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 13 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 14 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. 15 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 16 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