Evaluation of first generation vaccines against human leishmaniasis and the implication of Leishmanin Skin Test (LST) response in disease prevalence

This study reports the detailed analysis of the data from ten different clinical trials of
first generation prophylactic vaccines (FGV) against leishmaniasis. With the
exception of one trial, clinical trials of leishmaniasis FGV's have failed to show
efficacy. However, some trials have indicated reduced infection rates in the subset of
participants whose leishmanin skin test (LST) had converted after vaccination.
Additionally boys were observed to be protected more than girls by the vaccine in one
trial.
Objectives
One objective of this study was to re-assess the effectiveness of FGV's in providing
protection. This was done both, overall, with all vaccines and trials included and
separately, in more homogeneous subsets of clinical trials. The justification for this
re-assessment was the potential ability of the combined analysis to bypass the trialspecific
limitations of individual studies and bring about the advantages of a larger
sample size. Efficacy was also evaluated in different demographic groups identified
by age, gender and endemic/non-endemic origin of participants. In addition to
efficacy, immunological response (indicated by LST) to leishmanial antigen
introduced by vaccination or naturally was evaluated in different demographic groups.
LST reaction is an indication of delayed-type hypersensitivity (DTH) and has been
used by investigators to assess exposure. Another objective of this study was to
assess the merit of LST as a marker of infection and/or immunity in endemic and nonendemic
populations.
Findings
Vaccine efficacy:
Vaccine efficacy was re-evaluated by meta-analysis. Results were consistent with the
conclusion in most clinical trials that FGV's were not efficacious - L. amazonensis
vaccines in South America were possibly the only exception. Restricting the analysis
to more homogeneous subsets of trials (similar vaccine, same causative parasite, etc)
did not change this overall conclusion. Furthermore, overall no evidence of
protection associated with LST conversion after vaccination in the vaccine arm was
observed. Additionally, different demographic groups were not different in their
infection rates after vaccination.
Other factors associated with lower incidence:
In ALM+BCG (Autoclaved L. major + Bacille Calmette-Guerin) vaccine trials in Iran,
it was observed that immunological reactivity (LST>0) 80 days after vaccination was
associated with reduced incidence if LST measurement one year after study injection
were LST≥5. This observation, was independent of the study treatment (i.e., no
difference observed between the ALM+BCG and BCG alone arms). This could
indicate a level of BCG related protection.
Reduced infection rate associated with study participation (again, regardless of
treatment) was observed in ALM+BCG trials in all participants of endemic origin
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with previous natural exposure (screening LST≥5). This confirms the protective
effect of endemic exposure associated with LST conversion.
Under endemic conditions, trials conducted with non-endemic participants showed
higher rates of infection than those with endemic participants; another observation
suggesting the effect of endemic immunity.
Exposure and LST response:
By design, two of the trials used in this analysis enrolled volunteers with LST>0 at
screening. This allowed studying natural exposure in demographic groups.
Inhabitants of an endemic focus were observed to have a different LST profile (more
frequent with smaller induration) from residents of a newly endemic focus.
LST as a marker of immunity:
LST measurement changes as a result of exposure to leishmanial antigen. However,
LST does not provide a reliable marker of immunity independently of the information
about factors that gave rise to it. For example, LST converts in a far greater percent of
vaccine arm participants compared to BCG participants. However, this difference is
not associated with better protection. Additionally, LST is subject to significant
variability from measurement to measurement. For example, in Borkhar, 38% of
participants with LST>0 at screening, had LST=0 eighty days after vaccination. This
could constitute a source of misclassification of previous exposure. Also, LST
reflects immune system stimulation due to different factors: natural exposure,
vaccination and even BCG could affect the LST response. Therefore, unless the
reasons for a reactive LST are known, LST cannot be used as a marker of immunity.
Thesis organization
This thesis is organized into 8 Chapters:
CHAPTER 1 - Background
CHAPTER 2 - Research objectives and methods
CHAPTER 3 - Efficacy of killed whole-parasite vaccines in prevention of
leishmaniasis - a meta-analysis
CHAPTER 4 - Prophylactic efficacy of whole-parasite killed vaccines in
demographic subgroups
CHAPTER 5 - Immunological response (measured by LST) in demographic
subgroups to the leishmanial antigen introduced by vaccine or
natural exposure
CHAPTER 6 - LST response as a correlate of immunity
CHAPTER 7 - Discussion
CHAPTER 8 - Conclusions and recommendations for further research
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ZUSAMMENFASSUNG
Diese Studie berichtet über die detaillierte Datenanalyse von 10 verschiedenen
klinischen Studien der prophylaktischen Impfstoffe der ersten Generation (Englisch:
„first generation prophylactic vaccines“ FGV) gegen Leishmaniose. Mit Ausnahme
von einem Versuch haben klinische Studien von Leishmaniose FGVs bisher keine
Wirksamkeit gezeigt. Jedoch haben einige Versuche verringerte Infektionsraten in
einer Untergruppe der Versuchsteilnehmer gezeigt, deren Leishmaniose Hauttest
(Englisch: „leishmanin skin test“ LST) sich nach der Schutzimpfung umgewandelt
hatte. Des Weiteren wurde in einer Studie beobachtet, dass Jungen besser von dem
Impfstoff geschützt werden, als Mädchen.
Zielsetzung
Eine Zielsetzung dieser Studie war es, neu einzuschätzen, inwieweit FGV einen
wirksamen Impfschutz herstellen können. Dieses wurde in zwei Gruppen untersucht:
insgesamt mit allen Impfstoffen und allen Versuchen zusammen, und separat mit
homogeneren Untergruppen klinischer Studien. Die Rechtfertigung für diese Studie
war die Möglichkeit der kombinierten Analyse, die Versuchs-spezifischen
Beschränkungen der einzelnen Studien überbrückt sowie die Vorteile einer größeren
Stichprobe. Die Wirksamkeit wurde in den verschiedenen demographischen Gruppen
ausgewertet, die durch Alter, Geschlecht und endemischen/nicht-endemischen
Ursprung der Teilnehmer bestimmt wurden. Zusätzlich zur Wirksamkeit wurde die
immunologische Reaktion zum Leishmaniosis Antigen (angezeigt durch LST), das
durch Schutzimpfung oder natürlich eingeführt wurde, in den verschiedene
demographischen Gruppen ausgewertet. Die LST-Reaktion ist ein Indiz für eine
verzögerte Überempfindlichkeit (Englisch: „delayed-type hypersensitivity” DTH) und
wird in Studien verwendet, um eine Exposition festzustellen.
Eine weitere Zielsetzung dieser Studie war, den Benefit von LST als Markierung der
Infektion und/oder der Immunität in den endemischen und nicht-endemischen
Gruppen zu evaluieren.
Ergebnisse
Wirksamkeit des Impfstoffes:
Die Wirksamkeit des Impfstoffes wurde durch eine Meta-Analyse neu bewertet. Das
Ergebnis der Meta-Analyse deckt sich mit den Schlussfolgerungen der meisten
klinischen Studien, die FGVs als nicht wirkungsvoll bewerten. Die wahrscheinlich
einzige Ausnahme bilden die L. Amazonensis-Impfstoffe in Südamerika. Die
Beschränkung der Analyse auf homogenere Untergruppen der Studien (ähnlicher
Impfstoff, der gleiche kausale Parasit, usw.) erbrachte keine Änderung der
Schlussfolgerung. Darüber hinaus wurde in der Impfgruppe beobachtet, dass die
Umwandlung des LST-Tests nach Impfung nicht mit einem Impfschutz assoziiert ist.
Zusätzlich unterschieden sich die verschiedenen demographischen Gruppen nicht in
ihren Infektionsraten nach der Schutzimpfung.
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Andere Faktoren, die mit geringer Inzidenz assoziiert sind:
Bei Versuchen mit dem ALM+BCG (Autoklavierten L. major + Bacille Calmette-
Guerin)-Impfstoff im Iran wurde beobachtet, dass die immunologische Reaktion
(LST> 0) 80 Tage nach der Impfung mit einer verringerten Inzidenz verbunden war,
wenn der LST ein Jahr nach der Impfung LST≥5 war. Dieses Ergebnis war
unabhängig von der Art der Impfung (d.h., kein Unterschied zwischen den
ALM+BCG und nur-BCG Gruppen). Dieses könnte ein gewisses Mass eines BCGbezogenen
Schutzes anzeigen.
Die verringerte Infektionsrate, die mit Studienteilnahme verbunden ist (wiederum
unabhängig von der Behandlung) wurde in den ALM+BCG- Versuchen in allen
Teilnehmern der endemischen Gruppe mit vorangegangener natürlicher Exposition
beobachtet (LST≥5). Dieses bestätigt den schützenden Effekt der endemischen
Exposition verbunden mit LST-Umwandlung.
Unter endemischen Bedingungen zeigten die Versuche, die mit nicht-endemischen
Teilnehmern durchgeführt wurden eine höhere Infektionsrate, als die mit endemischen
Teilnehmern; eine weitere Beobachtung, die auf den Effekt der endemischen
Immunität hinweist.
Exposition und LST-Antwort:
Zwei der Studien, die in dieser Analyse untersucht wurden, hatten Freiwillige mit
einem LST>0 eingeschlossen. Dieses ermöglichte die Untersuchung natürlicher
Exposition in den demographischen Gruppen. Es wurde beobachtet, dass Bewohner
einer endemischen Region ein anderes LST-Profil aufwiesen (häufiger mit geringerer
Verhärtung), als Bewohner eines neu entstandenen endemischen Gebietes.
LST als Immunitäts-Marker:
Die Messung von LST ändert sich als Resultat von einer Belastung durch das
Leishmaniose-Antigen. Jedoch liefert LST keine zuverlässige Markierung der
Immunität unabhängig der Informationen über Faktoren, die sie verursachten. Zum
Beispiel wandelt LST sich zu einem weit größeren Prozentsatz in den Impf-Gruppen
um, als BCG-Gruppen. Jedoch ist dieser Unterschied nicht mit besserem Schutz
verbunden. Darüber hinaus ist der LST-Test sehr variabel: Zum Beispiel hatten in
Borkhar 38% der Teilnehmern mit einem LST>0 bei den Vortests, einen LST von 0
achtzig Tage nach der Impfung. Dieses könnte eine Quelle für Fehlklassifizierung der
vorhergehenden Expositiondarstellen. Ebenso spiegelt der LST die
Immunsystemanregung aufgrund verschiedener Faktoren wider: natürliche Exposition,
Impfung, und sogar BCG konnten die LST-Antwort beeinflussen. Folglich eignet sich
der LST nicht als Immunitäts-Marker; es sei denn, die Gründe für einen reagierenden
LST sind hinreichend bekannt.
Gliederung
Diese Arbeit ist in acht Kapitel gegliedert:
KAPITEL 1 - Hintergrund
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KAPITEL 2 - Forschungszielsetzungen und -methoden
KAPITEL 3 – Die Wirksamkeit von abgetöteten Voll-Parasit-Impfstoffen in der
Prävention der Leishmaniose - eine Meta-Analyse
KAPITEL 4 – Die prophylaktische Wirksamkeit des Voll-Parasit-Impfstoffes in
den demographischen Untergruppen
KAPITEL 5 – Immun-Reaktion (gemessen durch LST) in den demographischen
Untergruppen zum Leishmaniose-Antigen durch Impfstoffe oder
natürliche Exposition
KAPITEL 6 - LST-Antwort als Korrelat der Immunität
KAPITEL 7 - Diskussion
KAPITEL 8 - Zusammenfassungen und Empfehlungen für weitere Forschung