Wie wird ein Impfstoff entwickelt?

Alle Impfstoffe enthalten die Mikroorganismen, Viren oder Bakterien, vor denen sie in abgeschwächter oder vollständig inaktivierter Form schützen sollen. Oder sie enthalten nur bestimmte Bestandteile des Mikroorganismus, die technisch als Antigene bezeichnet werden [123]. Die Art und Weise, wie Impfstoffe „aufgebaut“ werden, variiert daher. Im Folgenden werden die am häufigsten verwendeten Strategien für die Entwicklung von Impfstoffen kurz beschrieben:

Abschwächung der Viren: Diese Strategie ermöglicht eine Schwächung des Virus, das sich folglich im menschlichen Körper nur sehr schwer ausbreiten kann, da es das Immunsystem stimulieren, aber nicht die Krankheit bestimmen kann. Manchmal, wenn auch selten, können während der Replikation des geschwächten Virus leichte Symptome auftreten, die an die Krankheit erinnern, vor der das Impfpräparat schützt. Impfstoffe gegen Masern, Mumps, Röteln, Windpocken und Gürtelrose werden mit dieser Technik hergestellt [123].

Inaktivierung von Viren: Viren werden durch chemische Systeme vollständig inaktiviert (abgetötet), so dass sich das Virus nicht vermehren oder Krankheiten verursachen kann. Impfstoffe gegen Polio (Salk-Typ), Hepatitis A und einige Arten von Grippeimpfstoffen werden auf diese Weise hergestellt. Im Gegensatz zu Impfstoffen mit abgeschwächten Viren verursachen Präparate, die mit genannter Strategie hergestellt werden, keinerlei Symptome der Krankheit, vor der sie schützen, auch nicht in milder Form [123].

Komponenten von Viren: Mit dieser Strategie wird eine spezifische Viruskomponente aus dem Mikroorganismus entfernt und zur Herstellung des Impfstoffs verwendet. In jüngerer Zeit kann ein Teil des Virus im Labor synthetisiert und in die Impfstoffzubereitung eingebracht werden. Einige Beispiele für Impfstoffe, die mit dieser Strategie hergestellt werden, sind die so genannten „Untereinheiten“ von Grippeimpfstoffen, die nur zwei Proteine des Influenzavirus enthalten, oder der Hepatitis-B-Impfstoff, der aus einem Protein besteht, das sich auf der Oberfläche des Virus befindet und im Labor mittels rekombinanter DNA-Technologie reproduziert wird. In den letzten Jahren wurden mit dieser Strategie Impfstoffe gegen das humane Papillomavirus (HPV) entwickelt, die nur die sogenannten virusähnlichen Partikel (bekannt Vlp: virusähnliche Partikel) enthalten. Sie ähneln dem Virus, da sie den äußersten Teil des Virus nachahmen, aber kein genetisches Material besitzen und daher keine Replikationsmöglichkeit haben [123].

Bakterielle Toxoide: Im Falle von Bakterien, die durch die Produktion von Toxinen Krankheiten verursachen können, werden die Impfstoffe durch chemische Inaktivierung des Toxins aufgebaut (das Toxin wird nach der Inaktivierung als Anatoxin bezeichnet). Nach seiner Inaktivierung ist das Toxin nicht mehr in der Lage, die Krankheit hervorzurufen, behält aber seine Fähigkeit, das Immunsystem zu stimulieren. Mit dieser Strategie werden Impfstoffe gegen einige schwere Krankheiten wie Diphtherie, Tetanus und neue zelluläre Impfstoffe gegen Keuchhusten entwickelt.

Bakterielle Polysaccharide: Eine weitere Strategie zum Aufbau von Impfstoffen gegen Bakterien besteht darin, einige Komponenten der Glukose- (Polysaccharid-) Beschichtung von Bakterien zu verwenden, die das Immunsystem stimulieren können. Auf diese Weise werden Impfstoffe gegen Haemophilus influenzae Typ B, Pneumokokken und Meningokokken A, C, Y und W135 hergestellt [123]. Da die Polysaccharide der Bakterien das Immunsystem nicht optimal stimulieren können, werden diese bakteriellen Komponenten an ein Protein gebunden (konjugiert), eine anhaltendere Immunantwort auslösen kann [123].

Auch andere Impfstoffe, die Bestandteile von Viren oder bakteriellen Toxoiden enthalten, sind manchmal nicht in der Lage, das Immunsystem optimal zu stimulieren. Aus diesem Grund können Moleküle, sogenannte Adjuvantien, in die Zusammensetzung des Impfstoffs aufgenommen werden und den Schutz vor den Mikroorganismen erhöhen. Einige Beispiele für diese Moleküle sind Aluminiumhydroxid (enthalten in Impfstoffen gegen Tetanus, Diphtherie, Keuchhusten, Haemophilus influenzae Typ B, Hepatitis A und B usw.) und die öligen Substanzen, die in dem adjuvantierten Grippeimpfstoff und in einer Impfstoffzubereitung gegen HPV enthalten sind.

Wie kommt es zum Aufbau eines Impfstoffs?

Der Aufbau eines Impfstoffs, wie oben erwähnt, ist nur ein kleiner Schritt zur Herstellung eines Präparats zur täglichen Nutzung im Ambulatorium. Vor dem Einsatz in Impfprogrammen muss ein neuer Impfstoff lange Zeit erforscht werden, um seine Sicherheit, Verträglichkeit von Nebenwirkungen und Wirksamkeit für eine gute Immunantwort und damit zum Schutz vor der Krankheit, gegen die geimpft werden soll, nachzuweisen [1245].

Die Vorstufen der Forschung finden im Labor (in vitro) statt und zielen darauf ab, festzustellen, welche Komponente des Mikroorganismus in der Lage ist, das Immunsystem optimal zu stimulieren. Im Allgemeinen geschieht dies durch das Anlegen von Zellkulturen, manchmal auch durch die Verabreichung des potenziellen Impfstoffs an Versuchstiere [1,2,4,5]. Mit dem Aufkommen neuer Technologien im Bereich der Gentechnik findet dieser Teil des Experimentierens immer häufiger am Computer statt (in Silizium). Durch die Verwendung von Computermodellen kann schnell bestimmt werden, welche Komponenten des Mikroorganismus dazu geeignet sind, effektiv mit den Zellen unseres Immunsystems zu interagieren [1245].

Nach Abschluss dieser Vorphase wird eine ähnliche Form des Impfstoffs hergestellt, die in der täglichen Praxis verwendet werden könnte. Die Sicherheit, Verträglichkeit und Schutzwirkung des Präparats werden im Rahmen klinischer Studien am Menschen untersucht [1245].

Die Forschung am Menschen wird im Allgemeinen in drei Phasen unterteilt, an denen eine wachsende Anzahl von Freiwilligen (einige zehn bis zu vielen tausend Personen) beteiligt ist. Jede einzelne Forschungsphase wird von den internationalen und nationalen Arzneimittelregulierungsbehörden und den lokalen Ethikkommissionen genehmigt und streng kontrolliert [1245].

Phase-I-Studien: hieran nehmen kleine Gruppen von Probanden (einige Dutzend) teil; sie dienen zur Bestätigung des sicheren Einsatzes des Präparats bei Menschen, der in den Vorstufen der Grundlagenforschung nachgewiesen wurde, und außerdem zur Bewertung der Verträglichkeit, das heißt der Häufigkeit und Schwere der Nebenwirkungen des Impfstoffs.

Phase-II-Studien: hieran nehmen Hunderte von freiwilligen Probanden teil; hier wird die Sicherheit und die Verträglichkeit des Impfstoffs und seine Immogenität getestet, das heißt, seine Fähigkeit, eine gültige Immunantwort beim Menschen hervorzurufen.

Phase-III-Studien: hieran nehmen Tausende von Freiwilligen teil; sie werden in der Regel in zahlreichen (multizentrischen) Forschungszentren durchgeführt und zielen darauf ab, die Sicherheit, die Verträglichkeit und die Immunogenität des Impfstoffs bei einem sehr großen Teil der Bevölkerung endgültig zu bestätigen.

Nach erfolgreichem Abschluss der klinischen Forschungsphasen wird der Impfstoff von internationalen und nationalen Regulierungsbehörden zugelassen, die die Ergebnisse der Phase-I-, II-, III-Studien unabhängig voneinander erfassen und bewerten [1245].

Auch nach seiner Zulassung wird der neue Impfstoff, wie alle neuen Medikamente, auf Nebenwirkungen und/oder Probleme überprüft, die sich bei den vorangegangenen klinischen Forschungen nicht ergeben haben, da sie sehr selten oder langfristig/sehr langfristig oder nur unter bestimmten Bedingungen auftreten. Darüber hinaus ist es nach der Vermarktung des Impfstoffs möglich, seine Wirksamkeit in der Praxis (effectiveness) zu bewerten, das heißt, seine Fähigkeit, nicht nur eine gute Reaktion unseres Immunsystems zu stimulieren, sondern auch Krankheiten vorzubeugen, die durch den Mikroorganismus verursacht werden, gegen den der Impfstoff eine Reaktion hervorruft [1245].

Es kann daher behauptet werden, dass der Prozess für den Aufbau, die Erprobung, das Inverkehrbringen und die entsprechende Überwachung eines neuen Impfstoffs viel länger und komplexer ist als bei jedem anderen Medikament.

Quellen / Bibliographie
  1. Plotkin S, Orenstein W, Offit PA. Vaccines, 6th Edition, Philadelphia: Saunders, 2012
  2. Bartolozzi G. Vaccini e Vaccinazioni, Terza Edizione: Elsevier, 2012
  3. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Vaccines and Immunization:Basic and Common Questions (ultimo accesso 07/08/2017)
  4. Agenzia Italiana del Farmaco (AIFA). Oggi parliamo della sperimentazione clinicad ei farmaci (ultimo accesso 07/08/2017)
  5. World Health Organization. Vaccine Research and Development (ultimo accesso 07/08/2017)