Durante l’epidemia di peste che imperversò su Atene nel 430 a.C., Tucidide notò che il “male” non colpiva mai due volte la stessa persona o, se questo accadeva, raramente la malattia era letale (La guerra del Peloponneso; libro II, 51, 6): è questa la prima descrizione del funzionamento del sistema immunitario e, indirettamente, del principio su cui si basano le vaccinazioni. Quando il nostro organismo viene a contatto con un agente patogeno mantiene una traccia di questo incontro, una memoria che lo rende immune alla malattia e che gli permetterà di debellare lo stesso batterio o virus nel caso di un secondo incontro. Per divenire immuni a un patogeno non è però necessario ammalarsi: il vaccino mima l’infezione e favorisce la formazione della memoria immunitaria senza causare la malattia. Secondo le stime dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), le campagne di vaccinazione hanno migliorato l’aspettativa di vita in molti Paesi e oggi contribuiscono a salvare 2-3 milioni di vite ogni anno in tutto il mondo. Nonostante questi dati, di recente si sono moltiplicate le discussioni sull’efficacia e sull’utilità dei vaccini, soprattutto per la decisione di alcuni Paesi, tra cui l’Italia, di aumentare il numero di vaccinazioni obbligatorie. Per capire come funzionano i vaccini ripercorriamo qui i princìpi che sono alla base dell’immunità e, con l’aiuto di un’infografica, riassumiamo l’impatto che le campagne di vaccinazione hanno avuto su alcune delle principali malattie infettive.  

Come funziona il sistema immunitario?

Dal momento in cui nasciamo, il nostro organismo viene a contatto con una moltitudine di agenti estranei. Molti di essi sono innocui, come quelli che formano il microbiota del nostro corpo, altri invece possono essere patogeni in grado di causare malattie infettive come l’influenza o il morbillo. Per difenderci dall’incontro con virus, batteri, funghi, protozoi e altri potenziali patogeni, il nostro sistema immunitario mette in atto diversi sistemi di difesa. La prima linea difensiva è data dalla cute e dalle mucose, che ostacolano fisicamente l’ingresso dei patogeni. Gli agenti infettivi che riescono a superare le barriere fisiche si trovano ad affrontare la seconda linea difensiva, costituita dalle proteine del complemento, dai neutrofili, dai macrofagi e dalle cellule natural killer (NK) dell’immunità innata (perché presente fin dalla nascita in tutti gli individui). Questi sistemi di difesa sono molto efficaci ma piuttosto aspecifici, cioè non distinguono tra un patogeno e un altro. Dal punto di vista evolutivo sono tra i più antichi sistemi di difesa: non stupisce quindi che, nel continuo braccio di ferro tra patogeni e sistema immunitario, molti agenti infettivi abbiano evoluto nel tempo stratagemmi per superare queste prime linee difensive. Quando ciò accade, l’organismo mette in atto una terza linea di difesa, costituita dai linfociti B e T. Rispetto alle barriere aspecifiche, questo sistema, detto immunità adattativa, fornisce un arsenale di armi più raffinate che riconosce in modo specifico gli antigeni di diversi patogeni.

L'esercito di linfociti B e T svolge due ruoli fondamentali. In primo luogo, è in grado di tenere a bada le infezioni e debellarle, allestendo nel giro di qualche ora o giorno una risposta specifica, ritagliata sulle caratteristiche antigeniche del patogeno. Il sistema immunitario è inoltre dotato di un "archivio" che tiene traccia di tutti gli antigeni che una persona ha incontrato nel corso della vita: questo archivio è la memoria immunologica, che permette all’organismo di reagire più rapidamente nel caso di un secondo incontro con lo stesso patogeno. La memoria immunologica si basa sulla produzione di anticorpi e cellule della memoria (B e T) che rimangono nell’organismo anche dopo che il patogeno è stato debellato: questo è il principio immunologico su cui si basa l’immunizzazione a lungo termine offerta dai vaccini.  

Come funzionano i vaccini?

La memoria immunologia verso un certo antigene può essere acquisita in due modi.

• Immunizzazione naturale: nel corso di un’infezione veniamo direttamente a contatto con il patogeno; a seconda dei casi, questo incontro può farci ammalare oppure passare inosservato senza causare sintomi evidenti.
• Immunizzazione artificiale: la memoria immunitaria è guidata dalla vaccinazione, ovvero la somministrazione di una forma attenuata o innocua di uno patogeno o di sue parti. In questo caso, il vaccino attiva una risposta immunitaria specifica come se l’organismo si trovasse di fronte all’agente infettivo vero e proprio, ma senza causare la malattia.

Un vaccino efficace permette quindi di far sviluppare una memoria immunitaria preventiva: una persona vaccinata contro un certo agente infettivo, per esempio il virus del morbillo, non contrarrà la malattia nemmeno quando verrà a contatto con il virus vero e proprio. Le cellule della memoria sviluppate dal vaccino debelleranno rapidamente il virus, senza la comparsa dei sintomi caratteristici della malattia. Nel caso di malattie contagiose, i vaccini hanno anche un secondo effetto fondamentale: oltre a proteggere la persona vaccinata, i vaccini contribuiscono a creare un’immunità di gruppo (o di gregge, dall’inglese herd immunity).

La vaccinazione di massa contro un patogeno ne impedisce la diffusione nella popolazione e scongiura il rischio di una epidemia: se molte persone sono vaccinate, il patogeno avrà statisticamente meno opportunità di infettare qualcuno e l’infezione verrà arginata. Se la copertura vaccinale di una popolazione verso un certo patogeno raggiunge un tasso molto alto (generalmente superiore al 90-95%), le opportunità di diffusione del virus saranno ridotte quasi a zero. L’immunità di gruppo permette quindi di proteggere anche le persone che non possono vaccinarsi: tra i gruppi a rischio ricordiamo i neonati al di sotto dell’età raccomandata per la vaccinazione, le persone che non risponderebbero alla vaccinazione a causa di deficit immunitari, chi segue terapie immunodepressive perché ha ricevuto un trapianto d’organo o ha una malattia autoimmune, oppure i pazienti il cui sistema immunitario è debilitato dai chemioterapici o da un recente trapianto di midollo. In queste e altre persone a rischio, la protezione dalle infezioni dipende strettamente dall’effetto gregge e dalla copertura vaccinale della comunità in cui vivono.

Come si ottiene un vaccino?

I vaccini attualmente disponibili si dividono in due categorie: i vaccini tradizionali e quelli ricombinanti. Tra queste due categorie esistono importanti differenze, ma il comune denominatore è sempre la presenza di un antigene che, una volta inoculato, stimola la formazione di una memoria immunitaria specifica. I vaccini tradizionali, i primi a essere sviluppati, si basano su diverse strategie, tutte ugualmente importanti perché un tipo di vaccinazione può funzionare bene contro un patogeno ma essere inefficace contro un altro. Per esempio, i vaccini inattivati si ottengono da agenti infettivi uccisi, che non sono quindi in grado di causare la malattia, ma mantengono le proprietà antigeniche necessarie ad attivare la risposta immunitaria. Esempi di vaccini inattivati sono quello impiegato per l’epatite A e il vaccino Salk contro la poliomielite. I vaccini vivi attenuati (come quelli per il morbillo, la rosolia, la parotite, la varicella, la febbre gialla e la tubercolosi) sono prodotti a partire da agenti infettivi resi non patogeni (per esempio, per mezzo del calore o di sostanze chimiche che ne riducono la capacità infettiva). Questi sono considerati tra i vaccini più efficaci, ma possono causare lievi sintomi e, soprattutto nel caso dei virus, è possibile che il patogeno si riattivi e riacquisti la capacità infettiva, come è stato documentato in alcuni casi per il vaccino Sabin, un vaccino orale antipolio. Nonostante il rischio di retromutazione, al vaccino Sabin va il merito di aver contribuito a eradicare la poliomielite in molte regioni del mondo, soprattutto le più povere. Dopo l’eradicazione della polio in Europa, in Italia viene somministrato solo il vaccino Salk inattivato che, seppure meno efficace, non ha rischi di riattivazione. L’evenienza di retromutazioni viene azzerata dall’uso di vaccini a subunità (o ad antigeni purificati), che non contengono agenti infettivi integri (né uccisi, né attenuati), ma solo alcuni frammenti batterici o virali purificati. Fanno parte di questa categoria il vaccino acellulare contro la pertosse e quello antimeningococco. Negli ultimi decenni, la ricerca sui vaccini ha fatto un ulteriore passo avanti sul fronte della sicurezza e dell’efficacia. Grazie alle biotecnologie e alle tecnologie del DNA ricombinante, il genoma di alcuni patogeni è stato modificato in modo mirato per renderlo incapace di completare il proprio ciclo infettivo (e quindi sicuro), ma preservando la sua capacità di stimolare la risposta immunitaria. Un esempio di vaccino ricombinante è quello attualmente in uso contro l’epatite B, una grave malattia del fegato causata dal virus HBV. Questo vaccino ricombinante si basa su l’antigene virale HBsAg, una proteina presente nel rivestimento esterno del virus. Una categoria particolare è quella dei vaccini ad anatossine che si basano sulle tossine provenienti dall’agente infettivo (come la tossina difterica o quella tetanica); la tossina inoculata non è di per sé in grado di scatenare la malattia, ma è sufficiente per innescare le difese dell’organismo.

Quali vaccini abbiamo a disposizione e quanto sono efficaci?

La vaccinazione è uno degli strumenti più efficaci per prevenire e controllare la diffusione di malattie infettive in una popolazione. Secondo le stime dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), ogni anno le campagne di vaccinazione salvano 2-3 milioni di vite. A questo beneficio si aggiunge il fatto che i vaccini, impedendo l’insorgenza delle malattie, aiutano a limitare l’uso degli antibiotici che verrebbero usati per curarle e contrastano quindi il flagello dell’antibiotico-resistenza. In Italia, il calendario vaccinale del Piano di Prevenzione Vaccinale 2017-2019 prevede 15 vaccini da somministrare dai primi 30 giorni di vita fino ai 60 anni di età. Tra questi vi sono i dieci resi obbligatori dal Decreto vaccini (convertito in legge il 28 luglio 2017) necessari per l’iscrizione a scuola. Queste vaccinazioni, da somministrare secondo un preciso calendario vaccinale, proteggono dalle seguenti malattie: poliomielite, difeterite, tetano, epatite B, pertosse, meningite da Haemophilus influenzae, morbillo, rosolia, parotite e varicella. Una simile vaccinazione a tappeto punta ad aumentare la copertura vaccinale (cioè la percentuale di individui vaccinati) per un certo patogeno. Più è alta la copertura vaccinale, più diminuiscono le probabilità che un agente infettivo possa circolare nella popolazione. Per ottenere l’effetto gregge, la copertura vaccinale deve essere molto alta e raggiungere circa il 95% della popolazione, come suggerito dall’OMS.

È grazie alle vaccinazioni di massa che, nel 1979, il vaiolo è stato dichiarato eradicato in tutto il mondo e oggi non è più necessario vaccinarsi. Un’altra malattia praticamente scomparsa dal nostro paese grazie alle vaccinazioni di massa è la poliomielite. Questa patologia è causata da un virus che causa inizialmente un’infezione intestinale, ma poi può localizzarsi nel sistema nervoso, causando la paralisi degli arti e dei muscoli respiratori. Nel 1952, una grave epidemia ha causato circa 30 mila decessi solo negli Stati Uniti e in tutto il mondo sono state migliaia le persone che sono rimaste paralizzate. In Italia l’ultimo caso di un’infezione naturale registrata risale al 1982 e in Europa (in blu nell’infografica) il numero di casi di poliomielite registrati nel 2016 è stato pari a zero. Questo dimostra che 36 anni di campagna vaccinale continuativa hanno permesso di arginare efficacemente la diffusione del virus in Europa e di debellare la poliomielite. Tuttavia, in Italia le stime ISS del 2017 mostrano che in diverse regioni la copertura vaccinale non raggiunge l'obiettivo minimo del 95%. Un dato importante perché, a differenza del vaiolo, la poliomielite non si può considerare eradicata a livello globale. In altre regioni del mondo (Sud-Est asiatico e continente americano) si registrano ancora casi sporadici, che dimostrano che il virus è ancora in circolazione e potrebbe tornare a diffondersi anche nei Paesi in cui attualmente è stato eradicato. Questo è quello che è accaduto, per esempio, nel caso della difterite, causata da Corinebacterium diphteriae, la cui tossina compromette il cuore e il sistema nervoso. Nonostante l’incidenza di questa malattia sia in calo in tutto il mondo (il numero di casi registrati è sceso da 97511 nel 1980 a 6736 nel 2016), esistono alcune sacche di persistenza del virus. Emblematico è il caso della Russia, dove le vaccinazioni erano state interrotte in seguito alla dissoluzione dell’Unione Sovietica: dopo decenni in cui l’incidenza di questa malattia si era praticamente ridotta a zero, alla fine degli anni Novanta la difterite è riemersa, causando violente epidemie con migliaia di persone colpite. Dal 2016 è in corso una grave epidemia anche in Venezuela. Tra tutte le malattie analizzate nell’infografica, la parotite è l’unica la cui incidenza a livello globale manifesta una tendenza all’aumento. Un dato che preoccupa per le conseguenze a lungo termine che può avere la malattia. La parotite è una malattia virale che porta all’ingrossamento delle ghiandole salivari, in particolare delle parotidi che si trovano sotto i padiglioni auricolari (motivo per cui la malattia è chiamata anche orecchioni). Anche se l’infezione può rimanere asintomatica in circa il 30% dei casi, il virus può avere gravi conseguenze a lungo termine, soprattutto a carico dell’udito: la parotite è la prima causa di sordità neurosensoriale infantile acquisita (incidenza pari a 5/100.000 casi di malattia) ed è responsabile di altre complicanze come encefaliti, meningiti, pancreatite, danni permanenti all’udito e, se contratta in età adulta, sterilità. Meritano una riflessione a parte le malattie esantematiche, spesso ritenute poco pericolose per i bambini. Per molti l’unico sintomo di queste malattie è l’eritema, che è considerato un fastidioso contrattempo o poco più. In realtà, l’eritema è solo una delle manifestazioni di queste malattie, che possono invece causare complicanze anche gravi. L’esempio più emblematico è quello del morbillo, su cui l’opinione pubblica si è concentrata di recente per le nuove ondate della malattia. All'inizio del 2015 numerosi casi di morbillo hanno interessato gli Stati Uniti e, in particolare, la California, dove un’impennata di infezioni fu registrata tra chi aveva frequentato il parco di divertimenti Disneyland. Il virus del morbillo è molto infettivo e si trasmette per via aerea; oltre a causare la caratteristica eruzione cutanea, l’infezione provoca febbre alta, faringite e congiuntivite. Tra le complicanze più gravi vi è l'encefalite, che si presenta in un caso ogni mille (1/1000): nel 40% dei casi può portare a danni permanenti e nel 15% dei casi può causare la morte. Il morbillo è, nei primi anni di vita, una delle principali cause di morte nei Paesi in via di sviluppo, ma non solo. Significativa è la testimonianza di Roald Dahl, il celebre autore di libri per l’infanzia che nel 1962 perse la figlia Olivia proprio a causa dell’encefalite morbillosa. La pericolosità della malattia non si limita però alla fase acuta: il virus può persistere a livello cerebrale e i danni neurologici possono fare la loro comparsa anche ad anni di distanza (panencefalite sclerosante subacuta). Studi recenti hanno inoltre messo in luce un altro aspetto: tra gli effetti a lungo termine dell’infezione vi è anche un generale indebolimento delle difese immunitarie che espone, anche nei bambini guariti dalla malattia, a un pericoloso strascico di altre infezioni. In Italia, la copertura vaccinale contro il morbillo ha registrato un calo tra il 2013 e il 2015; ora i dati mostrano una lieve ripresa (91,67% nel 2017), ma la copertura si mantiene ancora al di sotto dell'obiettivo minimo del 95%. Un’altra malattia esantematica per cui è disponibile un vaccino è la rosolia. In età infantile questa infezione ha in genere un andamento benigno, ma può causare gravi anomalie fetali o l’aborto se contratta da una donna durante la gravidanza. In Italia, grazie a una vasta  campagna di vaccinazione iniziata alla fine degli anni Novanta, i casi di rosolia sono progressivamente diminuiti.

Per quale ragione i vaccini sono al centro del dibattito pubblico?

Non si può parlare di vaccini senza pensare al dibattito che in molti Paesi si sta facendo sempre più acceso. Dibattito che, in Italia, sta sfociando in un vero e proprio movimento di disobbedienza civile dopo l’approvazione del Decreto vaccini che ha aumentato il numero delle vaccinazioni obbligatorie da quattro a dieci. Alla base di questo scontento vi sono dubbi sulla sicurezza dei vaccini (quali sono gli effetti collaterali della vaccinazione? i vaccini causano l’autismo? è sicuro somministrare più vaccini contemporaneamente ai neonati?) e quelli sulla loro reale efficacia (perché bisogna vaccinarsi contro malattie scomparse nel nostro Paese? non è più efficace immunizzarsi contraendo la malattia naturale?). L’OMS, così come l’ISS in Italia, sta lavorando per rispondere a questi dubbi con campagne di informazione che spiegano come i vaccini seguano un percorso di sviluppo a fasi: prima dell’immissione in commercio qualsiasi vaccino deve superare test che dimostrino che è sicuro e non causa la malattia o altri rischi per la salute; deve inoltre essere efficace, cioè garantire un’immunizzazione duratura; infine, una volta distribuito alla popolazione, deve essere continuamente monitorato per tenere sotto controllo gravi effetti collaterali imprevisti – nel qual caso, verrebbe ritirato immediatamente. Proprio come si fa con qualsiasi farmaco. Nonostante queste campagne di informazione, la spaccatura con il movimento antivaccinista sembra farsi sempre più profonda. Uno scollamento che ha preso avvio dal caso Wakefield: alla fine degli anni Ottanta l’autorevole rivista Lancet pubblicò uno studio in cui veniva suggerita una correlazione tra la l’insorgenza dell’autismo e il vaccino trivalente. Nonostante questo studio sia stato in seguito smentito e ritirato, l’onda lunga del clamore che sollevò è arrivata fino ai nostri giorni. La fiducia nei vaccini si è incrinata: da farmaci salvavita, i vaccini si trovano ora a essere demonizzati come potenziali responsabili di gravi malattie. Questa situazione di crisi può però essere lo spunto per tracciare una nuova traiettoria nel dialogo tra servizi sanitari e popolazione. Una maggiore trasparenza nella divulgazione dei dati e nella gestione dei rapporti con le aziende farmaceutiche che producono vaccini, una sorveglianza farmacologica più stringente, una migliore gestione della comunicazione sull’obbligatorietà dei vaccini: questi sono tutti aspetti che i governi dovranno affrontare se non vogliono spezzare definitivamente il filo comunicativo con la popolazione. Una maggiore trasparenza non può però essere fine a se stessa: è importante che al pubblico siano forniti non solo i dati, ma anche i metodi per analizzarli in modo critico e per comprendere alcuni dei princìpi che guidano lo sviluppo in ambito scientifico. Per esempio, è importante mostrare la complessità della ricerca, sottolineare che il criterio di valutazione si basa sul bilancio globale tra rischi e benefici, e dimostrare che la ricerca è un’attività collegiale: i risultati, favorevoli o sfavorevoli, di uno studio non significano nulla se non sono ripetibili e confermati da altri scienziati. Altrettanto importante è tenere acceso l’interesse per i nuovi sviluppi della ricerca, che non solo cerca di migliorare i vaccini esistenti per renderli sempre più sicuri ed efficaci, ma si adopera per trovare soluzioni per malattie ancora prive di un vaccino. Anche se rare nel nostro Paese, non bisogna dimenticare che ci sono malattie nel mondo che causano ogni anno migliaia di morti. Grazie alle tecniche del DNA ricombinante e alla diffusione dei sistemi di sequenziamento del DNA, sono stati di recente sviluppati i vaccini per patogeni che erano sfuggiti a molti tentativi di immunizzazione. Emblematico è il caso del vaccino ricombinante antiepatite B, che oltre a diminuire i casi di infezione epatica ha contribuito a prevenire la sua complicanza più grave, ovvero il tumore al fegato. Un altro esempio è quello del vaccino contro Haemophilus influenzae b: grazie alle biotecnologie gli immunologi hanno sviluppato un efficace vaccino coniugato, dato cioè dall’unione di un polisaccaride del capside virale con una proteina in grado di stimolare la risposta immunitaria. Nell’arco dei primi dieci anni di utilizzo, questo vaccino ha abbattuto i casi di meningite da Hib di oltre il 98%. Queste nuove strategie potrebbero aiutare a trovare una soluzione anche per altre emergenze infettive per le quali ancora non esiste un vaccino. Primo fra tutti, il virus HIV, il cui meccanismo d’azione manda in corto circuito il sistema immunitario dell’ospite e, forse per questo, rende tanto difficile la messa a punto di un vaccino efficace. La malaria, che è la più pericolosa tra le malattie trasmesse da zanzare e che causa centinaia di migliaia di decessi ogni anno, soprattutto tra i bambini. Il vaccino antimalarico più promettente è, ad oggi, RTS,S, che ha superato la fase III di sperimentazione e dovrebbe essere presto disponibile per la popolazione di Ghana, Malawi e Kenya. C'è grande attesa anche per Sanaria® PfSPZ-CVa, un vaccino basato dalla somministrazione congiunta di P. falciparum e di clorochina, un farmaco anti-malarico. Gli sforzi per combattere la malaria non si limitano però alla ricerca di un vaccino, ma guardano anche alla possibilità di eradicare la malattia alla fonte: una di queste strategie si basa sul gene drive (di cui abbiamo parlato in questo approfondimento sull'Aula di Scienze) e dimostra come la lotta alle malattie infettive richieda un impegno su più fronti. Nella lista delle grandi sfide infettive c'è anche la tubercolosi, una malattia che si pensava scomparsa, ma che in alcuni Paesi mostra una preoccupante ascesa. Non da ultimo, il virus influenzale: la necessità di sviluppare ogni anno un nuovo vaccino comporta costi enormi e la difficoltà di ottenere una buona copertura vaccinale. Un recente studio (di cui abbiamo parlato in una news dell'Aula di Scienze), ha dato però nuova speranza, dimostrando che siamo sulla buona strada per sviluppare un vaccino universale in grado di neutralizzare diversi ceppi di influenza.

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