B. Bellier
UPMC
Licence de sciences et technologies
Mention : Sciences de la Vie
Immunologie Générale
Vaccination
B. Bellier
MCU UPMC
UPMC-CNRS UMR7087
Pitié-Salpétrière, Paris
B. Bellier
A l’origine de la vaccination
• Observation dès le IIeme S. que les personnes ayant
préalablement survécu à une épidémie de peste sont
relativement résistantes lors des épidémies ultérieures.
• Pratique de la variolisation en Chine au Xeme S: injection à des
sujets sains du pue prélevé dans les pustules des malades :
pratique risquée (jusqu’à 10% mortalité) mais efficacité observée.
• De la variolisation à la vaccination:
– S’inspirant de ces pratiques et des observations où les femmes
chargées de la traite des vaches étaient résistante à la variole,
Edward Jenner eu l’idée d’inoculer en 1796 à un jeune garçon de 8
ans le virus de la vaccine (variole de la vache) et démontra sa
protection en injectant intentionnellement le virus de la variole.
– Généralisation de la pratique au XVIII S et risques plus limités
– Injection de la Vaccine (vacca = vache) = Immunisation =
Vaccination
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Les débuts de la vaccination
• Louis Pasteur:– 1880: souche vieillie de B Choléra chez la poule
– 1885: vaccin contre la rage – par inoculation d’extrait de
moelle épinière de lapin infecté par le virus de la rage
– Travaux sur la découverte et l’atténuation des
« microbes »
• Généralisation du principe de la vaccination :
– Induire une protection contre un agent pathogène
en administrant en préventif une forme
inoffensive du pathogène
– Innocuité obtenue par :
• Inactivation (chaleur,..)
• Atténuation de la souche
• Développement des vaccins
Variole
Rage
Peste
Diphterie
Coqueluche
Tuberculose
Tetanos
Fièvre Jaune
Rougeole
Oreillons
Rubéole
Hépatite B
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Variole: exemple d’efficacité vaccinale
• Vaccination anti-variole (smallpox):– Virus de la Vaccine (vaccinia)
– Souche Lister/Elstree
– Primo-injection A1-2, Rappels A11, A21
• Réponse à la vaccination:– Réplication locale - lésion= prise vaccinale
– Pustule+ aréole rouge: Jours 7-14 / fièvre
– Adénite: Inflammation des ganglions lymphatiques
– Au bout de 8-10 jours: Ac neutralisants (persistance >20 ans)
– Croûte – cicatrice
• Cadre juridique– Obligatoire en France de 1901 à 1978
– <26 ans (40% pop) non vaccinées
– 27-35 ans: uniquement primo-injection
– >35 ans: Primo+ 1 ou 2 rappels
• Efficacité de la vaccination– Impact épidémiologique au XIX
– Eradication déclarée en 1980 par l’OMS
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Efficacité vaccinale:
• Individuelle / population
– Individuelle: Immunité acquise
– Population: Eradication des réservoirs
• Requiert des campagnes de vaccination àl’échelle mondiale
• Rôle important en santé publique:
– plus de 52 M personnes meurent par an demaladies infectieuses
– Bilan de la vaccination aujourd’hui:
• Eradication Variole
• Protection contre infection mais pathogènecirculant
• Protection contre les effets les plus graves(formes neurologiques de Tuberculose)
• Absence de vaccin : VIH, VHC, Plasmodium(Palu), Cancer, …
– Objectifs de l’OMS:
• 2007: éradication de la poliomyélite
• 2010: éradication de l’Hépatite B, Rougeole,Rubéole
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04000Pneumonie
0,02 -190500 - 1000Convulsions
0,02 - 0,310 - 10 000Mort
0,05 - 0,10,5 - 2Panencéphalite
sclérosante
0,150 - 400Encéphalite
Complications de la
vaccination
(nb/100 000 cas)
Complications de la
Rougeole
(nb/100 000 cas)
Types de
complications
Notion de Bénèfice-Risque
• la vaccination a parfois été source de polémiques quant aux risques qu'elle peut engendrer
mais le rapport bénéfices-risques est toujours en sa faveur.
• Les essais chez l’homme des vaccins sont précédés d’une phase de développement
préclinique comprenant des études pharmacologiques et toxicologiques permettant de vérifier
l’innocuité, le pouvoir immunogène et la tolérance sur différentes espèces animales.
• Les essais chez l’homme (ou chez l’animal pour les vaccins vétérinaires) évaluent notamment
les caractéristiques de la réponse immune, l’interaction avec d’autres vaccins, la relation
dose/réponse, le schéma de vaccination, la tolérance et l’efficacité.
• Evaluations sur le long-terme
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Principe de la protection vaccinale
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Quelques définitions
• Vaccin :
Un vaccin est une préparation antigénique non pathogène etimmunogène
Le vaccin contient des antigènes identiques ou proches de l’agentinfectieux
Le vaccin induit une réponse immunitaire mémoire protectrice
• Antigène :
Molécule capable d’être reconnue par le système immunitaire
Ag soi - Ag non-soi
• Immunogène;
Antigène capable de déclencher une réponse immunitaire humorale oucellulaire
• Immunisation:
Procédé par lequel on confère à une personne ou à un animal lapropriété de se défendre contre la maladie (protection).
Immunisation active = vaccination
Immunisation passive = sérothérapie
Immunisation préventive
Immunisation thérapeutique
• Immunité :
Etat de résistance relative à une infection pouvant être acquise de façon
- active: naturelle (infection) ou artificielle (vaccination)
- passive naturelle (immunité maternelle) ou artificielle(sérothérapie)
Sérothérapie
Vaccination
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Principe de la protection vaccinale
• Génération des cellules mémoire responsables des réponses « mémoire »
• Caractérisées par des réponses immunitaires accélérées et amplifiées lors du
second contact antigénique
• Contribuent à la protection de l’organisme contre l’élément étranger déjà
rencontré
+7 +1 Jours
Ag
Réponseprimaire
Réponsesecondaire
Intensitéde la réponse
Maintien dela mémoire
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Réponse humorale «!mémoire!»
• Modifications Quantitatives
– Fréquence de cellules spécifiques de l’Ag > après expansion clonale
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Réponse humorale «!mémoire!»
• Modifications Qualitatives
- Commutation de classe IgM -> IgG IgA…
- Maturation d’affinité (hypermutation somatique)
- Seuil d’activation inférieur des B mémoire
Ag A Ag A
Ag B
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• Modifications quantitatives
– Augmentation de la fréquence et du nombrede LyT spécifique de l’Ag
• Modifications qualitatives
– Activation par l’Ag facilitée
– Division accélérée
– Fonctions effectrices amplifiées
– Fonctions effectrices multiples
– Topographie
Réponse cellulaire «!mémoire!»
(Murali-Krishna 1998)
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INFECTION SECONDAIRE
J1-2
Fonctions effectrices
multiples et renforcées
LyT effecteursecondaire
12H
Topographie de la réponse protectrice
Tissus = Organes lymphoïdes tertiaires
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Mécanismes protecteurs
• Anticorps :
– Taux sérique maintenu à long-terme
– AC neutralisants : bloquent l’infection• Essentiels pour immunité préventive anti-
virale et anti-bactérienne (toxines)
– Anticorps non-neutralisants:
• Coopération via Opsonisation
• Activation complément
• Rôle pour l’immunité anti-bactérienne
• CD8:– Lyse des cellules infectées par les pCTL
mémoire
– Rôle dans l’immunité anti-virale, anti-parasitaire et anti-tumorale
• CD4
– Help pour établir réponse CTL secondaire
– Rôle effecteurs immunité anti-bactérienne(mycobactéries)
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Les vaccins classiques
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Vaccins classiques
Il existe Trois catégories de vaccins :
– Vaccins vivants :
Ces vaccins contiennent une souche de la bactérie ou du virus très
proche de la souche sauvage mais ayant perdu ses propriétés
pathogènes (agent pathogène atténué) tout en conservant ses
qualités antigènes, donc capable de se développer dans l'organisme
et ainsi de stimuler une réponse immunitaire.
– Vaccins inactivés ou tués :
Ces vaccins contiennent des bactéries ou virus inactivés incapables
de se développer dans l'organisme, mais dont la présence stimule
une réponse immunitaire protectrice contre les futures agressions du
micro-organisme vivant.
- Vaccins sous-unitaires:
Ces vaccins contiennent une fractions des antigènes isolés à partir
du micro-organisme: antigènes protéiques non pathogènes rendus
immunogène par l’ajout d’adjuvant.
B. BellierEvolution des différents types de
vaccins depuis Jenner
!Hépatite B!Pneumocoques
!Méningites
!Hib
!Pa combo!DTP
!HA/HB
1700 1800 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1991 2000
"Diphtérie
"Tetanos"Choléra
"Coqueluche
"IPV (polio Salk)
"Hépatite A
#Variole#Rage
#Tuberculose
#Grippe"Fièvre jaune
#Oreillons#Rougeole
#OPV (polio sabin)
#Rubéole
"Typhoïde
$Hépatite B rec.
# Vaccins vivants atténués
" Vaccins tués/inactivés
! Vaccins sous-unitaires purifiés
! Vaccins sous-unitaires recombinants
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Vaccins vivants atténués
Le virus sauvage est répliqué
dans des conditions
défavorables en culture
tissulaire
(température, milieu
appauvri, origine tissulaire)
Le processus est répété
plusieurs fois …
… afin de produire une
souche atténuée, incapable
de reproduire la maladieGénie génétique
(délétion des gènes de
virulence)
B. Bellier
Exemples de Vaccins vivants atténués
• Virus
– Rougeole
– Oreillons
– Rubéole
– Variole
– Varicelle
– Fièvre jaune
– Grippe (intranasal)
– Polio oral
– Rotavirus (oral)
• Bactéries
– BCG (tuberculose)
– Typhoïde oral
B. Bellier
Vaccins vivants atténués
Avantages:
• Forme atténuée de virus ou de la bactérie sauvage = proche d ’une infection
naturelle
• Ne cause pas la maladie mais induit une immunité protectrice
• Induction plus rapide d’une protection
• Réponse immune complète et similaire à l’infection naturelle
– Assure l’élimination complète du pathogène
• Meilleure sollicitation de l’immunité cellulaire :
– Antigènes intracytoplasmiques présentés efficacement par CMH-I
• Habituellement efficace avec une seule dose (titres anticorps peuvent persister)
• Injections de rappel non nécessaires pour certains vaccins : Immunité durable
• Induction d’une immunité locale
• Absence d’adjuvant
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Vaccins vivants atténués
Inconvénients :
• Obtention non aisée (multiples passages)
• Démontrer la non-pathogénicité de la souche mutante
• Peut garder une certaine pathogénicité
• Risque de mutation et de réversion vers caractère virulent
• Risque de dissémination
• Contre-indiqués chez sujets immunodéprimés
• Provocation éventuelle d’avortement
• Manipulation délicate
• Instable : stockage au froid (stockage et transport difficile)
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Vaccins cellulaires inactivésCas des vaccins viraux ou bactériens
Le virus ou la bactérie croît
dans des conditions
favorables
Est purifié …
… traité par la chaleur
ou des produits
chimiques
(Formaldéhyde)…
… est ainsi inactivé
mais toujours
immunogénique
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Bactéries en culture
Purification des
toxines bactériennes
et traitement par
la chaleur et/ou
chimique …
… ce qui a pour
conséquence
l’inactivation (anatoxine),
mais reste
immunogénique
Vaccins acellulaires inactivésCas des vaccins bactériens de type «!Anatoxines!»
Toxines bactériennes
Anatoxines
bactériennes
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Exemples de Vaccins inactivés
• Virus
– Rage
– Grippe (classique en IM)
– Polio (classique)
– Hépatite A
– Coqueluche
• Bactéries
– Coqueluche (classique « entier »)
– Diphtérie (Anatoxine diphtérique / Formol)
– Tétanos (Anatoxine Tétanique)
– Choléra (B inactivés + ss-u B Toxine Cholérique)
– Peste
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Vaccins inactivés
• Avantages
– Sécurité: Pas de mutation, ni de réversion
– Utilisables chez patients immunodéficients
– Protége contre formes graves de la maladie
– Immunité humorale suffisante après injections de rappel
• Inconvénients
– Inactivation complète à contrôler
– Généralement pas aussi efficace que les vaccins vivants
– Requiert généralement 3-5 doses (car pas de réplication) :
Nécessitent des rappels
– Nécessite un adjuvant
– Réponse immune généralement humorale (car pas de réplication)
– Réponse immune cellulaire limitée
– Pas d’élimination complète du pathogène
– Pas d’immunité locale
– Coûts supérieurs
B. Bellier
Vaccins sous-unitaires
Vaccins sous-unitaires sont constitués de sous-unités antigéniques
– Purifiées à partir des cultures = sous-unitaires purifiés
– Produits par génie génétique = sous-unitaires recombinants
Ex: cas du vaccin de l’hépatite B
Séquence correspondant
au déterminant antigénique
Construction
plasmidique
Système
d’expressionPurification
+
adjuvant
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Vaccins sous -unitaires :
immunisation par des protéines - polypeptides
• Avantages
– Sécurité (Immuno-déprimées)
– Réponse humorale +++; cellulaire (TH2)
– Réponse CTL grâce cross-présentation
• Inconvénients
– Peu immunogène
• Nécessite adjuvants: alum (ou IFA, CFA)
– Dégradation rapide
– Coût
– Fréquence de non-répondeurs supérieure
– Requiert es injections de rappel
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Adjuvants
– Adjuvant minéraux :
• Précipité insoluble; Alum (Hydroxyde ou
Phosphate d’Alu)
– Adjuvants huileux :
• émulsion eau-huile, IFA (Adjuvant Incomplet de
Freund)
– Constituants bactériens:
• Mycobactérie inactivée (Mycob tuberculosis) ou
constituants (Mycob bovis, BCG) : CFA
– Toxines bactériennes
• Toxine cholérique (CT) ou ss-u B purifiée (CTB),
Toxine pertussique (PT)
– Oligodésoxynucléotides CpG
• Séquence ADN bactérien non-méthylée (ODN
CpG) ; interaction avec TLR-9
– Adjuvants vésiculaires• Bicouche lipidique, liposomes - virosomes
– Cytokines• Médiateurs des RI: IL-2, IL-12, IFN-g, GM-CSF
•« adjuvare » : aider, assister
•Substance capable d’augmenter la réponse immune dirigée contre un Agadministré simultanément.
•Multiples / classification complexe (selon mode d’action - effets)
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Mode d’action des adjuvants
• Libération progressive de l’Ag
• Concentration antigénique
• Protections contre dégradation (IFA, ISCOM, Liposome)
• Aggrégats multimoléculaires d’Ag (Alum)
• Routage vers les organes lymphoïdes 2nd(IFA (sphérule d’huile))
• Effet « corps étranger »(CFA, ISCOM, Virosome)
• Favorise captation par les APC(Alum, CFA, ISCOM, Virosome)
• Activation directement des APC(Alum, cytokines , imiquimod, CpG)
• Orientation de la réponse immunitaire vers TH1(CFA , cytokines, imiquimod, CpG)
• Orientation de la réponse immunitaire vers TH2(alum , cytokines)
• Favorise réponse CTL(ISCOM, liposome, virosome (Ag endogène))
• Activation du complément(Alum, IFA)
A ce jour, les adjuvants utilisés dansles vaccins commerciaux nepermettent pas d’induire une réponseTH1
AgAg
+adjuvant
Alum:
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Vaccins sous-unitaires polysaccharidiques
Polysaccharide pure
• Ex: Meningocoques, Pneumocoques, Salmonella Typhi (anti-typhoïdique)
• Peu immunogène chez les enfants (<2 ans)
• Polysaccharides = Antigènes Thymo-indépendants: Activent peu ou pas la
mémoire immunitaire
• Effet de boost limité
• Injections régulières
Polysaccharide conjugué
• Ex: Haemophilus influenzae type b, Pneumocoques
• Associés à une protéine porteuse = Polyosides= Ag thymo-dépendants
• Immunogène chez enfants de 6 sem
• Activent la mémoire immunitaire
• Effet de boostpuissant
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Vaccins sous-unitaires «!particulaires!»
• Protéines virales purifiées qui s’assemblent en pseudo-particulesvirales : « Virus-like particles » ou VLP
– Pseudo-virion: complexe protéique # structure virale, # taille
– Sans génome viral: déficients pour la réplication
• VLP simples:– Auto-assemblage des protéines de surface
– Produites par génie génétique : système d’expression bactérien, levure,baculo
• Ex: HBV: Auto-assemblage des protéines de surface HBs en VLP
• Ex: HPV: Auto-assemblage des protéines de capside L1 en VLP
• VLP complexes:– Assemblage des protéines de core et d’enveloppe
– Produites dans système cellulaire
• Avantages– Sécurité
– Particules sont plus immunogènes que le protéines seules: Taille,Complexité
– Induit des AC y compris AC neutralisants
• Limites– Production
– Fragilité: Stockage au froid
– Réponse cellulaire limitée
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Vaccins HPV
• Les papillomavirus humains (HPV, human papilloma virus) de type
16 (50% des cas) et 18 (20% des cas) sont responsables des cancers
du col de l’utérus.
– Cancer du col de l’utérus : 2ème cancer pour F; 250 000 décès/an
• Gardasil : Merck. Octobre 2005. Vaccin quadrivalent produit chez la
levure contre les HPV- 6, 11, 16, 18. Essai phase III sur 6082 femmes :
protection 100 % des pré cancers du col et des cancers cervicaux non
invasifs.
• Attente de mise sur le marché
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Conditions d’efficacité des vaccins
• Mécanismes protecteurs appropriés
– AC neutralisants (infections virales , Toxines bactériennes)
– CTL (infections chroniques, parasite, cancer, …)
• Vaccins doit contenir les épitopes immuno-dominants
– Epitope majoritairement présenté et/ou reconnu
• Choix de la voie d’injection: Immunité locale ou systémique
• Variabilité antigénique limitée des pathogènes: cas de la grippe
B. Bellier
Influence de la voie d’injection
• Injections parentérales:
– Voies IM ou SC
• Favorisent la production d’anticorps sériques IgG
• Ex: Hépatite B
– Voies ID favorisent la réponse cellulaire de typehypersensibilité retardée
• Ex: Vaccination BcG
• Test IDR pour valider l’immunité induite
• Injections muqueuses
– Voie orale
• Favorise la production d’anticorps sécrétoires IgA
• Autorise production d’IgG sériques
• Ex: Polio orale (vaccin atténué en cas d’épidémie)
– Muqueuses (recto-vaginales): expérimental
B. Bellier
Exemple d’instabilité antigénique:
Vaccin contre la grippe
• 3 espèces de virus Influenzae : A, B, C
• Influenza A : plusieurs sous-types définis par Ag desurface:
– H : hémagglutinine (HA) : 15 types
– N : neuraminidase (NA) : 9 types
– Chez l’Homme: H1N1 et H3N2
– Chez oiseaux, volailles, porc: H5N1, H9N1, H7N1, H7N2
• Mutations de HA/ NA responsables de nouvellesépidémies chaque hiver
– Isole les derniers variants H3N2 et H1N1 de l’année encours (+B)
– Production du virus dans des œufs embryonnés puisinactivation
• Cassures antigéniques à l’origine de pandémie
– Apparitions de nouveaux sous-types
– Par recombinaison génétique avec autres virus (virusaviaire)
1918: Grippe Espagnole (H1N1)
1957: Grippe asiatique (H2N2)
1968: Grippe de Hong-Kong (H3N2)
1997: cas de grippe aviaire H5N1
B. Bellier
Variation antigénique du virus de la grippe
Changement par mutation:
«!Drift!» antigénique (dérive)
Certains
épitopes dessouchesprécédantessont
conservés.Sévéritéréduite de lamaladie et
dessymptômes(épidémie).Le virus peut
toujours serépliquer etse propager.
Changement par échange de gènes:
«!Shift!» antigénique (cassure)
Epitopes
différents desvirus précédant(pas de cross-réaction).
Pas de protectionpartielle des
infectionsprécédantes.
Maladie beaucoupplus sévère(pandémie).
Pandémie Flu de1918-19 a tué
>20,000,000(grippe espagnole).
B. Bellier
Variabilité de la réponse vaccinale
• Variabilité HLA
– Variabilité des épitopes reconnus: cf restriction au CMH
– Taux de non-répondeurs important si préparation mono-antigénique
• Age
– Dysfonctionnements immunitaires:
• RIC affectées liée à une diminution de production de lymphocytes T matures
(involution du thymus)
• Prolifération et sécrétion de cytokine diminuées
• Affecte capacité à induire réponse primaire / mais peu réponses mémoire
• RIH moins affectée (LB constants): Vaccin grippe: réponse AC équivalente entre
gp 87 ans vs 38 ans (Pozetto et coll. 1993)
• Il apparaît cependant que la réponse anticorps des personnes âgées serait plus
importante vis-à-vis de souches virales anciennes que de nouvelles (McElhaney,
1993).
• Statut immunitaire
B. Bellier
Dilemme vaccinal
Atténué Inactivé VLPSous-unitaire
Immunogénicité
Sécurité
Rép CTL
Rép AC
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Lacunes
•Des manques évidents :
–Infections virales
•HIV
•HCV
•WNV
Infections virales chroniques, Neutralisation inefficace
Instabilité génomique, échappement système immunitaire
–Cancer
Réponse CTL insuffisante
–Parasite
Réponse CTL insuffisante
–Prion
OINI
>> Nécessité de nouveaux vaccins
B. Bellier Développement d’un vaccin
Quelle stratégie vaccinale ?
Les bonnes questions
• Vaccin préventif et/ou curatif ?
• Quels sont les mécanismes protecteurs ?
• Quelles données cliniques pour corréler RI et protection ?
• Immunité humorale et/ou cellulaire
• Immunité Locale/Systémique
• Identification des antigènes (immunodominants)
• Stabilité ou non du pathogène ?
• Quelle formulation Ag ?
• Quelle voie et quelle fréquence d’injection ?
• Préférer mémoire centrales aux mémoire effectrices ?
• Comment assurer la pérennité de l’immunité ? (Rappels)
B. Bellier
Les nouveaux vaccins:
Comment concilier Sécurité-Immunogénicité-RIC
VLP
homologueDC
VLP
hétérologue