Come funzionano i vaccini e perché sono obbligatori: allenano il sistema immunitario a proteggerci

Un vaccino prepara il sistema immunitario all’incontro con un patogeno, cioè quell'agente capace di provocare una malattia. Può contenere il microrganismo indebolito o inattivato, una sua parte oppure le istruzioni per produrne temporaneamente una componente. Le diverse tecnologie, dai vaccini tradizionali a quelli con tossine inattivate (come quello per il tetano) fino a quelli a vettore virale o che usano mRNA, percorrono strade differenti ma hanno lo stesso obiettivo: stimolare anticorpi e cellule della memoria immunitaria, capaci di riconoscere più rapidamente il pericolo. La protezione ottenuta può impedire l’infezione oppure ridurre soprattutto le forme gravi e i ricoveri; quando limita anche la trasmissione, il beneficio si estende alla comunità. Prima dell’autorizzazione e dell'immissione in commercio, il vaccino deve superare studi di laboratorio e sperimentazioni su umani in gruppi via via più numerosi, che ne valutano effetti collaterali, sicurezza e dosi ottimali. Ma i controlli non si fermano alle sperimentazioni: proseguono anche dopo la distribuzione.

Disclaimer: questo articolo ha carattere puramente divulgativo. Per qualsiasi dubbio o informazione medica, invitiamo a fare riferimento al proprio medico curante.

Che cos'è un vaccino

Come riportato, tra le numerose fonti, anche dall'AIFA (Agenzia Italiana del Farmaco), un vaccino è una preparazione biologica che induce una risposta immunitaria senza che l'organismo debba affrontare prima la malattia. La componente essenziale è l'antigene, cioè ciò che il sistema immunitario può riconoscere come estraneo all'organismo stesso. Si possono usare:

• batteri o virus della malattia stessa che vengono resi innocui così da non farci ammalare, ma fungere solo come "identikit del sospettato" per il sistema immunitario;
• parti specifiche del patogeno, come una proteina, uno zucchero prodotto dal patogeno, o le istruzioni con cui le cellule producono per poco tempo l'antigene;
• tossine (inattivate o rese innocue) prodotte dal microrganismo patogeno

L'obiettivo è sempre quello di insegnare al sistema immunitario a riconoscere il patogeno (o qualche suo derivato) così è pronto ad affrontarlo qualora dovesse incontrare la forma attiva del patogeno. La formulazione può contenere sostanze stabilizzanti e un adiuvante, un segnale d'allarme che rafforza la risposta e può permettere di usare meno antigene.

Come il vaccino attiva le difese immunitarie

La review di Pollard e Bijeker riassume come dopo la somministrazione del vaccino interviene la risposta innata, la difesa più rapida dell'organismo. Le cellule del sistema immunitario innato, soprattutto le cellule dendritiche e i macrofagi, inglobano l'antigene, lo dividono in frammenti e ne mostrano alcuni sulla superficie: una sorta di identikit dell'invasore. A questo punto, le cellule dendritiche raggiungono quindi i linfonodi e presentano l'antigene a cellule chiamate linfociti T, che imparano a riconoscere e distruggere l'antigene e coordinano la risposta immunitaria. I linfociti T, inoltre aiutano altre cellule, chiamate linfociti B, che si moltiplicano e si specializzano. Alcuni linfociti B diventano plasmacellule e producono anticorpi (proteine che bloccano o segnalano il patogeno alle altre difese) specifici per quell'antigene. Determinati vaccini attivano anche particolari linfociti T (i linfociti T CD8), che eliminano direttamente le cellule già infettate.

Finita la prima risposta, alcuni linfociti B e T diventano cellule della memoria che possono restare nell'organismo per mesi o anni! Inoltre, alcune plasmacellule possono sopravvivere a lungo e continuare a produrre anticorpi. In questo modo, se lo stesso antigene ricompare, l'organismo non deve ripartire da zero, ma può utilizzare le cellule della memoria e gli anticorpi presenti per reagire al patogeno più velocemente e in maniera più efficace. 

La memoria, però, non dura allo stesso modo per tutti i vaccini. Contro malattie molto rapide potrebbe non esserci il tempo di ricostruire abbastanza anticorpi: i richiami servono anche a mantenerli sopra una soglia protettiva. Essere vaccinati non significa necessariamente impedire qualsiasi infezione. A seconda del prodotto, il risultato può essere la riduzione delle infezioni, della malattia, delle forme gravi oppure dei ricoveri.

Le tipologie principali e come funzionano

Negli anni gli scienziati sono stati capaci di sviluppare tanti tipi di vaccino, tenendo conto di numerosissimi fattori. La scelta del tipo di vaccino dipende dal patogeno, dalla risposta cercata, dalla sicurezza e dalla possibilità di produrre e distribuire il vaccino. Tra le numerose fonti che ne parlano, molto accessibile è il Portale europeo delle informazioni sulla vaccinazione.

Vaccini vivi attenuati

Il microrganismo può ancora replicarsi, ma è stato indebolito affinché non provochi la malattia in chi ha difese funzionanti. Simile a un'infezione naturale, stimola una risposta intensa, ma richiede cautele in presenza di alcune carenze immunitarie. Fanno parte di questa categoria il vaccino per il morbillo, la parotite, la rosolia e la varicella.

Vaccini inattivati

Contengono il patogeno ucciso con metodi chimici o fisici. Non può moltiplicarsi e la risposta, diretta contro diverse sue componenti, è in genere meno intensa: possono servire un adiuvante e più dosi.

Vaccini a subunità

Mostrano soltanto una parte del bersaglio, per esempio, una proteina. Non causano la malattia, ma mostrano al sistema immunitario una parte del patogeno da riconoscere. Un po' come mostrare il "distintivo" del patogeno. Le particelle simil-virali imitano il guscio del virus senza contenerne il materiale genetico. Esempi di questo tipo di vaccino sono quello per il papilloma virus umano (HPV) e quello per l'epatite B.

Vaccini tossoidi

Usano tossine batteriche inattivate che gli anticorpi imparano a neutralizzare. Ne sono un esempio i vaccini contro tetano e difterite;

Vaccini coniugati

In questi vaccini, alcuni zuccheri della superficie batterica, chiamati polisaccaridi, vengono legati a una proteina. Da solo, l'antigene zuccherino del batterio produrrebbe una memoria debole nei bambini piccoli; il legame coinvolge invece i linfociti T e permette di ottenere anticorpi migliori e cellule della memoria.

Vaccini a vettore virale

Affidano le istruzioni a un virus modificato e talvolta incapace di replicarsi. Usato come trasportatore, entra nelle cellule e fa produrre loro l'antigene. Può stimolare anche i linfociti T CD8. Se però l'organismo ha già difese contro quel virus, o le sviluppa dopo la prima dose, può eliminare il vettore prima che svolga pienamente il suo compito.

Vaccini ad acidi nucleici

Altri tipi di vaccini, sono quelli riportati da Ghattas e colleghi, i quali illustrano che si possano utilizzare anche DNA e RNA messaggero (mRNA) per fornire istruzioni alle cellule per produrre proteine batteriche (un po' come i vaccini a vettore virale), ma seguono percorsi diversi. Nel caso in cui si usino pezzetti di DNA, questo deve entrare nel nucleo, dove viene copiato in mRNA, che a sua volta passa nel citoplasma e raggiunge i ribosomi, le strutture che assemblano le proteine. Questi leggono l'mRNA e producono la proteina (che diventerà l'antigene) corrispondente. Portare il DNA dentro le cellule in modo efficiente è una delle difficoltà di questa strategia e può richiedere sistemi particolari.

Il vaccino a mRNA, come riportato anche dal Portale europeo salta il passaggio nel nucleo: consegna direttamente il messaggio con le istruzioni per produrre l'antigene ai ribosomi. Poiché è fragile, l'mRNA viene racchiuso in nanoparticelle lipidiche, minuscoli involucri di grassi che lo proteggono, ne facilitano l'ingresso nelle cellule e contribuiscono ad attivare le difese.

Partire dalla sequenza genetica, senza coltivare il patogeno, può accelerare la progettazione e facilitare l'adattamento a un bersaglio diverso. L'mRNA può inoltre essere prodotto mediante trascrizione fuori dalle cellule. Restano alcuni ostacoli: deve essere purificato, protetto dalla degradazione e mantenuto stabile durante conservazione e trasporto, con una catena del freddo adeguata.

Dal laboratorio al commercio

Individuati l'antigene e la tecnologia, il candidato vaccino viene studiato su cellule o altri sistemi di laboratorio e poi negli animali. Si valutano risposta immunitaria, tossicità e capacità protettiva. Soltanto una parte arriva alla sperimentazione sull'uomo. L'Unione Europea, ricorda che, prima di immettere in commercio il vaccino, come per qualsiasi altro farmaco, anche sull'uomo si seguono varie fasi, riportate anche dall'Istituto Superiore di Sanità:

• La fase I coinvolge piccoli gruppi di adulti sani e valuta soprattutto sicurezza e reattogenicità, cioè le reazioni avverse, la loro frequenza e gravità. Per i vaccini pediatrici si procede gradualmente dagli adulti fino ai lattanti.
• In fase II si passa a centinaia o migliaia di partecipanti simili ai futuri destinatari. Si confrontano dosi (per individuare le dosi ottimali) intervalli di validità, si e si cercano i primi segnali di efficacia.
• La fase III coinvolge migliaia di persone in condizioni vicine all'uso reale, assegnate casualmente al vaccino o a un gruppo di confronto (con placebo) per ottenere risultati meno influenzati da differenze preesistenti.

I controlli continuano dopo l'autorizzazione. Gli studi di fase III, anche se coinvolgono migliaia di persone e possono rilevano effetti comuni come dolore nel punto dell'iniezione, febbre o malessere, difficilmente riescono a individuare un evento più complesso che appare ogni centomila o un milione di dosi. Dopo l'autorizzazione comincia quindi la fase IV, con controlli più ampi,  e più lunghi che permettono di rilevare anche questi effetti rarissimi e di valutare l'efficacia del farmaco in popolazioni sottorappresentate negli studi, come riportato anche dall'AIFA. Questo monitoraggio continuo avviene in parte anche grazie alla raccolta di segnalazioni di effetti avversi tramite il portale europeo o il sistema di Farmacovigilanza italiano dell'AIFA.

È importante sottolineare che l'efficacia indica di quanto diminuisce il numero di nuovi casi tra i vaccinati rispetto ai non vaccinati. Non è quindi la semplice percentuale di persone protette in ogni situazione. In pratica, un'efficacia del 95% non significa che il vaccino funziona su 95% di persone e sul 5% no: significa che, nella popolazione osservata durante lo studio, i casi si sono ridotti del 95%, rispetto a quanti se ne sarebbero verificati senza vaccino.

Un esempio specifico di quanto siano importanti le varie fasi di ricerca, riportato in uno studio di Singh e Mehta, è lo sviluppo del vaccino contro il rotavirus RIX4414, poi commercializzato come Rotarix, il quale passò dagli adulti ai bambini già entrati in contatto con il virus e poi ai lattanti. In uno studio di fase II su 215 bambini, la comparsa degli anticorpi cercati raggiunse il 95%; l'efficacia fu dell'89% contro tutte le gastroenteriti da rotavirus e del 78% contro quelle gravi. La fase III arruolò 63.225 bambini. Tra i 20.169 seguiti anche per l'efficacia, il vaccino raggiunse l'85% contro la gastroenterite grave e i ricoveri. Un campione così grande serviva anche a studiare un possibile evento intestinale poco comune.

Dalla persona alla comunità

Un vaccino dunque ci protegge da un patogeno o evita che ci ammaliamo in maniera grave. Se ostacola anche l'infezione e la trasmissione, protegge indirettamente chi non lo ha ricevuto o non ha sviluppato una risposta sufficiente. Quando abbastanza persone sono immuni, le catene di contagio possono interrompersi. È la cosiddetta protezione di comunità, spesso chiamata immunità di gregge. La percentuale di persone vaccinate necessaria a raggiungere questa "protezione comunitaria" dipende dal patogeno: per una malattia molto contagiosa come il morbillo, per esempio, può avvicinarsi al 95%.

Quanto abbiano contato i vaccini negli ultimi 50 anni nel proteggere la comunità è stato stimato nel 2024 da uno studio pubblicato su The Lancet. I ricercatori hanno combinato 22 modelli matematici e statistici con i dati sulla copertura vaccinale e sulle malattie in 194 Stati membri dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS). Hanno considerato 14 patogeni e confrontato il periodo 1974-2024 con uno scenario ipotetico senza quelle vaccinazioni. Non è dunque un conteggio diretto, ma una stima ottenuta confrontando due scenari.

Secondo i modelli, in cinquant'anni i programmi vaccinali hanno evitato 154 milioni di morti: 146 milioni tra i bambini con meno di cinque anni e 101 milioni tra quelli con meno di un anno. Gli anni di vita in piena salute guadagnati sono stimati a 10,2 miliardi. La vaccinazione avrebbe inoltre contribuito al 40% della riduzione globale della mortalità infantile. Il contributo maggiore è attribuito al vaccino contro il morbillo, con 93,7 milioni di vite salvate. Dalla stima erano esclusi, tra gli altri, i vaccini contro COVID-19, influenza e papillomavirus, oltre al beneficio dell'eradicazione del vaiolo. Le cifre mostrano quanto preparare il sistema immunitario possa cambiare la sopravvivenza di intere generazioni.

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