Las vacunas

Las vacunas activan la respuesta natural del organismo frente a las infecciones, favoreciendo que el sistema inmunológico reconozca y elimine los patógenos antes de que sean capaces de causar una enfermedad grave.

En 1796, Edward Jenner descubrió que inocular con el virus de la viruela vacuna (procedente de la vaca) protegía a los humanos. A finales del siglo XIX, el francés Louis Pasteur atenuó el virus de la rabia e introdujo el concepto de la atenuación del patógeno para desarrollar nuevas vacunas, una tipología que se sigue utilizando a día de hoy contra la polio o el sarampión.

Conforme avanza la vacunación, la probabilidad de que un sujeto infectado entre en contacto con otro sano disminuye hasta conseguir la denominada inmunidad de grupo.

• La distribución universal de la vacuna (1803) fue transportada en el brazo de 22 niños en una expedición de La Coruña a América tutelada por Isabel Zendal.
• La evolución de una epidemia se puede modelizar matemáticamente a través de lo que se llaman ecuaciones diferenciales.
• Las primeras vacunas consistían en utilizar el patógeno atenuado o inactivado.
• El nombre de vacuna proviene de que la primera vacuna se hizo con el virus de la viruela vacuna (procedente de las vacas).
• Ante una infección, el sistema inmunológico se activa para reconocer y atacar de modo específico al patógeno, eliminándolo sin dañar a los tejidos sanos.
• La tuberculosis es la enfermedad infecciosa que más muertes causa al año en todo el mundo, solo superada por la COVID-19 en 2020.

Colaboraciones:

Historia de la vacunación.

Carlos Martín Montañés, catedrático del Departamento de Microbiología, Pediatría, Radiología y Salud Pública de la Facultad de Medicina de la Universidad de Zaragoza y miembro del Instituto de Investigación Sanitaria Aragón (IIS Aragón).

 El uso de las vacunas es relativamente reciente en la historia de la humanidad. Se inició cuando el médico inglés Edwar Jenner descubrió que la inoculación con un virus de animales aislado de las vacas (cowpox) protegía a los humanos contra el virus humano causante de viruela (smallpox), una enfermedad muy grave que a finales del siglo XVIII causaba una gran mortalidad en la población de todo el mundo.  

Gracias a este descubrimiento y a la distribución universal de la vacuna, que se inició en 1803 por la “Expedición española de la Vacuna” de Balmis y Salvani y transportada en el brazo de 22 niños bajo la tutela de Isabel Zendal, primera enfermera reconocida por la Organización de la Salud en misión humanitaria, hizo posible que hoy, la viruela haya sido erradicada. 

A finales del siglo XIX el francés Louis Pasteur atenúa el virus de la rabia e introduce el concepto de la atenuación del patógeno para desarrollar nuevas vacunas. Las primeras vacunas consistían en utilizar el patógeno atenuado o inactivado; este tipo de vacunas se siguen utilizando hoy en día, como son las vacunas contra la polio, enfermedad que se espera erradicar pronto, o sarampión, una de las enfermedades más contagiosas y que hoy controlamos gracias al uso las vacunas. A principios del siglo XX se desarrollaron vacunas contra toxinas de patógenos, muy eficaces para proteger contra la difteria y el tétanos, enfermedades que hoy conseguimos prevenir con la vacunación. A finales del siglo XX y principios del XXI se han desarrollado vacunas eficaces contra la meningitis con nuevas tecnologías.

Durante el año 2020, se desarrollaron vacunas con nuevas tecnologías que han revolucionado el campo y han hecho posible que la ciencia, en un tiempo récord de menos de un año, tenga algunas que protejan contra la enfermedad de COVID-19 producida por el virus SARS-CoV2 causante de la pandemia. Por un lado, se desarrollaron las vacunas de ARN mensajero que codifican para la proteína “S” de SARS-Cov2, y por otro, las vacunas de vectores virales que utilizan virus atenuados en los que se ha insertado el gen que codifica para la proteína “S”. Estas vacunas hacen que nuestro sistema inmune produzca anticuerpos contra la proteína “S” de tal manera que los anticuerpos impiden que el virus SARS-CoV2 pueda entrar en nuestras células y estemos protegidos. La inmunidad de grupo que confieren las vacunas es muy importante para evitar la transmisión de las enfermedades infecciosas y permitir su control.

La tuberculosis es la enfermedad infecciosa que más muertes causa en todo el mundo, solo superada por COVID el pasado año 2020. La Universidad de Zaragoza lleva trabajando desde hace más de 20 años en una nueva vacuna contra la tuberculosis llamada MTBVAC, ya que la actual vacuna BCG, que se empezó a utilizar por primera vez en 1921, no protege de las formas respiratorias de la enfermedad, que es como se transmite la enfermedad. Tras años de ensayos en modelos preclínicos, MTBVAC ha demostrado ser segura en adultos en Suiza y en recién nacidos en Sudáfrica y actualmente se está estudiando su seguridad y determinando la dosis para iniciar las pruebas de eficacia contra la tuberculosis en bebés recién nacidos en Sudáfrica. Los estudios de eficacia, se espera que se inicien el próximo año y tener los resultados en los próximos 5 años.

Cómo funcionan las vacunas.

Julián Pardo Jimeno, profesor asociado del Departamento de Microbiología, Pediatría, Radiología y Salud Pública de la Facultad de Medicina de la Universidad de Zaragoza y miembro del IIS Aragón.

Ante una nueva infección, el sistema inmunológico (nuestras defensas) se activa rápidamente para reconocer y atacar de modo específico al patógeno, eliminándolo sin dañar a los tejidos sanos. Además, si conseguimos superar la infección, lo recordarán durante toda la vida, de modo que cuando el mismo patógeno nos ataque nuevamente, nuestras defensas lo eliminarán de modo más rápido. Este proceso natural, denominado memoria inmunológica, constituye la base que explica cómo funcionan las vacunas. 

Gracias a esta memoria las infecciones naturales que superamos o las vacunas que nos administremos hacen que las posteriores infecciones con el mismo patógeno sean más leves y no causen daños graves al organismo. 

Se puede decir que las vacunas entrenan a nuestras defensas para darles ventaja en la lucha frente a los agentes infecciosos que pueden atacarnos en el futuro, enseñándoles a reconocer y eliminar a los patógenos rápidamente antes de que sean capaces de reproducirse e invadir el organismo. Es decir, las vacunas activan la respuesta natural del organismo frente a las infecciones.

Habitualmente la activación del sistema inmunológico no pasa desapercibida y las señales de la batalla, aunque molestas, son importantes para que esta activación sea eficaz y pueda ayudar a destruir y recordar al patógeno. La fiebre, el dolor, el enrojecimiento de la piel o la aparición de zonas hinchadas o pequeños bultos (los ganglios linfáticos) son las señales que marcan el inicio y progresión de la respuesta del sistema inmunológico, un proceso conocido como la inflamación. Este proceso es activado por el denominado sistema inmunológico innato (ej. momocitos, macrofagos o neutrofilos) y es la señal de alarma que moviliza al resto de las defensas para prepararse para la batalla. Por tanto, la activación de nuestras propias defensas, y no el patógeno en sí mismo, es la causa de los, a menudo, tan molestos síntomas que nos impiden proseguir nuestras actividades cotidianas. Sin embargo, todos estos preparativos son fundamentales para que una parte de las defensas, denominadas linfocitos, adquieran las armas necesarias para destruir al patógeno y sean capaces de moverse por el organismo hasta encontrarlo y destruirlo. Para ello reconocen partes del patógeno (denominados antígenos) que los diferencia de las células y tejidos sanos. Además estos linfocitos serán los responsables principales de recordar el patógeno para la próxima lucha.

Las vacunas, formadas por partes del patógeno (antígenos) o por patógenos atenuados incapaces de producir una infección, producen los mismos efectos y síntomas que una infección natural provocando las reacciones inflamatorias beneficiosas y la activación de los linfocitos que nos protegerá del patógeno en caso de que intente invadir nuestro organismo. Es decir, las vacunas nos ofrecen las partes beneficiosas de una infección natural, activando y entrenando nuestras defensas frente a los patógenos, pero sin los graves riesgos asociados a estas infecciones.

A este respecto, durante las infecciones con algunos patógenos como el SARS Cov2, causante de la COVID19, en algunas personas se produce una activación de las defensas poco controlada, lo que origina una reacción inflamatoria muy potente que puede causar graves efectos incluso la muerte. En nuestro grupo estamos analizando si existen diferencias entre el tipo de defensas activadas durante la respuesta inflamatoria dañina para el organismo y las que nos protegen del virus durante la COVID19. De este modo podríamos usar fármacos que nos permitan controlar las defensas malas para el cuerpo sin afectar a las defensas buenas que nos protegen de la COVID19. 

Este es otro de los múltiples beneficios de las vacunas: ayudar a que nuestras defensas no se descontrolen y eliminen el patógeno sin causar daños a los tejidos y órganos sanos.

En resumen, las vacunas son los tratamientos que más vidas siguen salvando gracias a la inagotable capacidad natural de aprendizaje de nuestro sistema inmunológico.

Inmunidad, Modelos Epidemiológicos y Parámetros en Epidemiología: COVID-19

Yamir Moreno Vega, profesor titular del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias y Director del Instituto Universitario de Investigación de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza.

Cuando nos enfrentamos a una enfermedad infecciosa existen varios retos que debemos afrontar y el propósito final es siempre uno: erradicar la misma. Partiendo de esta premisa, la única manera que tenemos de alcanzar este objetivo es que la población sea inmune. La forma más obvia y directa de conseguir la inmunidad de la población es contar con una vacuna, ya que, si somos capaces de vacunar a una fracción lo suficientemente amplia de la misma, la probabilidad de que un sujeto con la enfermedad (infectado) entre en contacto con otro sano (susceptible) disminuirá y con el paso del tiempo, la epidemia se extinguirá. La inmunidad de grupo o colectiva (Herd immunity) es la protección que la población posee ante una infección debido a la presencia de un elevado porcentaje de individuos inmunes dentro de la misma. Este concepto es indispensable a la hora de diseñar de manera eficaz las campañas de vacunación. La cobertura de vacunación necesaria para obtener una inmunidad grupal óptima varía en función de la enfermedad y depende de la capacidad de transmisión que posea el agente infeccioso en cuestión y de la estructura de las interacciones entre los portadores del agente infeccioso y los potenciales huéspedes.

La COVID-19 es una enfermedad que se transmite en una proporción no despreciable, tanto en fase pre-sintomática como de manera asintomática. Cuando el número de nuevos contagios en una población es suficientemente bajo, la epidemia decaerá y se extinguirá. Existe un parámetro en epidemiología, conocido como número reproductivo básico R0, que se define como el número de infecciones secundarias generadas, en promedio, por un individuo infeccioso típico, cuando es introducido en una población totalmente susceptible. Después de las etapas iniciales, este número se puede calcular en cada paso de tiempo t, Rt. Si Rt > 1, lo que quiere decir que cada infectado, como media, produce más de un nuevo infectado en la población, por lo que el número de infectados por unidad de tiempo crecerá. Por el contrario, si Rt < 1, tendremos un menor número de nuevos infectados en sucesivos tiempos y la epidemia desaparecerá. La estimación de cuándo ocurrirá esto, dependerá del valor de Rt y de cuántos sujetos infectados tengamos en el momento en el que Rt cae por debajo de 1. Por ejemplo, si hoy tenemos 1000 infectados y un Rt=0.5, mañana tendremos 500 nuevos infectados, luego 250, 125 y así sucesivamente. Además, Rt no sólo nos sirve para saber si estamos en fase de decrecimiento y erradicación de la epidemia, sino también para estimar durante cuánto tiempo tenemos que mantener las medidas que han hecho posible esta disminución de Rt por debajo de uno.

En general, la esencia de los mecanismos de transmisión de muchas enfermedades infecciosas es siempre la misma: el contacto entre un individuo sano y un infectado. Esto hace que prácticamente todos los modelos epidemiológicos se basen en una serie de ideas que se aplican en epidemiología desde hace casi un siglo. Una de estas herramientas básicas es el modelo determinista SIR (Estados: Susceptible-Infectado- Recuperado). El aspecto fundamental de la dinámica de las transiciones de un estado a otro es lo que determina la evolución de una epidemia. Si el número de personas infectadas a cada instante es mayor que el número de personas que se recuperan de la enfermedad o mueren, entonces la epidemia evoluciona deprisa. Si por el contrario, el número de individuos recuperados es mayor que el número de infectados, el ritmo de la epidemia comienza a descender. Esta evolución se modeliza matemáticamente a través de lo que se llaman ecuaciones diferenciales, que se escribe de la siguiente manera para describir la evolución de la fracción de individuos infectados:

di(t)dt=?stit-?i(t) 

De ahí se deduce que si el ritmo de nuevos infectados [?stit] es mayor que el ritmo al que se recuperan los que estaban infectados o enfermos [?i(t)], la epidemia crecerá con el tiempo (pues ?stit-?it>0).

En general, predecir el desarrollo de una epidemia supone un reto desde un punto de vista biológico, epidemiológico y social, pues factores como nuestros patrones de comportamiento, movilidad y nuestra forma de relacionarnos en sociedad o con otros individuos influyen de manera decisiva en la evolución de una epidemia.