HISTORIA DE LA VACUNOLOGIA Y SUS RETOS (I-V) | Veterinaria Digital

HISTORIA DE LA VACUNOLOGIA Y SUS RETOS (I-V)

16/01/2015 Vacunas

Dr. Joan Nogareda i Gifré

El termino vacunología fue creado por Salk (inventor de la primera vacuna inactivada contra la poliomelitis) en dos artículos publicados en 1977 y 1984, incorporados rápidamente por Maurice Hilleman por primera vez en 1986. Se trata, por lo tanto, de un término de reciente creación, aunque esta disciplina tenga sus orígenes en el siglo XVIII, con los primeros experimentos de vacunación que se hicieron en China. Hilleman, director de investigación de Merck desarrolló más de 10 vacunas humanas. Definió la vacunología como “la ciencia de las vacunas” y también como “el compromiso de la microbiología, virología, biología molecular y inmunología en la búsqueda de una solución práctica para la prevención de la enfermedad mediante la inmunoprofilaxi”. Hilleman se puede considerar, sin duda, el mayor vacunólogo del siglo XX.

A partir de 1990 la palabra vacunología se utiliza, de una forma regular y universal, para designar la ciencia dedicada al estudio de las vacunas. Así que, durante esta década, en la Facultad Veterinaria de Utrech, en los Países Bajos, se crea la primera cátedra de la vacunología en la UE y en España, la Asociación Española de Vacunología (AEV).

La protección de los humanos y los animales

Desde hace milenios el hombre ha tenido dos preocupaciones fundamentales,  a menudo interrelacionadas, que han condicionado su misma existencia: proveerse de alimentos para sobrevivir y como protegerse de las enfermedades en general y de aquellas de tipo infeccioso, en particular. Ambas han sido, y son actualmente, esenciales para la subsistencia de la especie humana.

La obtención de alimentos para satisfacer las necesidades más elementales llevó al hombre a ser sedentario y desarrollar las primeras técnicas productivas en cultivos agrícolas que evolucionaron a lo largo del tiempo haciéndose cada vez más sofisticadas. La necesidad de obtener alimentos de forma regular y fiable, para una población que crecía de forma exponencial, ayuda a mejorar y aumentar su rendimiento.

 Esta mejora, que fue paralela a una caída en la captura de animales salvajes mediante la caza, hasta ese momento la única fuente de proteína animal de nuestros antepasados, hizo posible iniciar su domesticación, la cría en cautividad y su alimentación, obteniendo así una importante fuente de proteínas.

Una vez saciadas, con más o menos fortuna, estas necesidades alimentarias básicas, el hombre continuaba siendo víctima de diversas enfermedades, aceptadas con resignación ante el desconocimiento total de sus orígenes, mecanismos patogénicos y medidas de pararlas o apaciguarlas.

De entre todas las enfermedades, las que más asustaban a nuestros antepasados, tanto por su listeza en la diseminación, como por el número de afectados y mortalidad que producían, eran las enfermedades infecciosas.

Sólo hay que recordar que el impacto de las pestes causadas por la Salmonella pestisuis. Los primeros brotes eliminaron una cuarta parte de la población de lo que es ahora la Unión Europea.

La gente, conociendo el origen contagioso de la enfermedad, huía aterrada de los pueblos y de las ciudades por miedo a contaminarse, facilitando así la propagación de la enfermedad. Pero las enfermedades infecciosas no solo atacaban a la especie humana, sino también a los animales que habían sido domesticados.

Así pues, las enfermedades infecciosas eran doblemente letales ya que destruían una de las fuentes más importantes de alimentos de los hombres y también de su propia vida. Por lo tanto, una de las prioridades esenciales fue la búsqueda constante de métodos para prevenir y protegerse contra las enfermedades infecciosas más letales.

Así nació el que, al cabo de muchos años desde sus inicios, se llamaría vacunología.

El hombre, ante este enemigo implacable, se preguntaba,

¿Cuáles son los causantes de las enfermedades infecciosas?

Los pueblos primitivos creían que las enfermedades era utilizadas por los dioses para castigarlos si habían transgredido ciertas normas. Esta creencia fue eficientemente utilizada por chamanes, jerarquías religiosas y dirigentes para controlar los pueblos. El miedo a ser destruidos por la enfermedad se convirtió en un arma eficaz de asustar y controlar los pueblos.

Ya a finales del siglo XVIII se empezó a intuir que los verdaderos causantes de las enfermedades infecciosas no eran otros que unos seres microscópicos de difícil caracterización, imposibles de apreciar a simple vista. Y partir de aquel momento se planteó otro interrogante,

¿Cómo proteger los animales de las enfermedades infecciosas?

La inmunización de los humanos  y de los animales con vacunas víricas vivas se inició hace unos tres siglos en China, se empezó haciendo pruebas con el virus de la viruela. La inoculación de virus virulento con la misma viruela, se empezó a practicar en Europa a principios del siglo XVIII.

El virus se depositaba en la piel, evitando así la ruta natural de infección (vía respiratoria) que era la más letal. Por tanto, administrando el virus patogénico causante de la enfermedad por una vía diferente a la vía natural de entrada, se producían reacciones predominantemente cutáneas con un menor grado de afectación de los órganos internos como el pulmón. Así la enfermedad era mucho más suave que la infección natural. Este método se utilizó mucho durante la segunda mitad del siglo XVIII.

Ahora bien, este tipo de vacunación con virus virulento tenía consecuencias imprevisibles. En algunos casos provocaba la enfermedad en sus formas más virulentas y por lo tanto el remedio podía ser peor que la enfermedad.

Pero volvamos otra vez a los experimentos vacunales utilizando el virus de la viruela. Como sucede a menudo en la historia de la humanidad, los descubrimientos más importantes suelen ser fruto de la capacidad de observación de fenómenos naturales por parte de ciertos hombres con gran intuición. Fue así como, en 1796, Jenner, que ya conocía los experimentos chinos con la vacunación con virus virulento, observando que las chicas que ordeñaban a las vacas nunca sufrían de viruela, asoció esta protección a la inmunización inducida por el contacto con el virus de la vacuna de las vacas, un poxvirus estrechamente relacionado con el virus de la viruela humana.

Este fue el primer paso para poder inmunizar, con sus indudables limitaciones, una parte muy importante de la población contra esta  enfermedad. A partir de este momento, a la inmunización de la conoce también con el nombre de vacunación. Este paso, de hecho, constituye el nacimiento de las vacunas y la inmunología. Jenner utilizaba macerados de pústulas de la ciruela en las vacas para vacunar a los humanos. Con estos primeros avances se intuyó que se podría proteger a los humanos contra muchas enfermedades si se utilizaban virus heterólogos, es decir, virus que antigénicamente compartiesen un alto grado de  homología pero que fuesen originarios de los animales.

Más adelante, ya bien entrada la segunda mitad del siglo XX, en Veterinaria se introdujo lo que se conoció como el virus-suero vacunación, que consistía en la inoculación simultanea de virus virulento y el suero específico contra el mismo virus. Esta estrategia se utilizó con éxito en la lucha contra la PPC y permitió reducir significativamente los casos clínicos de PPC, mientras no se disponía de la vacuna lapinizada cepa China. Más adelante se demostró que este equilibrio entre virus y anticuerpos era muy precario, por un predominio del virus con el desarrollo de los consiguientes signos clínicos.  Esto sin tener en cuenta la creación de un gran número de animales portadores de virus, que eran potencialmente excretores del mismo. Era, por lo tanto, un procedimiento vacunal muy inseguro y peligroso que pronto se abandonó.

A finales del siglo XIX Louis Pasteur desarrolló los conceptos de inmunoprofilaxis y atenuación, que serán los ejes fundamentales de la búsqueda en vacunología hasta nuestros días. Pasteur fue el padre de la vacunología bacteriana, desarrollando modelos de infección experimental para estudiar candidatos vacunales. Desarrolló vacunas contra el ántrax, la cólera y la rabia. Sus descubrimientos fueron fundamentales para comprender los mecanismos básicos de la inmunización, demostrando que los microorganismos virulentos, una vez inactivados, mediante calor o compuestos químicos e inoculados por vía parenteral, eran capaces de inducir una protección sólida contra la infección experimental.

Es a partir de esta fecha cuando se empiezan a hacer los primeros intentos de vacunación en masa de la población para protegerlos, pero lo que hoy día parece algo fácil, hace dos siglos planteaba problemas de difícil solución. Quizá el más importante era la disponibilidad de inóculo y el mantenimiento del virus vacunal en condiciones infectivas para poderse multiplicar en el organismo. Recordemos que no existen ni congelación ni la liofilización, y que el virus vacunal, sin células para multiplicarse, moría en poco tiempo. Por lo tanto hacía falta propagarlo continuamente en el único sustrato realmente efectivo que se conocía en aquel momento: el hombre. Este era, sin duda, el obstáculo más grande para poder tener disponible vacuna para inmunizar las personas vulnerables y también para vacunar poblaciones alejadas del punto de producción de las vacunas. Por tanto, en la evolución incipiente de la vacunología se planteó el siguiente reto,

Como conservar los antígenos vacunales y las vacunas

Nos podemos hacer una idea de la complejidad del problema al describir uno de los primeros intentos, a escala global, que se arreglaron para vacunar poblaciones lejanas de los centros de producción de vacunas. Este experimento, que duró siete años, fue organizado por Carlos IV, rey de España.

El objetivo que el rey se propuso consistía en vacunar de viruela las poblaciones de las colonas americanas lejanas, en el siglo XIX, del viejo continente.  En 1803 ordenó que se hiciese una expedición para vacunar gratuitamente toda la población de las colonias españolas de América y Asia que moría en proporciones escandalosas a causa de la viruela, llevada allí por los conquistadores. La expedición, nombrada como Real Expedición Filantrópica de la Vacuna fue dirigida  por los que entonces llamaban cirujanos o médicos, que zarparon de La Coruña ese mismo año.

Para resolver el problema del mantenimiento de la viabilidad del virus vacunal de la viruela durante la larga travesía en barco hasta el continente americano, no tuvieron otro remedio que llevarse 22 niños huérfanos de La Coruña. Estos eran inoculados periódicamente pasando el virus de niño a niño, siguiendo la técnica de Jenner del “brazo a brazo”. Evidentemente, debido a las mismas complicaciones de la técnica, muchos de aquellos huérfanos murieron de lo que llamarían complicaciones consecutivas a la vacunación… pero se mantuvo el virus vacunal en buenas condiciones de viabilidad. En el tiempo que duró la expedición, se vacunaron un millón de persones y se calcula que se salvaron millones de personas.

No fue hasta entrado el siglo XX cuando, después de diversos intentos, se descubrió la liofilización, un procedimiento que permitió preservar los virus vacunales vivos en buenas condiciones durante mucho tiempo. Pero que es la liofilización?

Un proceso parecido para la conservación de alimentos ya era conocido por los antiguos incas peruanos de los Andes. Almacenaban sus patatas y otras cosechas en las altas montañas del Machu Pichu. Las bajas temperaturas de esos lugares congelaban los alimentos y el agua interior se vaporizaba lentamente bajo la baja presión de aire de las grandes altitudes, este proceso, también conocido como Freeze-drying en inglés, consiste en la eliminación de agua que contiene una materia.

Durante la segunda guerra mundial se comenzó a comercializar la liofilización para conservar el plasma sanguíneo y la penicilina. Esto se hizo con un aparato llamado liofilizador, que consiste en una gran cámara para congelar y una bomba de vacío. La deshidratación se produce haciendo el vacío con el producto previamente congelado que, al calentarlo se sublima, sin superar los 30ºC, respetando su viabilidad, y quedando completamente seco (máximo 2% de humedad residual). Se reconstituye con agua en el momento de necesitarlo. Con la liofilización se dio un gran paso en la preservación de los microorganismos, especialmente bacterias y virus, tanto los usados en la producción de vacunas, como aquellos que se aislaban de los mamíferos, incluido el hombre, y que eran sospechosos de provocar la enfermedad.

Los medios de cultivos para poder hacer crecer los microorganismos mejoraron tanto durante el siglo XIX que en un solo aislamiento podían identificarse dos o tres posibles agentes etiológicos de la enfermedad. Por eso los vacunólogos de la época se preguntaban,

¿Cómo asegurar que un microorganismo aislado es el verdadero causante de la enfermedad?

Medio siglo después del descubrimiento de Jenner, se empezó a imponer la teoría del “germen” como productor de la enfermedad, abandonando la teoría, aceptada hasta ese momento, de la generación espontánea. Se sabía, pues, que las enfermedades infecciosas estaban producidas por los nombrados gérmenes o microorganismos, pero hacía falta probar la relación causa-efecto de una forma científica e indiscutible. No fue hasta 1884 que Robert Koch definió sus postulados que crearon un patrón científico para la evidencia causal que establecía la credibilidad de los microbios como patógenos.

Los postulados de Koch, también llamados de Henle-Koch en honor al profesor Friedrich Henle, consistentes en:

  1. la identificación del microorganismo específico,
  2. obtención de un cultivo puro del mismo,
  3. la reproducción d la enfermedad en los animales a partir de este cultivo,
  4. la recuperación del microorganismo de los animales infectados, constituyen aún hoy en día, los procedimientos básicos utilizados por los investigadores médicos modernos y los vacunólogos

Koch ha estado una de las figuras clave en el desarrollo de la microbiología. Fue capaz de conrear Bacillus anthracis en láminas de cristal y demostrar su crecimiento. También demostró que las esporas de ántrax permanecían viables durante muchos años en los pastos y esto explica los fenómenos de recurrencia de la enfermedad.

Para poder formular sus postulados, Koch tuvo que hacer una serie de descubrimiento previos e invenciones consistentes, entre otras, en el desarrollo de diversos métodos para teñir microorganismos y hacerlos así más visibles al microscopio.

También inventó un procedimiento muy ingenioso para separar mezclas de bacterias. Este consistía en la inoculación de un animal con la mezcla de bacterias a separar, alguna de las cuales provoca la enfermedad. Seguidamente se aislaba la bacteria, o bacterias que eran las que más fácilmente se multiplicaban en el organismo del animal. El proceso se repetía dos o tres veces más hasta que, finalmente, sólo se aislaba un tipo de microorganismo. Este era evidentemente el más sospechoso de provocar la enfermedad, ya que los contaminantes restantes no era capaces de multiplicarse al mismo ritmo t desaparecían gradualmente después de hacer dos o tres pasadas en los animales. Robert Koch, además, descubrió el bacilo de la tuberculosis y del cólera. Se puede considerar como el maestro de cultivos bacterianos puros.

Para obtener los cultivos puros in vitro de Koch mezcló bacterias en gelatina fundida. Después de la solidificación de la gelatina y el crecimiento de los organismos, se ponían porciones de las colonias puras en tubos separados de caldo u otros medios. El aislamiento de cultivos puros permitió la caracterización de los microorganismos, el estudio de sus propiedades, de sus necesidades nutritivas, facilitando las primeras clasificaciones taxonómicas.

Las técnicas actuales, como la hibridación in situ, la tecnología basada en la secuenciación de los ácidos nucleicos y la PCR (Polymerase Chain Reaction) han descubierto patógenos que previamente no habían sido caracterizados, no cultivados, o microorganismos de difícil crecimiento en los medios conocidos. Estas técnicas modernas de identificación molecular han permitido la aplicación de postulados de Koch en estos microorganismos de difícil crecimiento en los medios disponibles y han demostrado, una vez más, el acierto y la vigencia de sus postulados.

Koch construyó una piedra fundamental en el complejo edificio que finalmente constituiría la moderna vacunología, resolviendo uno de los temas más importantes de la mismo: como identificar y aislar el agente etiológico de la enfermedad. Pero, para poder disponer de grandes columnas de vacuna, aún hacía falta resolver algunos problemas esenciales y el próximo reto que se planteó fue,

Como producir los antígenos vacunales en cantidades industriales,

Desde el principio de la microbiología se descubrieron medios artificiales bastante efectivos que permitían el crecimiento estable y constante de las bacterias. La ampliación y el paso del tubo de ensayo al Erlenmeyer y finalmente al fermentador fueron el resultado de una cadena lógica de desarrollos que se produjeron en un tiempo bastante corto.

Hasta aquellas fechas, se habían hecho grandes progresos debido al descubrimiento de medios de cultivo medianamente eficientes para para permitir la multiplicación de las baterías causantes de las enfermedades, la subsiguiente inactivación y finalmente la formulación de la vacuna. Pero, en el campo de las vacunas víricas, se continuaba anclado en las metodologías de hace dos siglos. Los virus necesitan substratos celulares para poder multiplicarse y mantener así su viabilidad.

Hasta entonces no se había descubierto aún ningún substrato con posibilidades de ser utilizado a nivel industrial, se continuaba, por lo tanto, con un dependencia angustiosa de los animales o humanos como suministradores de células, esenciales para la multiplicación de virus. Esta dependencia hacía inviable, en la mayor parte de los casos, la producción de grandes volúmenes de vacuna, conllevando, además, graves riesgos asociados a la variabilidad intrínseca de los substratos utilizados, la falta de estandarización de los inóculos vacunales y la posibilidad de transmisión de agentes adventicios patogénicos propios de los substratos primarios utilizados.

Pero para producir antígenos vacunales víricos, en cantidades suficientes para fabricar una vacuna, hacía falta desarrollar un procedimiento eficaz de multiplicación que, superando los procesos caseros de laboratorio, hiciese posible la producción industrial para satisfacer las demandas de una población que crecía a un ritmo exponencial y que estaba expuesta a graves enfermedades infecciosas. No fue hasta 1931 en que Goospasture demostró que ciertos virus podían crecer en las células de huevos de gallina embrionarios. Esto representó un paso decisivo para la búsqueda de un substrato que permitiese obtener virus en una gran cantidad para la fabricación de vacunas. Theiler aplicó este descubrimiento para producir la vacuna contra la fiebre amarilla, haciendo crecer el virus en cultivos de tejidos de pollo. La vacuna obtenida de esta forma se aplicó, con mucho éxito, en los países tropicales.

No obstante, una de las vacunas, que más impactó en la sociedad civil fue la de la poliomielitis. El virus de la poliomielitis se descubrió en 1909 y ocasionó fuertes epidemias los años 30,40 y 50 del siglo XX. Hasta aquel momento, la única fuente de virus para producir vacuna eran los tejidos nerviosos de los hombres y monos infectados, lo que proporcionaba una cantidad muy pequeña de virus para la experimentación. Era, por lo tanto, una limitación muy importante para avanzar en el conocimiento y caracterización de los virus de la polio.

Los primeros éxitos en cuanto a la producción masiva de vacunas bacterianas fueron durante la segunda guerra mundial, en producir industrialmente vacuna contra el tifus para la vacunación de los soldados americanos. Evidentemente, esta vacuna no representaba un reto demasiado difícil de resolver ya que los medios de crecimiento de las bacterias estaban bien desarrollados a principios del siglo XX y era solo un tema de escalado industrial de fácil solución. Posteriormente, un paso muy importante fue la producción industrial de la vacuna contra la influenza humana. El virus se multiplicó en huevos de gallina embrionarios, siguiendo los descubrimientos de Goodpasture y de Theiler. El virus obtenido así, una vez inactivado, se purificó mediante ultracentrifugación continua, para eliminar las reacciones adversas que podían producir las proteínas de los huevos utilizados como substratos.

Esto representó un paso importante en la producción de vacunas purificadas, reduciendo así considerablemente el peligro de la presencia de agentes adventicios humanos susceptibles de producir otras enfermedades, algunas de las cuales podían ser tan graves que podían incluso cuestionar las ventajas de la vacunación. 

Finalmente, y siguiendo el progreso constante hecho en el campo de los cultivos celulares a principios del siglo pasado, en 1949 John Enders descubrió en EEUU como multiplicar el virus de la polio en cultivos celulares de embriones humanos y monos. Por este descubrimiento le otorgaron el premio Nobel el año 1954.

Con el descubrimiento de Enders se abrió una puerta que permitió hacer avances hasta el momento insospechados, no solo en el campo de la vacunología sino en todas la áreas de la búsqueda virológica. Esto permitió a John Salk, el año 1953, producir la primera vacuna inactivada en formol contra la polio, tras producir virus en grandes cantidades en cultivos celulares de riñón de mono.

Estos primeros cultivos celulares eran cultivos primarios obtenidos a partir de órganos (mayoritariamente riñones de mono) que había que hacer crecer sobre superficies planas, esencialmente en frascos de cristal de tipo Powinsky o Roux. Con el tiempo se observó una evolución en esta tecnología y, a principios de 1980, el cristal fue sustituido por el plástico de un  sólo uso como soporte sólido, ya que este ofrecía ventajas evidentes, como una mejor adherencia de las células, unos rendimientos más altos y además, se podría prescindir del tratamiento con detergentes que era esencial en frascos de cristal para eliminar restos celulares.

Con el descubrimiento de las líneas celulares transformadas de vida indefinida y con capacidad de multiplicación muy superior a las cepas celulares disponibles hasta el momento, se pudo producir masa antigénica con unas concentraciones hasta aquel momento inimaginables. Uno de los hitos más importantes dentro de la vacunología fue el crecimiento del virus de la fiebre aftosa, un picornavirus de rumiantes y cerdos que producía graves daños en estas especies.  El virus se multiplicó en la línea celular IBRS2, de riñón de cerdo, en frascos rodantes rollers, primero de cristal y después de plástico. Esto permitió la inmunización de miles de animales en un momento en que se estaba produciendo la industrialización de estos sectores en los países desarrollados, con un considerable aumento del número y dimensión de las explotaciones y un consecuente riesgo de expansión de enfermedades infecciosas.

A principios de 1970 se inicia también la producción de grandes concentraciones en fermentadores con algunas células no superficie-dependientes, como por ejemplo las BHK21, utilizadas también en la producción de virus de la fiebre aftosa. Estos fermentadores permitían controlar, de forma eficiente, el ciclo de crecimiento de las mimas células, mediante controles de oxígeno y pH, obteniendo así producciones más homogéneas que las que se podían obtener en frascos individuales.

Actualmente, las células se producen en modernos bioreactores con volúmenes que llegan a los 2.000 litros y con un control digitalizado de todos los parámetros que pueden tener influencia en el crecimiento de las mismas: pH, OUR (Oxigen Uptake Rate), producción de ácido láctico, de glutamina y otros. Con el descubrimiento de los llamados microportadores (microcarries en inglés), se consigue lo que hasta aquel momento había sido imposible: el crecimiento en bioreactores de células superficie-dependientes. Esta tecnología, que se comenzó a aplicar a mediados de los años 80, ha permitido obtener producciones homogéneas, fácilmente escalables y de alta calidad. Actualmente, el abastecimiento de vacunas de toda la población mundial ya no representa ningún reto serio.

Para garantizar la producción de suficiente masa antigénica de virus para producir, especialmente, vacunas vivas, permanecía aún un reto nuevo importante que podríamos resumir en la siguiente pregunta:

Cómo obtener cepas vacunales atenuadas?

Los descubrimientos de Goodpasture durant el año 1932 demostraron que los virus podían crecer en cultivos de células de una especie diferente a la que pertenecían. Hasta entonces se creía que los virus sólo se podían multiplicar en las células del huésped que infectaban.

Goodpasture consiguió multiplicar el virus de la fiebre amarilla en células de embrión de gallina. Este hecho tuvo una gran importancia ya que, además de abrir un amplio abanico de posibilidades para la obtención de grandes cantidades de virus para hacer estudios sobre crecimiento, se pudo demostrar que, al propagar un virus en un substrato heterólogo o no habitual, se pueden producir mutaciones genómicas que, a menudo, limitan su capacidad de crecimiento en el huésped diana reduciendo, por lo tanto, de forma remarcable, su patogenicidad.

Estas mutaciones ciertamente no es podían predecir, pero a base de hacer docenas de pasadas, se podían conseguir mutantes que hubiesen perdido zonas genómicas que codificaban caracteres de virulencia de los virus. De esta forma se obtenían cepas que, al haber perdido los caracteres de virulencia, eran atenuadas, y por lo tanto, tenían un potencial para ser utilizadas como cepas vacunales. Esta fue la base que posibilitó la obtención de muchas vacunas víricas vivas atenuadas, tanto en humana como en veterinaria, que a día de hoy se utilizan en todos sitios.

Sólo como ejemplo, en veterinaria, además de la llamada cepa China obtenida con 478 pasadas del virus PPC de conejo, se obtuvo la cepa Bartha K61 del virus de Aujezsky al propagar una cepa virulenta en un substrato de células fibroblásticas de embrión de pollo. Más tarde se vio que esta cepa tenía una delación en la zona genómica que codifica la proteína gE y que esta la hacía atenuada al cerdo. También se ha obtenido vacunas vivas atenuadas para la enfermedad de Gumboro, Newcastle y la bronquitis infecciosa en aves, y muchas otras en cerdos y rumiantes. No todos los virus son susceptibles de ser modificados, ya que algunos muestran una alta estabilidad genómica y por lo tanto, el ritmo de mutaciones es tan bajo, que es casi imposible obtener una cepa atenuada (circovirus, picornavirus, pestivirus,etc).

Hay que decir que la vacunología veterinaria ha sido pionera en cuanto al desarrollo de la primera vacuna contra el cáncer. Nos referimos a la vacuna viva contra Marek. Esta enfermedad, que provoca la formación de tumores en aves, puede ser prevenida utilizando una vacuna viva atenuada.

Las modernas técnicas moleculares (PCR, RFPL y al secuenciación entre otros) han permitido averiguar cuáles son los genes implicados en los procesos de atenuación de muchos virus, facilitando así la intervención directa sobre los mismo con el fin y efecto de obtener cepas atenuadas por delación genómica, entre otras.  Un ejemplo de obtención de cepa atenuada por técnicas moleculares la tenemos en la cepa vacunal Begonia del virus de Aujezsky desarrollada por Intervet, o de la cepa CEDDEL de la rinotraqueitis infecciosa bovina por Hipra. Pero hay muchas otras.

Resulta pues, los problemas más graves relacionados con el mismo problema de producción de vacunas, hacía falta buscar nuevas tecnologías para minimizar las reacciones adversas derivadas de las vacunaciones y así se planteó un nuevo reto,

Cómo conseguir vacunas más seguras

Una vez descubierto el método para multiplicar los virus y poder producir grandes cantidades, parecía que el problema estaba resuelto. Pero hacía falta encontrar un agente inactivante químico o físico o combinado, que asegurase la inactivación completa de los virus para producir vacunas inactivadas. Esta tarea, aparentemente fácil de resolver, se mostró más crítica de lo que se había pensado.

La primera vacuna inactivada contra la poliomielitis (PM) humana se experimentó en 1935. Por lo que se pudo demostrar más adelante, la inactivación no fue completa. En la vacuna final permanecían virus patogénicos viables. Esto provocó 149 casos de PM clínica con seis niños muertos. Se tuvieron que para todos los experimentos y retirar inmediatamente la vacuna.

Fruto de las reclamaciones judiciales, se tuvieron que pagar millones de dólares de indemnizaciones. se hizo con el llamado "Fondo de apoyo a la lucha contra la poliomielitis" que fue fundado por la familia Roosvelt, entre los miembros de la cual había el entonces presidente parapléjico de los EEUU Franklin Delano Roosvelt, Este y su familia creían que su invalidez se debía a la PM, paradójicamente, más tarde, se demostró que no tenía nada que ver.

A partir de este incidente se fueron perfeccionando tanto los métodos de inactivación como los de control, para garantizar la seguridad de las vacunas. Aun así, los problemas relacionados con las inactivaciones de virus no se acabaron.

Una de las vacunas más significativas en veterinaria, la vacuna contra la fiebre aftosa, se inactivó durante muchos años, casi podríamos decir que durante toda la vida útil de la vacuna en la UE, con formol. Más tarde se pudo demostrar que la inactivación de este virus con formol producía los llamados fenómenos de cola, que implicaban que una parte del virus inactivados permaneciese viable, ya fuese debido a la presencia de grumos víricos, ya sea debido al agotamiento de la capacidad inactivadora del formol en las fases finales del proceso de inactivación, a este virus residual viable, después de la inactivación con formol, se le atribuían los brotes de fiebre aftosa que se produjeron en animales vacunados poco después de la vacunación con vacunas teóricamente inactivadas.

No fue hasta finales de los años 80 del siglo XX en que, gracias a los experimentos de Hans Bahnemann del centro panamericano de la fiebre aftosa de Brasil, el formol se fue sustituyendo gradualmente por aziridinas, mucho más efectivas para garantizar la inactivación del 100% de los virus sometidos a tratamiento. Las aziridinas, en especial la BEI, representaron un avance importante en cuanto a la seguridad de las vacunas víricas. Actualmente, una parte muy importante de las inactivaciones víricas se hacen con aziridinas ya que, de hecho, siguen una cinética de primer orden y evitan los llamados, fenómenos de cola tan usuales en las inactivaciones víricas con formol.

La seguridad de las vacunas inactivadas actuales está garantizada con unos detalles de cinética de inactivación en las fases previas de desarrollo de vacuna y en unos controles de inactivación hechos en cada lote, de forma más que exhaustiva, en substratos muy sensibles que, a menudo, incluyen la especie diana en el caso de vacunas veterinarias.

Pero no todas las reacciones adversas en vacunas inactivadas eran debidas a la presencia de virus residual vivo. Los adyuvantes también pueden contribuir, estos se utilizaron, ya en los inicios de la producción de las vacunas inactivadas, con el objetivo de aumentar la respuesta inmunitaria a los antígenos vacunales.

Los geles de aluminio han sido los más utilizados en la adyuvantación de vacunas, y aún más hoy en día, la mayor parte de las vacunas de humana utilizan este adyuvante.  En veterinaria, en las últimas décadas, los geles de aluminio han sido sustituidos por emulsiones aceitosas de diversos tipos, entre ellas las de Herbert de agua en aceite, las cuales estimulan, de forma muy eficiente, la respuesta inmunitaria.  Estas emulsiones, que forman un depósito en el punto de inoculación, producían algunas reacciones adversas en sus inicios, incluida la presencia de residuos persistentes, a nivel muscular.

Actualmente pero, con la aparición de aceites purificados de alta calidad, estos efectos se han reducido considerablemente. La aparición de nuevas formulaciones aceitosas como los ISCOM, los liposomas, y algunos compuestos de origen vegetal, han abierto nuevas posibilidades aumentando tanto la eficacia como la seguridad de las vacunas inactivadas.

Así mismo, la presencia de proteínas séricas en las vacunas, procedentes de los medios de cultivo por el crecimiento de las células, también han sido una fuente de reacciones anafilácticas en hombres o animales vacunados. Las reacciones adversas debidas a estos factores se fueron resolviendo al mejorar los modelos experimentales de determinación del grado de atenuación de las cepas vacunales, así como los procedimientos, cada vez más eficientes de purificación de los componentes de los medios de cultivo celulares y/o víricos.

En las vacunas inactivadas, y dentro de estas, en las vacunas bacterianas, los efectos adversos se debían esencialmente a tres factores:

Por un lado, a la presencia de compuestos fuertemente reactogénicos de naturaleza generalmente lipopolisacárida, por otro a la presencia de toxinas producidas durante el proceso de crecimiento de la bacteria en medios artificiales, y finalmente, a la presencia de compuestos de naturaleza proteica, procedente de los medios de cultivo.

Gracias a las nuevas técnicas de caracterización y purificación de proteínas y lipopolisacáridos, algunas vacunas, como la tan utilizada trivalente de tétanos, difteria y tosferina, que producían muchas reacciones adversas en sus inicios, se fueron mejorando.

Aun así los problemas no se acaban con la eliminación de aquellos compuestos con actividad tóxica ya nombrados sino que, con el tiempo, se descubre un nuevo peligro asociado a la presencia de los llamados agentes adventicios, es decir, contaminantes vivos que pueden tener graves consecuencias para los individuos vacunados, ya sea por sus efectos patogénicos, potencialmente cancerígenos, o por su interferencia en programas de erradicación. Por este motivo, el próximo reto que se planteó en vacunología fue:

Como detectar los posibles microorganismos contaminantes en las vacunas

La detección de posibles contaminantes como bacterias u hongos en las vacunas llegó a un alto grado de eficiencia y sensibilidad de forma que el riesgo de que apareciese algún lote contaminado con estos agentes después de haber pasado los correspondientes controles, era muy bajo. Pero el tema era mucho más complejo al referirse a las contaminaciones víricas, generalmente de difícil detección. Un ejemplo, evidente, se puede ver en las primeras vacunas víricas atenuadas humanas. Estas era más peligrosas, ya que algunos virus contaminantes ya colonizaban los únicos sustratos disponibles en esos momentos: los cultivos primarios, obtenidos directamente de animales.

Weller y Robin descubrieron las condiciones esenciales para la multiplicación del virus de la poliomielitis en células de embriones humanos y de mono, por lo que recibieron el premio Nobel en 1954. Esto permitió producir grandes cantidades de virus, y por lo tanto, abrió la posibilidad de producir miles de dosis de vacuna. De esta forma se consiguió la primera vacuna atenuada de poliomielitis, creada por Albert Bruce Sabin con un virus obtenido en cultivos primarios de células de riñón de mono. Esta vacuna era administrada por vía oral e inducía una fuerte inmunidad. Los resultados fueron excelentes y salvaron millones de vidas, pero años más tarde se descubrió que el 30% de los lotes estaban contaminados con el virus de los monos que llamaron SV40 (Simian virus 40). Afortunadamente pero, en este caso, no se ha podido demostrar que este virus tenga efecto patogénico u oncogénico demostrable en humanos. Ciertamente,  este descubrimiento hizo que los vacunólogos se diesen cuenta de los peligros, reales, de las contaminaciones víricas no detectables en las vacunas.

En veterinaria, las contaminaciones vacunales con pestivirus patogénicos han tenido efectos mucho más perversos. Así, en la década de los ochenta del siglo pasado, una vacuna de Aujezsky francesa, contaminada con virus de la enfermedad de Border de los corderos, provocó el aborto de miles de cerdas. Una vez más el vehículo del virus contaminantes provenía de los cultivos primarios de riñón de cordero para obtener el virus vacunal de Aujezsky.

Más adelante, a finales de los años noventa, una empresa española puso lotes de vacuna de Aujezsky en el mercado que estaban contaminados con otro pestivirus, en este caso un virus de la PPC. Aunque el virus contaminante no produjo efectos patógenos aparentes a los cerdos vacunados, sí que interfirió en los programas de erradicación de la PPC que se estaban llevando a cabo en aquellos años, ya que indujo una respuesta serológica que evidentemente se confundía con la inducida por el virus virulento. Con la aparición de la PCR se vio que se disponía de una herramienta más sensible para la detección de virus adventicios que, en muchos casos, mejoraba de forma importante los tradicionales métodos de aislamiento e identificación en cultivos celulares. Las contaminaciones vacunales por pestivirus pero, pese la alta sensibilidad de la PCR, continúan siendo un peligro bien real. Estudios recientes hechos a raíz de los efectos producidos por una vacuna viva de una multinacional alemana contra la rinotraqueitis infecciosa bovina, contaminada con pestivirus, han demostrado que no había diferencia de sensibilidad entre la inoculación a animales de la especie de destino y el test in vitro en cultivos celulares.

Pese a la imposibilidad de excluir el 100% los riesgos de contaminación vírica, hay que decir que con las modernas técnicas moleculares se han introducido mejoras considerables en los procedimientos de detección de contaminantes conocidos, quedará como siempre la imposibilidad de detectar contaminantes desconocidos que no encontramos porque no sabemos cómo buscar.

Con el desarrollo de las nuevas técnicas moleculares se han abierto nuevas vías que ofrecen unas posibilidades insospechadas hasta hace poco. Y esto nos lleva a preguntarnos,

Cuál es el futuro de la vacunología?

La vacunología es una ciencia que sigue unos métodos inductivos de búsqueda que se aplican sistemáticamente y que a menudo dan frutos evidentes. Los avances en nanotecnología llevarán, seguro, al descubrimiento y desarrollo de nuevas drogas y nuevos sistemas de administración que mejorara la efectividad y la seguridad de las vacunas, aumentando la especificidad de su acción al identificar de forma precisa las dianas del sistema inmunitario. Las formulaciones vacunales serán mejor absorbidas y producirán menos efectos secundarios. Los microarrays de tamaño nano y los Quantums dots permitirán la identificación exacta de las vías genéticas y proteómicas asociadas a diversas enfermedades y crearán las dianas precisas para evaluar nuevas terapias preventivas.

Dentro de las nuevas estrategias para mejorar la calidad, la eficacia y la seguridad de las vacunas, se continuaran explotando las nuevas vías de administración, especialmente la oral y la dérmica, que pueden ofrecer ventajas importantes. En vacunología humana se han hecho grandes avances en cuanto a estas vías, pero la complejidad y diferente conformación del tracto digestivo de las distintas especies animales provoca que haga falta un estudio más detallado. Además, en cuanto a la vía dérmica, la presencia de la espesa capa de piel y la sólida estructura dérmica de los animales hace que se planteen problemas de difícil solución.

Actualmente, muchas empresas biotecnológicas están invirtiendo miles de dólares en la obtención de las llamas vacunas comestibles. Se prevé que estas empresas crecerán alrededor del 15% anual en los próximos 5 años. La búsqueda de vacunas comestibles se basa en utilizar plantas como bioreactores que transforman la energía lumínica en proteínas. Las plantas, que pueden expresar eficientemente proteínas inmunogénicas, tienen unas ventajas claras sobre los clásicos bioreactores como es un menor coste en el escalado y la producción así como una reducción en el tiempo de desarrollo, la facilidad de purificación y, lo que es más importante, la seguridad biológica del producto.

Esta forma de producción utilizando plantas transgénicas fue publicada por primera vez en 1992, cuando se describió la expresión del antígeno de superficie del virus de la hepatitis B. para hacerse una idea potencial de esta tecnología, hay que remarcar que 1 Ha de tabaco plantado produce  alrededor de 100 toneladas de materia vegetal y que un invernadero de 250m2 puede producir un gramo de anticuerpo a un coste que es una décima parte de lo que costaría producirlo en un clásico fermentador de células.

Dentro del complejo mundo de los virus, en  las últimas décadas hemos podido observar su natura viva y cambiante, tal como ha pasado en el caso de los coronavirus (SARS) y orthomyxovirus (influenza) con la aparición de variantes altamente patogénicas  como es la de los serotipos aviares con H de tipo 5, capaces de atravesar la barrera de especia y golpear mortalmente los humanos (China, Vietnam, Rusia, Turquía…) Las mutaciones víricas constantes de formas virulentas a atenuados y de formas atenuadas a formas patogénicas asustan hasta a los vacunólogos más experimentados.

Pero no son solo las mutaciones repentinas de virus ya identificadas las que ponen a prueba la eficacia de las vacunas, si no la aparición de virus hasta entonces desconocidos o adormecidos, como es el caso del virus PRRS, del PCV2 y del Nipah que consiguió atravesar la barrera de especie e infectar a los humanos. También el virus VIH del SIDA en humano, del virus de la enfermedad vírica hemorrágica (RHD) en conejos o del virus de la TRT en gallinas, sólo por nombrar algunos de los más significativos. Y, recientemente, del virus de SARS, un coronavirus humano. Así pues, la vacunología no se acaba con la prevención, más o menos efectiva de las enfermedades clásicas, sino que tiene que contemplar nuevos retos derivados de la aparición de nuevos virus, algunos de ellos totalmente desconocidos, de naturaleza cambiante con un alto índice de mutación que hacen más complejo encontrar una vacuna efectiva y segura pero,

Existe la vacuna ideal?

La vacuna ideal es aquella que es segura, efectiva y de alta calidad que protege el 100% de los vacunados que, además, les protege de por vida con una sola administración y por una vía no traumática.

Esta que acabamos de definir, sería realmente la vacuna perfecta, la vacuna ideal que hemos nombrado antes, pero por ahora es aún una vacuna utópica que hay que buscar incesantemente, como los filósofos griegos y los idealistas del siglo XIX buscaban la utopía en las relaciones humanas, la perfección en el comportamiento y la felicidad.  

Seguro que aún tendrán que pasar muchos años hasta que no nos acerquemos a este objetivo, tan legítimo como inabastable en su totalidad pero, al comparar la situación de la vacunología a principios del siglo XIX y la situación actual nos daremos cuenta que los hitos conseguidos, especialmente durante el siglo XX, constituirían, sin duda, el logro de la utopía para aquellos pioneros entusiastas de la vacunología.

Y, de la misma forma, es muy probable que a finales del siglo XXI, fruto de los esfuerzos hechos en el campo de la búsqueda de nuevas vacunas durante los dos últimos siglos, lo que ahora es una utopía, será una realidad. 

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