Vaccini, anticorpi e immunità di gregge (in breve)

Poster del vaccino antipolio del 1963
Dalla Public Health Image Library del CDC #7224 (Dominio Pubblico)

Abbiamo iniziato il 2020 alle prese con un virus emergente: abbiamo dovuto modificare drasticamente il nostro stile di vita per tentare di limitarne la diffusione e siamo più che mai consapevoli della pericolosità dei virus e delle malattie infettive in genere. Molti sperano in un vaccino e si chiedono quando sarà disponibile.

Le infezioni possono essere mortali

Le malattie infettive hanno segnato la storia dell’umanità: ne sono esempi formidabili la peste nera del 1347-1350 che uccise un terzo della popolazione mondiale, e l’influenza detta “Spagnola” del 1918 che causò circa 100 milioni di morti in tutto il mondo e ridusse alla metà la popolazione europea.

A parte questi esempi presi dai libri di storia, esistono molte altre malattie infettive mortali tra cui il morbillo, la difterite o la poliomielite. Queste infezioni non causano più l’enorme numero di vittime del passato grazie alla disponibilità di vaccini specifici, ma non bisogna dimenticare la loro potenziale pericolosità. Il morbillo, per esempio, causava in media 2.6 milioni di morti all’anno prima del 1963, anno di introduzione della vaccinazione, mentre nel 2018 il numero delle vittime è sceso a 140.000 in tutto il mondo.

Chi ha inventato i vaccini?

La vaccinazione fu inventata da Edward Jenner nel 1796.

Nel XVIII secolo il vaiolo era di casa in Europa e uccideva 400.000 persone ogni anno. Tutti sapevano che chi sopravviveva al vaiolo diventava immune a una seconda infezione. Si sapeva inoltre che le mungitrici esposte al vaiolo bovino mediante il contatto con le pustole delle vacche infette, erano immuni al vaiolo umano. Jenner pensò che il vaiolo bovino potesse essere trasmesso artificialmente da una persona all’altra per conferire immunità contro il vaiolo umano. Per testare la sua ipotesi prelevò del materiale da una pustola di una mungitrice con il vaiolo bovino e lo introdusse in un bambino di 8 anni (James Phipps) tramite una piccola ferita nella pelle. Il bambino sviluppò immediatamente febbre e malessere, ma i sintomi passarono in pochi giorni. Due mesi dopo Jenner introdusse nel bambino del materiale proveniente da una pustola di una persona con il vaiolo umano: James non si ammalò e Jenner concluse che il suo metodo funzionava!

Poichè il materiale che Jenner usava per la sua tecnica proveniva dalle vacche (era quindi vaccino), questa tecnica venne in seguito chiamata vaccinazione.

La pratica della vaccinazione si diffuse, e il vaccino di Jenner consentì l’eradicazione del virus del vaiolo (Variola virus) nel 1980, ovvero la sua scomparsa a livello mondiale. Se il vaiolo fosse un animale diremmo che si è estinto; ciò è accaduto perché la maggior parte della popolazione era diventata immune e il virus non aveva a disposizione abbastanza individui da infettare e da cui diffondersi.

Come sono fatti i vaccini moderni?*

I vaccini attualmente in uso contengono uno di questi elementi:

– microrganismi attenuati, cioè che non sono più stati n grado di causare la malattia (sono stati resi non patogeni)

– microorganismi inattivati (uccisi) tramite esposizione al calore o sostanze chimiche

– proteine o parti di proteine del microrganismo (vaccini a subunità)

– tossoidi, ovvero tossine sostanze normalmente prodotte dal microorganismo ma rese innocue in laboratorio.

Come funzionano i vaccini?

Quando un vaccino viene inettato, le sostanze che lo compongoo richiamano le cellule del sistema immunitario nel sito dell’iniezione, provocando un’infiammazione localizzata. Queste cellule sono chiamate cellule presentanti l’antigene (APC). Le APC inglobano il materiale che compone il vaccino e lo trasportano ai linfonodi, dove “presentano” i componenti del vaccino (antigeni) ad altre cellule del sistema immunitario: i linfociti T. I linfociti T capaci di riconoscere quei determinati antigeni iniziano a proliferare e interagiscono con i linfociti B, che a loro volta devono saper riconoscere specificamente quegli antigeni per iniziare a moltiplicarsi. I linfociti B così selezionati escono dai linfonodi e circolano nel sangue producendo anticorpi.

Questa prima fase di presentazione e riconoscimento dell’antigene è comune all’infezione naturale e alla vaccinazione, con la differenza che la vaccinazione non è seguita dalla malattia.

I linfociti T si occupano di uccidere le cellule infettate (e con esse il microorganismo che si trova dentro di esse), mentre i linfociti B producono una grande quantità di anticorpi che “attaccano” il microorganismo contribuendo alla sua eliminazione.

Quanto dura l’effetto di un vaccino?

Dopo questa prima fase la maggior parte dei linfociti B e T che hanno proliferato vengono eliminati dal nostro corpo, ma alcune di queste cellule sopravvivono e si trasformano in cellule della memoria. Si tratta di sentinelle che continuano ad essere presenti nel nostro organismo, pronte a riconoscere e ad attaccare rapidamente il patogeno nel caso si ripresenti una seconda volta. Inoltre gli anticorpi prodotti restano in circolazione per un periodo di tempo variabile.

È per questo che quando ci vacciniamo diventiamo immuni a una malattia: abbiamo già pronti anticorpi e linfociti B e T che elimineranno il microrganismo in tempi rapidissimi all’inizio dell’infezione. La maggior parte delle volte non ci accorgeremo neanche del tentativo di invasione, o al massimo il microorganismo avrà giusto il tempo di causare dei lievi sintomi prima di essere eliminato.

Perché è importante vaccinarsi?

Dai tempi di Jenner sono stati fatti molti progressi: dopo che Louis Pasteur ha dimostrato che i germi causano le malattie, e grazie a una migliore conoscenza dell’immunologia, sono stati sviluppati molti altri vaccini. I vaccini hanno contribuito a diminuire la mortalità infantile, migliorare lo stato di salute generale e ad aumentare l’aspettativa di vita della popolazione mondiale. I vaccini sono considerati tra le più grandi conquiste del progresso in ambito sanitario insieme alla potabilizzazione dell’acqua e agli antibiotici.

Cos’è l’immunità di gregge?

La vaccinazione protegge non solo gli individui vaccinati ma anche il resto della popolazione perché limita la diffusione del patogeno; questo fenomeno, detto immunità di gregge, richiede però che la maggioranza della popolazione sia vaccinata (75-95% a seconda del patogeno in questione). L’ideale sarebbe quindi che tutti gli individui sani si vaccinassero per proteggere tramite l’immunità di gregge coloro che non possono vaccinarsi, i soggetti immunocompromessi (il cui sistema immunitario non funziona correttamente) o i neonati che non sono stati ancora vaccinati.

I nuovi vaccini*

Le tecnologie attuali permettono di studiare le malattie infettive e di progettare nuovi vaccini molto più sofisticati. Da una parte siamo capaci di sequenziare i genomi dei virus e dei batteri e di predire con sistemi informatici quali proteine saranno riconosciute con maggiore probabilità ed efficienza dalle cellule del sistema immunitario (Vaccinologia Inversa), e dall’altra è possibile sequenziare i linfociti B di chi ha già avuto la malattia per studiare quali anticorpi tra tutti quelli che l’organismo ha prodotto sono i più efficaci per intercettare il microorganismo (Vaccinologia Inversa 2.0). Gli scienziati stanno anche esplorando nuovi tipi di vaccini contenenti frammenti di RNA e DNA dei microorganismi con l’obiettivo di ottenere vaccini migliori.

Definizioni utili

Immunità: protezione contro una malattia infettiva; se si è immuni nei confronti di un agente infettivo ci si può esporre ad essi senza sviluppare la malattia.

Immunizzazione: processo mediante il quale una persona diventa immune a una malattia infettiva tramite la vaccinazione.

Vaccinazione: introduzione all’interno di un organismo di materiale disegnato per provocare una risposta immunitaria che darà protezione nei confronti di un determinato agente infettivo

Vaccino: prodotto che stimola il sistema immune di un individuo per conferire immunità verso un determinato agente infettivo, proteggendolo dalla malattia.

Plasmacellule: linfociti B che producono grandi quantità di anticorpi.

Anticorpi: proteine prodotte dal sistema immunitario capace di riconoscere specificamente parti di microrganismi durante un’infezione.

*Nota dell’autrice: Questo post è stato scritto e pubblicato ad aprile 2020, nelle prime fasi della pandemia di COVID-19. Alla fine del 2020 è iniziata la somministrazione su scala globale dei vaccini anti-SARS-CoV-2, prevalentemente a mRNA o basati su vettori virali. Il funzionamento di questi vaccini è stato trattato in altri post: https://virusandco.art.blog/2020/11/23/i-vaccini-di-pfizer-e-moderna-risultati-promettenti-in-tempi-record/ e https://virusandco.art.blog/2021/01/13/il-vaccino-oxford-astra-zeneca-un-vaccino-basato-su-un-vettore-virale/

BIBLIOGRAFIA

Organizzazione Mondiale della Sanità: https://www.who.int/topics/vaccines/en/ ; https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/measles ; https://www.who.int/csr/disease/smallpox/en/

European Centre for Disease Prevention and Control: https://www.ecdc.europa.eu/en/immunisation-vaccines/facts/vaccine-preventable-diseases

Centers for Disease Control and Prevention: https://www.cdc.gov/vaccines/vpd/vaccines-list.html ; https://www.cdc.gov/vaccines/vac-gen/imz-basics.htm

Trascrizione della pubblicazione originale di Edward Jenner: https://biotech.law.lsu.edu/cphl/history/articles/jenner.htm 

Chapter three: Introduction to Vaccines and Vaccination; Micro and Nanotechnologies in Vaccine Development , Depelsanaire A.C.I. et al, pag. 47-62, Elsevier, 2017 https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39981-4.00003-8

Vaccine evolution and its application to fight modern threats, Andreano E. et al., Frontiers in Immunology, 2019 https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01722

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Understanding modern-day vaccines: what you need to know, Vetter V. et al., Annals of Medicine, 2018, https://doi.org/10.1080/07853890.2017.1407035