Das Paul-Ehrlich-Institut, Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel, überwacht die Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit von Impfstoffen. Durch die COVID-19-Pandemie sind Virus-Impfstoffe gegen Atemwegserkrankungen und ihre verschiedenen Klassen in den Fokus des öffentlichen Interesses gerückt. Das Paul-Ehrlich-Institut erklärt die gängigsten Impfstoffkonzepte.
Präventive Impfstoffe sind Arzneimittel, die das erworbene Immunsystem für den spezifischen Schutz vor Infektionskrankheiten nutzen. Eine Impfung schult das humorale (auf Antikörpern beruhende) und das zelluläre (auf Zellen beruhende) Immunsystem für die erfolgreiche Erregerbekämpfung. Sie täuscht dem Körper eine Ansteckung mit dem Erreger vor und trainiert durch diese aktive Immunisierung das Immunsystem für den Ernstfall. Wenn eine geimpfte Person mit dem Krankheitserreger in Kontakt kommt, ist das Abwehrsystem bereits gerüstet und kann schnell reagieren. Aufgrund des Impfschutzes und der Immunität gegen den Erreger bleibt eine Erkrankung entweder ganz aus oder hat einen leichteren Verlauf. Ein ausreichender Impfschutz muss häufig durch Verabreichung von mehr als nur einer Impfdosis aufgebaut werden und lässt bei vielen Impfungen mit der Zeit nach, kann aber ggf. durch Auffrischungsimpfungen verlängert werden.
Das Prinzip der Impfstoffe besteht darin, Virusbestandteile dem Immunsystem zu präsentieren, um eine spezifisch gegen das Virus gerichtete Immunantwort zu erzeugen. Die Virusbestandteile werden als Antigen bezeichnet. Um Virus-Impfstoffe zu unterscheiden, gibt es verschiedene Klassifizierungen. Ein historisch bewährter Ansatz ist die Unterteilung der Virus-Impfstoffe in Lebend-Impfstoffe einerseits und verschiedene Formen von Tot-Impfstoffen andererseits. Nach Entwicklung der genetischen Impfstoffe hat sich die Differenzierung in drei Klassen durchgesetzt:
Lebendvirus-Impfstoffe enthalten eine attenuierte (abgeschwächte) Form des Virus, die für einen begrenzten Zeitraum zwar vermehrungsfähig ist, aber nicht mehr die vom Wildtyp-Virus bekannte Infektionskrankheit hervorruft. Lebend-attenuierte Influenza-Impfstoffe beispielsweise sind für Kinder und Jugendliche zugelassen und werden intra-nasal angewandt.
Inaktivierte Virus-Impfstoffe, auch als Tot-Impfstoffe bezeichnet, enthalten das gesamte Virus in inaktivierter Form oder einzelne Virus-Bestandteile. Sie werden häufig mit einem Wirkverstärker (Adjuvans) versetzt, um neben der humoralen, auch die zelluläre Immunantwort anzuregen.
Ganzvirus-Impfstoffe enthalten das gesamte Virus in inaktivierter Form, häufig in Kombination mit einem Wirkverstärker (Adjuvans).
Bei den sogenannten Split-Impfstoffen werden Viren mithilfe von Lösungsmitteln aufgebrochen und die verbleibenden Bruchstücke werden einfach gereinigt. Eine eingehendere Reinigung von einzelnen viralen Bestandteilen erfolgt bei den Untereinheiten-Impfstoffen. Dabei wird die Oberfläche der Viren vollständig aufgelöst und die gewünschten Proteine spezifisch herausgereinigt. Beide Methoden kommen bei Grippe-Impfstoffen zum Einsatz, d.h. es gibt Split- und Untereinheiten-Impfstoffe gegen die saisonale Grippe.
Proteine für Impfstoffe können auch mit biotechnologischen Methoden in Zellkulturen hergestellt werden (zum Beispiel in Hefezellen). Man spricht in diesem Fall von rekombinanten Protein-Impfstoffen. Ein Beispiel für einen rekombinanten Protein-Impfstoff ist der Hepatitis-B-Impfstoff.
Bestimmte Virusproteine können sich zu virusähnlichen Partikeln (virus-like particles, VLP) zusammenlagern, was die Immunreaktion verbessern kann. VLP sind nicht vermehrungsfähig. Ein Beispiel für einen VLP-Impfstoff ist der HPV (Humanes Papillomvirus)-Impfstoff.
Genetische Impfstoffe beruhen auf der Übertragung von Nukleinsäuren (DNA oder RNA). Diese werden in vivo, also direkt am Körper angewandt, entweder verpackt in Lipid-Partikel oder als Teil des Erbguts von Viruspartikeln, die als Genfähren wirken. Die übertragenen Nukleinsäuren umfassen den Bauplan für das Antigen, das von den aufnehmenden Körperzellen hergestellt und dem Immunsystem präsentiert wird.
Zu den genbasierten Impfstoffen zählen zum Beispiel mRNA-Impfstoffe. Sie spielen derzeit eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung der COVID-19-Pandemie. Von RNA- und DNA-Impfstoffen kann in kurzer Zeit eine große Anzahl von Impfstoffdosen hergestellt werden.
In mRNA-Impfstoffen ist die genetische Information für ein Erreger-Protein in Form von Ribonukleinsäure (ribonucleic acid, RNA) enthalten. RNA erfüllt in Körperzellen verschiedene Funktionen, unter anderem die der sogenannten Boten-RNA (messenger RNA, mRNA). Mithilfe von mRNA wird die genetische Information im Erbgut von Körperzellen an die Proteinherstellungsmaschinerie in der Zelle übermittelt (Boten-Funktion). Der auf der mRNA gespeicherte Bauplan wird von der Zelle zur Bildung des entsprechenden Proteins genutzt, bei den mRNA-Impfstoffen ist dies ein Erregerprotein. Freie RNA ist sehr instabil. Sie wird daher in kleine Fettpartikel verpackt, um eine bessere Stabilität zu erreichen und eine effiziente Aufnahme in die Zelle zu ermöglichen. mRNA ist nur für einen befristeten Zeitraum in Körperzellen enthalten und wird dann abgebaut.
In DNA-Impfstoffen ist Desoxy-Ribonukleinsäure (deoxyribonucleic acid, DNA) enthalten. Sie umfasst bei den DNA-Impfstoffen die genetische Information eines Erreger-Proteins und die Information für die Bildung von mRNA mit dem Bauplan des Erreger-Proteins durch die in Zellen vorhandene Maschinerie. Diese Boten-RNA (messenger RNA, mRNA) wird von der Zelle zur Bildung des Proteins genutzt, dessen Bauplan auf der mRNA gespeichert ist. DNA ist deutlich stabiler als RNA. DNA wird unter anderem auch in kleine Fettpartikel verpackt, um eine effiziente Aufnahme in einige wenige Körperzellen zu ermöglichen. Auch DNA ist nur für einen befristeten Zeitraum in Körperzellen enthalten und wird später abgebaut. DNA-Impfstoffe für die Anwendung an Tieren sind bereits zugelassen. DNA-Impfstoffe für die Anwendung am Menschen sind u.a. gegen COVID-19 in der Entwicklung.
Ebenso wie mRNA- und DNA-Impfstoffe umfassen auch Vektorimpfstoffe die genetische Information für ein Erregerprotein (Antigen). Hier ist die genetische Information jedoch in das Erbmaterial von Trägerviren eingebaut, die als Genfähren oder als abgeschwächt vermehrungsfähige Hybridviren dienen. Trägerviren können bekannte Impfviren wie das Masernvirus sein (lebend abgeschwächter Vektorimpfstoff) oder auch abgeschwächte, harmlose Erkältungsviren (Adenovektor-basierte Impfstoffe). Die Trägerviren sind so verändert, dass sie im Menschen keine Krankheit auslösen. Durch Übertragung der in den Vektor-Impfstoffen enthaltenen genetischen Information auf Körperzellen wird genau wie bei den mRNA- oder DNA-Impfstoffen ein Erregerprotein hergestellt, das eine Immunantwort auslöst.
Die ersten mRNA-Impfstoffe, die weltweit durch eine Arzneimittelbehörde zugelassen wurden, waren die COVID-19-Impfstoffe Comirnaty von BioNTech/Pfizer und Spikevax von Moderna. An der mRNA-Technologie war schon vor der Entwicklung der COVID-19-Impfstoffe viele Jahre lang intensiv geforscht worden, zum Beispiel im Rahmen der Entwicklung neuartiger RNA-basierten Krebs-Immuntherapeutika.
Die COVID-19-Impfstoffe Vaxzevria (Astra Zeneca) und COVID-19 Vaccine Janssen sind Adenovektor-basierte Impfstoffe. Beide Impfstoffkonzepte - sowohl die mRNA-Impfstoffe Comirnaty und Spikevax als auch die Vektorimpfstoffe Vaxzevria und COVID-19 Vaccine Janssen – enthalten die genetische Information für das sogenannte Spike-Protein. Mithilfe des Spike-Proteins dockt SARS-CoV-2 an die Körperzellen an und infiziert diese. Neutralisierende Antikörper, die nach COVID-19-Impfung gebildet werden, binden an das Spike-Protein im Fall einer Übertragung des SARS-Coronavirus-2 und verhindern oder mindern so die Infektion von Zellen.
Nuvaxovid der Firma Novavax ist ein rekombinanter Protein-Impfstoff, der zu den VLP-Impfstoffen zählt. Denn viele einzelne Moleküle der im Impfstoff als Antigen enthaltenen, rekombinant hergestellten Spike-Proteine lagern sich zusammen, so dass sich Virus-ähnliche Strukturen (virus-Like particles, VLP) bilden. Die Zusammenlagerung der Proteine zu VLP bewirkt eine verbesserte Immunreaktion.
Das Paul-Ehrlich-Institut informiert die Öffentlichkeit verlässlich und wissenschaftlich korrekt über die Zulassung, Sicherheit und Wirksamkeit von Impfstoffen. Auf der institutseigenen Website werden Informationen zu allen in Deutschland zugelassenen Impfstoffen bereitgestellt. Alle Informationen zur COVID-19-Pandemie, die auf der Website des Paul-Ehrlich-Instituts bisher veröffentlichten wurden, sind im Coronavirus-Dossier übersichtlich zusammengestellt.
Die Weltgesundheitsorganisation (World Health Organization, WHO) informiert auf ihrer Website über alle COVID-19-Impfstoffkandidaten, die aktuell weltweit in klinischen Studien geprüft werden.
Aktualisiert: 21.02.2022
