Impfstoffe herstellen: Wie werden Impfstoffe hergestellt?

Zur Herstellung von Impfstoffen werden verschiedene grundlegende Strategien verwendet. Die Stärken und Grenzen jedes Ansatzes werden hier beschrieben.

Das Virus schwächen

Bei dieser Strategie werden die Viren so geschwächt, dass sie sich im Körper nur noch sehr schlecht vermehren. Die Impfstoffe für Masern, Mumps, Röteln, Rotavirus, orale Polio (in den USA nicht verwendet), Windpocken (Varizellen) und Influenza (intranasale Version) werden auf diese Weise hergestellt. Viren verursachen in der Regel Krankheiten, indem sie sich viele Male im Körper vermehren. Während sich natürliche Viren während einer Infektion tausende Male vermehren, vermehren sich Impfstoffviren in der Regel weniger als 20 Mal. Da sich Impfviren nicht sehr oft vermehren, verursachen sie keine Krankheiten, aber Impfviren vermehren sich gut genug, um „Gedächtnis-B-Zellen“ zu induzieren, die in der Zukunft vor Infektionen schützen. Erfahren Sie mehr über diese und andere Zellen des Immunsystems.
Der Vorteil von lebenden, „abgeschwächten“ Impfstoffen ist, dass eine oder zwei Dosen Immunität bieten, die in der Regel lebenslang hält. Die Einschränkung dieses Ansatzes ist, dass diese Impfstoffe normalerweise nicht an Menschen mit geschwächtem Immunsystem (wie Menschen mit Krebs oder AIDS) verabreicht werden können. Erfahren Sie mehr darüber, was passiert, wenn das Immunsystem nicht richtig funktioniert.

Schauen Sie sich dieses Video an, um zu sehen, wie Viren geschwächt werden, um Impfstoffe herzustellen.

Virus inaktivieren

Bei dieser Strategie werden Viren mit einer Chemikalie vollständig inaktiviert (oder getötet). Indem das Virus abgetötet wird, kann es sich unmöglich selbst reproduzieren oder Krankheiten verursachen. Die inaktivierten Impfstoffe gegen Polio, Hepatitis A, Influenza (Schrot) und Tollwut werden auf diese Weise hergestellt. Da das Virus immer noch vom Körper „gesehen“ wird, werden Zellen des Immunsystems gebildet, die vor der Krankheit schützen.

Dieser Ansatz hat zwei Vorteile:

• Der Impfstoff kann nicht einmal eine milde Form der Krankheit verursachen, die er verhindert
• Der Impfstoff kann Menschen mit einem geschwächten Immunsystem verabreicht werden

Die Einschränkung dieses Ansatzes ist jedoch, dass typischerweise mehrere Dosen erforderlich sind, um Immunität zu erreichen.

Teil des Virus verwenden

Bei dieser Strategie wird nur ein Teil des Virus entfernt und als Impfstoff verwendet. Die Impfstoffe gegen Hepatitis B, Gürtelrose, humane Papillomaviren (HPV) und einer der Grippeimpfstoffe werden auf diese Weise hergestellt. Der Impfstoff besteht aus einem Protein, das sich auf der Oberfläche des Virus befindet. Diese Strategie kann verwendet werden, wenn eine Immunreaktion auf einen Teil des Virus (oder der Bakterien) für den Schutz gegen die Krankheit verantwortlich ist.
Diese Impfstoffe können Menschen mit einer geschwächten Immunität verabreicht werden und scheinen nach zwei Dosen eine lang anhaltende Immunität zu induzieren.

Schauen Sie sich dieses Video an, um zu sehen, wie Gentechnik verwendet wird, um wirksame Impfstoffe herzustellen.

Verwenden Sie einen Teil der Bakterien

Einige Bakterien verursachen Krankheiten, indem sie ein schädliches Protein, ein sogenanntes Toxin, herstellen. Einige Impfstoffe werden hergestellt, indem man Toxine nimmt und sie mit einer Chemikalie inaktiviert (das Toxin, sobald es inaktiviert ist, wird Toxoid genannt). Indem das Toxin inaktiviert wird, verursacht es keine Krankheit mehr. Die Impfstoffe gegen Diphtherie, Tetanus und Keuchhusten werden auf diese Weise hergestellt.
Eine andere Strategie zur Herstellung eines bakteriellen Impfstoffs besteht darin, einen Teil der Zuckerhülle (oder Polysaccharid) der Bakterien zu verwenden. Der Schutz gegen eine Infektion mit bestimmten Bakterien beruht auf einer Immunität gegen diese Zuckerhülle (und nicht gegen das ganze Bakterium). Da Kleinkinder jedoch keine sehr gute Immunreaktion auf den Zuckerüberzug allein zeigen, wird der Überzug mit einem harmlosen Protein verbunden (dies nennt man einen „konjugierten Polysaccharid“-Impfstoff). Die Impfstoffe gegen Haemophilus influenzae Typ B (oder Hib), Pneumokokken und einige Meningokokken-Impfstoffe werden auf diese Weise hergestellt.

Zwei Meningokokken-Impfstoffe, die einen bestimmten Typ des Bakteriums (Typ B) verhindern, der in den anderen Meningokokken-Impfstoffen nicht enthalten ist, werden mit zwei oder mehr Proteinen aus den Bakterien hergestellt, nicht mit dem bakteriellen Polysaccharid.
Gleich wie bei inaktivierten viralen Impfstoffen können bakterielle Impfstoffe Menschen mit einem geschwächten Immunsystem verabreicht werden, benötigen aber oft mehrere Dosen, um eine ausreichende Immunität zu induzieren.

Bereitstellen des genetischen Codes (DNA, mRNA, oder vektorisierte Viren) für einen Teil des Virus

Bei dieser Strategie stellt die Person, die geimpft wird, einen Teil des Virus her. Einige der Impfstoffe für COVID-19 werden auf diese Weise hergestellt.

mRNA-Impfstoffe

Der COVID-19-Messenger-RNA (mRNA)-Impfstoff enthält mRNA, die den Code oder Bauplan für das Spike-Protein des SARS-CoV-2-Virus darstellt. Die dendritischen Zellen der geimpften Person verwenden den Bauplan, um das Spike-Protein von der Oberfläche des Virus herzustellen. Sobald das Immunsystem erkennt, dass dieses Protein „fremd“ ist, erzeugt es eine Immunantwort dagegen, einschließlich eines immunologischen Gedächtnisses, so dass das Immunsystem bereit ist, schnell zu reagieren, wenn die Person das nächste Mal dem Virus ausgesetzt wird. Ähnlich wie bei Impfstrategien, bei denen Teile eines Virus direkt injiziert werden, kann diese Strategie eingesetzt werden, wenn eine Immunreaktion auf einen Teil des Virus in der Lage ist, vor einer Erkrankung zu schützen.

Diese Impfstoffe können Menschen verabreicht werden, die immungeschwächt sind, aber zwei Dosen benötigen, um schützend zu wirken. Die Impfstoffe von Pfizer und Moderna COVID-19 werden auf diese Weise hergestellt.

• Hören Sie, wie Dr. Offit mRNA-Impfstoffe in diesem kurzen Video erklärt.

DNA-Impfstoffe

DNA-Impfstoffe liefern den genetischen Code, aus dem mRNA hergestellt wird. Die mRNA dient dann als Bauplan für die Herstellung des viralen Proteins, und das Immunsystem, das erkennt, dass es „fremd“ ist, reagiert, um den Körper zu schützen und ein immunologisches Gedächtnis zu schaffen. Derzeit sind keine DNA-Impfstoffe im Handel erhältlich.

• Hören Sie sich die Erklärung von Dr. Offit zu DNA-Impfstoffen in diesem kurzen Video an.

Vektorvirus-Impfstoffe (z. B. Impfstoffe auf Adenovirus-Basis)

Eine andere Möglichkeit, das Gen, das für das Coronavirus-Spike-Protein kodiert, zu übertragen, besteht darin, das Gen in ein Virus einzubringen, das sich nicht selbst vermehren kann, aber dennoch in Zellen eindringen und das benötigte Gen übertragen kann. Diese Strategie wird in so genannten replikationsdefizienten humanen oder simianen Adenovirus-Impfstoffen verwendet. Obwohl Adenoviren bei Menschen Krankheiten verursachen können, sind diese vektorisierten Viren so konstruiert, dass sie keine Krankheiten verursachen können; daher können sie auch Menschen mit geschwächtem Immunsystem verabreicht werden.

Der Johnson & Johnson/Janssen COVID-19 Impfstoff wird auf diese Weise hergestellt. Er wird als Einzeldosis verabreicht.