Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém Zjednodušené schéma ! Makrofágy / Monocyty / CTL AP C Antigenně specifické paměťové buňky Antigenně specifické protilátky Buňky plazmy Inaktivovaná vakcína

Imunitní odpověď po vakcinaci Inaktivované vakcíny Antigeny inaktivované vakcíny potřebují být vstřebány APC Po endosomální cestě následuje jejich vyjádření na MHC II Pomocné T lymfocyty jsou aktivovány Velmi nízká prezentace na MHC I  nedostatečná aktivace CTL Nedochází k replikaci a vylučování patogenu  Účinnost vakcíny je posílena a modifikována pomocí adjuvans

Adjuvans Adjuvans jsou chemické nebo mikrobiální látky nebo proteiny savců Podporují imunitní odpověď Prodlužují přítomnost antigenu Upravují imunitní odpověď Mohou hrát důležitou úlohu v účinnosti vakcíny  Stimulace vhodných aspektů imunity Mechanismy a funkce nejsou vždy v celém rozsahu známy

Adjuvans Příklady zesílení imunitní odpovědi: Adjuvans spouští prezentaci antigenu a tím podporují jeho rozpoznání adaptivním imunitním systémem  Zvýšení počtu a podpora maturace APC (DC) “Křížová prezentace“ znamená přechod z prezentace MHC II na prezentaci MHC I přemístěním antigenů z endosomální do cytoplazmatické cesty (DC subset, Lipozomy) Imunitní komplexy ISCOM zvyšují účinnost prezentace antigenu

Adjuvans Příklady zesílení imunitní odpovědi : IL-12 zjevně přemisťuje imunitní odpověď směrem k odpovědi T h 1 Stimulující molekuly (CD 80/86, CD 154) jsou nezbytné pro aktivaci (2. signál) mezibuněčné komunikace Polymerní adjuvans jsou schopny pojmout antigeny a během jejich degradace je možné řídit a prodlužovat uvolňování antigenu

Adjuvans Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky Zjednodušené schéma ! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Antigenně specifické paměťové buňky AP C Různé adjuvans např. PAMP Aktivace / maturace Křížová prezentace IL- 12 CD154 CD80 / CD86 ISCOMs

Adjuvans Nežádoucí účinky a potenciální rizika: Jakmile imunitní odpovědi zničí patogeny, způsobí poškození tkáně a systemické účinky, které mohou vyústit v určité klinické příznaky  Stejně tak některé látky, které mají zesílit imunitní odpověď – ADJUVANS – mohou způsobit nebo zvýšit výskyt vedlejších účinků vakcín Systemické reakce Horečka Anorexie Letargie Místní reakce jako např. granulomy / abscesy

Adjuvans Nežádoucí účinky a potenciální rizika:  Vyvolání nesprávného druhu imunitní odpovědi může po expozici patogenu vést k zesíleném klinickému onemocnění Např. VAERD = vakcína spojovaná s respiratorními onemocněními Popsáno u čelendžových testů u prasat Prasata byla vakcinována inaktivovanou vakcínou (H1 Haemagglutinin odvozený z humánního viru sezónní chřipky) čelendžována pandemickým H1N1 (2009) Možná příčina Křížová reakce ale vakcinací byl vyvolán vznik ne-neutralizujících protilátek Patogenní imunitní komplexy (?) Dopad na chov prasat zatím není znám

Adjuvans Nežádoucí účinky a potenciální rizika: Kombinace adjuvans může přispívat k dosažení žádoucích účinků ALE může také vést ke snížení imunitní odpovědi z důvodu toxických účinků nebo z důvodu vzájemného působení jejich mechanismů účinku

Hlavním cílem vakcinace je vyvolání vzniku antigenně specifických paměťových buněk Produkce protilátek je pouze jednou ze součástí imunitní odpovědi Měření přítomnosti protilátek nám nemusí nutně podat potřebnou informaci o ochraně Různé typy vakcín s sebou nesou různé výhody a nevýhody Adjuvans mohou zesílit a modulovat imunitní odpověď Vackcíny a adjuvans Shrnutí :

Vakcinační strategie Kdo potřebuje vakcinaci? Vakcinace prasat  Ochrana prasete Vakcinace prasnic  Ochrana prasnice Vakcinace prasnic  Ochrana selete aktivní pasivní

Vakcinační strategie Vakcinace stáda: Ochrana celého stáda (populace) spíše než ochrana jednotlivých kusů Kontrola nad klinickými epidemiemi Minimalizace výskytu jednotlivých případů Snížení množství cirkulujícího patogenu  Důležitý nástroj pro eradikaci Často nastává nutnost kombinovat s dalšími opatřeními

Vakcinační strategie Závisí na: Typu patogenu Typu vakcíny Kdo potřebuje ochranu před čím? Pasivní  V době kolem oprasení je zapotřebí docílit vysokého množství protilátek v kolostru  V dostatečném předstihu, aby byl dostatek času na rozvinutí protilátek Aktivní  V dostatečném předstihu před nechráněnou expozicí patogenu  Dostatečně pozdě, aby:  nedošlo k interferenci s mateřskými protilátkami  byl dostatečně vyvinutý imunitní systém Doba pro vakcinaci:

Vakcinační strategie Vakcinace musí být bezpečná pro vakcinované zvíře i jeho potomky Musí být vhodná pro produkční systém Doba pro vakcinaci : Kdo potřebuje ochranu před čím?

Vakcinační strategie Závisí na formulaci vakcíny (adjuvans) Snižování počtu injekcí pomocí strategie jednorázových vakcín a kombinací vakcín  je méně náročné na práci  přispívá k welfare zvířat (stres, nežádoucí vedlejší účinky)  šetří peníze (na práci, na materiál) Při podávání jednorázových vakcín je pro dosažení správného účinku vakcíny nezbytné, aby byli producenti prasat nebo jejich zaměstnanci vybaveni potřebnou zručností pro správnou vakcinaci Počet injekcí:

Účinnost vakcín Co je pro farmáře důležité? Snížení výskytu klinických onemocnění a jejich prevence  V závislosti na typu onemocnění: Snížení úmrtnosti Snížení počtu léčebných zásahů Redukce zmetání Homogenita prasat dodávaných na trh Zlepšená reprodukce Zvýšená kvalita jatečného těla …

Účinnost vakcín Klinický a patologický monitoring Vedení záznamů o parametrech produkce a reprodukce  V případě, že nastanou zdravotní problémy: Se kterým patogenem jsou klinické příznaky spojovány? Diagnóza prostřednictvím specifických testů Patologické léze Přímá a případně i nepřímá detekce patogenu Jak zjišťovat:

Účinnost vakcín  V případě, že nastanou zdravotní problémy : Je naprosto nezbytné vzít do úvahy charakteristiku patogenu a dopad vakcinace např. vakcinace proti Mycoplasma hyopneumoniae Patogen není vakcinací eradikován  lze jej detekovat u vakcinovaných prasat ALE klinické a patologické příznaky jsou do velké míry zredukovány např. vakcinace proti PCV2 Virová zátěž je vyšší u nevakcinovaných zvířat, která trpí PCVD Virová zátěž nemá u vakcinovaných kusů žádný vliv na ADG Jak zjišťovat :

Účinnost vakcín Selhání vakcíny Správné podáníNesprávné podání Tizard, Veterinary Immunology, 2005 Mateu, ESPHM, 2011 Odpověď zvířeteZvíře nemá odpověď 1.Vakcína byla podána příliš pozdě, zvíře již bylo infikováno 2.Byl použitý nesprávný kmen bakterií 3.Byl použit antigen, který neposkytuje ochranu 1.Nesprávná cesta podání vakcíny 2.Nevhodný plán vakcinace 3.Nedostatečná dávka vakcíny 1.Nesprávné skladování vakcín, nevhodná manipulace a chyby při přípravě vakcín 2.Vakcína byla podána pasivně chráněnému zvířeti 3.Zvíře s imunosupresí 4.Biologická odchylka

Vakcinační strategie se do velké míry odvíjí od těchto bodů: Kdo potřebuje ochranu Kdy potřebují prasata ochranu Jaká vakcína se použije Účinnost vakcíny by se měla měřit schopností zabránit klinickým a patologickým příznakům souvisejícím s onemocněním, před kterým měla tato vakcína chránit V případě podezření na nedostatečnou účinnost vakcíny je třeba zvážit několik faktorů Vakcinační strategie a účinnost Shrnutí :

Normal baseline for finishers (35 – 100 kg) Mild EPModerate EP Severe EP Very severe EP Lung lesion score* < Mortality (%) ADG (g)750 g FC Costs of EP/ pig (US $) Příklady úspěšných vakcín Vakcinace proti Mycoplasma hyopneumoniae :

Příklady úspěšných vakcín Vakcinace proti Mycoplasma hyopneumoniae : Zlepšení ADG Zlepšení konverze krmiva Snížení výskytu klinických příznaků Snížení výskytu plicních lézí Snížení nákladů na léčbu Někdy dochází ke snížení úmrtnosti  K výraznému zvýšení dochází pouze v závažných případech

Efficacy of Ingelvac MycoFLEX® GroupVaccine Vaccination Regimen Challenge (pig age) 1NVCNA9 wks 2 RESPISURE ® ONE (1 dose) 2 ml IM at 3 wks age 9 wks 3 Ingelvac MycoFLEX ® (1 dose) 1 ml IM at 3 wks age 9 wks 4 RESPISURE ® (2 dose) 2 ml IM at 7 days & 3 wks age 9 wks 5NVNCNA Study design

non-vaccinatedchallenged Respisure One (1 dose) MycoFLEX (1 dose) Respisure 2 dose non-vaccinatednon-challenged 11.3%5.6%3.5%2.9%0.4% Median Lung Lesions Příklady úspěšných vakcín Vakcinace proti Mycoplasma hyopneumoniae :

Příklady úspěšných vakcín Vakcinace proti PCV2:

Příklady úspěšných vakcín Vakcinace proti PCV2: Zlepšení ADG Snížení výskytu klinických příznaků (počet případů zmetání a brakace) Snížení úmrtnosti Snížení nákladů na léčbu

Study Peak of infection Viraemia (%)/ viral load Mortality (%) Culls/runt s (%) ADG (g/day) Final weight (kg) Ramirez et al. (2008) NR 6.8 vs % 5.1 vs % +112 g+9.2 kg Gillespie (2008) NR 9.1 vs % 7.7 vs % +86 gNR Von Richthofen et al. (2008) ~ 9 wks-61% 13.0 vs % 7.3 vs % +64 g+6.8 kg Cline et al. (2008) ~ 13 wksReduced 7.8 vs % 6.3 vs % +60 g+6.1 kg Desro-siers et al. (2007) ~ 13 wksNR 9.5 vs % NR Příklady úspěšných vakcín Vakcinace proti PCV2:

Získaná imunitní odpověď Humorální imunitní odpověďBuněčná imunitní odpověď B lymfocyty Naivní T lymfocyty T H 2T H 1CTL Antigenně specifické paměťové buňky Vrozený imunitní systém Antigenně specifické protilátky AP C Zjednodušené schéma! Buňky plazmy Makrofágy / Monocyty / CTL Granulocyty / Makrofágy / Monocyty / NK buňky APC  Dendritické buňky, Makrofágy Složky imunitního systému Je dobré vědět, jak funguje systém … …ale někteří věří až klinickým výsledkům