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  • Corona-Impfstoff: Chancen, Risiken und Funktionsweisen der vielversprechendsten Kandidaten

Wer macht das Impfstoffrennen? Forscher verfolgen mehrere Strategien gegen das Coronavirus

  • Fast täglich gibt es Neuigkeiten zu möglichen Corona-Impfstoffen – und manche werden überhört.
  • Die Strategien bei der Entwicklung von Impfstoffen unterscheiden sich stark voneinander.
  • Welche Ansätze verfolgen die Forscher, welche Chancen und Risiken sehen sie bei viel versprechenden Kandidaten?
Frederik Jötten
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Die Meldungen erster vielversprechender Immunantworten von Probanden in Studien weltweit häufen sich. Erst kürzlich gab es beim Kandidaten der Universität Oxford und dem britischen Pharmaunternehmen Astra Zeneca Erfolge zu vermelden. Bei Tests an gut 1000 Probanden gab es bei fast jedem eine positive Immunantwort. Und auch das Mittel des chinesischen Pharmakonzerns Sinovac startet nun in Brasilien mit einer groß angelegten Studie in die zweite Phase-III-Ebene, ebenso wie der Oxford-Kandidat. Wegen der inzwischen eher moderaten Fallzahlen in China und Großbritannien, werden solche großen Testreihen in Brasilien durchgeführt.

Bereits in der vergangenen Woche verkündete die US-Biotechfirma Moderna, dass ihr experimenteller Coronavirus-Impfstoff nach ersten Tests ermutigende Ergebnisse gezeigt habe. In der ersten Phase der klinischen Tests hätten die Probanden Antikörper gegen den Erreger Sars-CoV-2 ohne ernsthafte Nebenwirkungen entwickelt. Nun wird aufs Tempo gedrückt: Bereits Ende Juli werde der Impfstoff an rund 30.000 Probanden getestet – in der sogenannten Phase III.

In Westeuropa hören wir bislang vor allem von sehr elaborierten Impfstoffen, aber die müssen nicht unbedingt besser sein als die einfachen Ansätze.”Wir wissen zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht, welche Impfstrategie schließlich von Erfolg gekrönt sein wird”, sagt Carlos A. Guzmán, Leiter der Abteilung Vakzinologie am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig. “Daher ist es sinnvoll, verschiedene Strategien parallel zu verfolgen.”

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Coronavirus: Mehrere Impfstoffe im Rennen

Laut WHO werden derzeit weltweit 137 Impfstoffe getestet – davon 23 bereits am Menschen. Das Prinzip aller heute zugelassenen Impfstoffe beruht darauf, dass sie im Körper die Bildung so genannter neutralisierender Antikörper hervorrufen. Diese binden an das Virus und verhindern so, dass es an den menschlichen Zellen andocken und in diese eindringen kann.

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“Für eine effektive Impfung muss man parallel T-Helfer-Zellen stimulieren”, sagt Carlos A. Guzmán. “Nur so bekommt man effektive Antikörper und es bildet sich ein immunologisches Gedächtnis, dass bei einer Infektion die Produktion eben dieser Antikörper hervorruft.”

I, II und III: Was bedeuten die Phasen der Impfstoffforschung?

Werden viel versprechende Impfstoffkandidaten am Menschen getestet, gibt es in Studien drei Phasen. Da es in der Corona-Pandemie um Zeit geht, werden die Phasen teilweise miteinander verbunden. Der Verband Forschender Arzneimittelhersteller erklärt diese so:

  • Phase I: Es wird die grundsätzliche Verträglichkeit geprüft, mit zehn bis 30 Freiwilligen. Der Impfstoff wird also erstmal einer kleinen Gruppe Gesunder verabreicht.
  • Phase II: Hier geht es um die Dosierung der Impfung, die Immunantwort und weiterhin um die Verträglichkeit. 50 bis 500 Freiwilligen wird eine Impfung injiziert.
  • Phase III: Dabei geht es um die Zuverlässigkeit des Schutzes. Der Impfstoff wird einer großen Anzahl von Personen verabreicht. Es werden mehr als 1000 Freiwillige untersucht.

Lebendimpfstoff: Massenproduktion mit Risiken

In der Impfstoff-Forschung gibt es verschiedene Ansätze. Ein oft gewählter ist der Lebendimpfstoff. Von attenuierten (abgeschwächten) Erregern spricht man, wenn diese sich zwar noch vermehren können, jedoch ihre krankmachenden Eigenschaften verloren haben. Viren werden dazu etwa in anderen Organismen, etwa Hühnereiern, oder in Zellkultur vermehrt. Sie verlieren dadurch an Pathogenität. Viele Impfstoffe basieren auf attenuierten Erregern, etwa diejenigen gegen Mumps, Masern und Röteln.

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Das Serum Institut of India arbeitet mit dem US-Unternehmen Codagenix an einer Vakzine aus attenuierten Sars-Cov-2-Viren. Von Vorteil wäre bei diesen Impfstoffen, dass ihre massenhafte Produktion wenig Probleme bereiten würde und eine Immunität erreicht werden könnte, die der natürlichen sehr ähnlich wäre. “Gegen Covid 19 wollen wir aber vor allem Menschen impfen, die besonders gefährdet sind”, sagt Carlos A. Guzmán. “Ausgerechnet für Individuen aus den Risikogruppen könnte ein Impfstoff aus einem abgeschwächten Virus zu gefährlich sein.”

Inaktiviertes Virus: Eine natürliche Immunantwort

Überall auf der Welt laufen Impfstoff-Projekte. © Quelle: Marijan Murat/dpa

Auch ein inaktiviertes Virus hätte als Impfstoff den Vorteil, eine der natürlichen Immunantwort ähnliche Reaktion im menschlichen Körper zu verursachen. Chinesische Forscher zeigten schon im April, dass ein Impfstoff basierend auf Sars-Cov-2-Viren, die mit der Chemikalie Propiolacton abgetötet worden waren, effektiv Makaken vor einer erneuerten Infektion schützten - obwohl diese mit einer extrem hohen Virus-Dosis infiziert wurden. Die Meerkatzenverwandten sind die Versuchstiere, deren Immunsystem dem menschlichen am meisten gleicht.

“Diese Inaktivierungstechnik ist gut bekannt und gut einsetzbar für eine Produktion in anderen Einrichtungen - das spricht dafür, dass dieser Impfstoff in großem Maßstab hergestellt werden könnte”, schreibt Emma Risson von der Icahn School of Medicine in New York dazu im Fachblatt Nature Reviews Immunology. Denn diese Art von Impfstoff wird gegen Hepatitis A und Tollwut angewendet, Produktionsanlagen existieren weltweit. Klinische Studien von vier solcher Impfstoffe laufen in China.

Protein-Impfstoff: Richtiges Molekül gesucht

Bei dieser Art von Impfstoff wird ein Virus-Protein von der Oberfläche des Erregers (oder ein Teil eines solchen Moleküls), künstlich hergestellt und injiziert. Das Immunsystem bildet dann dagegen Antikörper. Hier besteht die Schwierigkeit darin, das richtige Virus-Molekül auszusuchen. Meistens befindet es sich auf der Oberfläche des Virus, damit Antikörper das Virus am Eintritt in die Zelle hindern und es für einen Abbau durch andere Zellen des Immunsystems markieren können.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten solche Impfproteine zu verabreichen, etwa gekoppelt an Nanopartikel. Klinisch getestet werden bislang vier Kandidaten. Alle benutzen jeweils ein modifiziertes Spikeprotein von Sars-Cov-2, also dem Molekül des Erregers, das ihm Eintritt in die menschliche Zelle verschafft.

Erbsubstanz-Impfstoff: Produktion ist simpel

Die Erbsubstanz von Coronaviren besteht aus RNA. Bei RNA-Impfstoffen injiziert man die genetische Information für ein Virus-Protein, meist verpackt in Nano-Partikeln, in den Menschen. Daraus stellen unsere Zellen das Protein selbst her, das etwa bei Protein-Impfstoffen injiziert wird. Das Prinzip ist also ähnlich, wie auch bei einer echten Infektion, nur das hier nur ein sehr kleiner Teil des Virus-Bauplans geliefert wird, auf dessen Grundlage kein komplettes Virus gebildet werden kann.

Durch die Produktion des Virus-Proteins in der menschlichen Zelle ahmt auch dieses Verfahren eine natürliche Infektion nach. “Dadurch steigt die Chance, dass die Impfung auch Killerzellen für die Abwehr einer späteren Infektion mit Sars-Cov-2 aktiviert werden”, sagt Guzmán. “Das Risiko einer Impfung mit RNA wird gering eingeschätzt, denn sie gelangt nicht in den Zellkern und wird relativ schnell abgebaut.”

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Ein näherer Blick auf das Coronavirus
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Die Coronakrise hält Deutschland, Europa und die Welt in Atem.  © Reuters

Das Funktionsprinzip des DNA-Impfstoffes ist ähnlich wie bei der RNA-basierten Variante, mit dem Unterschied, dass DNA in der Zelle erst in RNA umgeschrieben werden muss, allerdings ist DNA langlebiger als RNA. “Man kann befürchten, dass sie sich eventuell ins Genom integrieren könnte”, sagt Guzmán. Die Produktion eines Impfstoffes aus Erbsubstanz ist simpel, weil nur die Buchstabenfolge des Genoms bekannt sein muss.

Deshalb gehörten diese Impfstoffe zu den ersten, bei denen Tests am Menschen beginnen konnten. Mit fünf RNA-Kandidaten und zwei DNA-Vakzinen laufen diese. Obwohl es heute einfach ist, RNA und DNA synthetisch herzustellen, existieren noch keine großen Produktionsanlangen - denn bis heute wurde kein Erbsubstanz-Impfstoff zur präventiven Impfung zugelassen. “Jedoch sind die ersten Ergebnisse aus den klinischen Studien mit dem Moderna-RNA-Impfstoff ermutigend”, sagt Carlos A. Guzman.

Vektorviren-Impfstoffe: Das Virus kommt in die Zelle

Wie bei einer RNA- oder DNA-Vakzine wird bei einem Vektor-Impfstoff ein Stück Erbgut des Coronavirus in eine menschliche Zelle gebracht und dort in ein Protein übersetzt. Als Vehikel dient hier aber ein harmloses Virus. Der Vorteil besteht darin, dass eine Infektion stattfindet - die Chance, dass das Immunsystem auf den verschiedenen Wegen angeregt, inklusive natürlicher Killerzellen und T- Helferzellen ist groß. Es werden sowohl Viren-Taxis verwendet, die sich im Körper vermehren können, als auch so genannte “nicht-replizierende Vektoren”, die dazu nicht in der Lage sind.

Nur letztere sind bereits in der klinischen Testung gegen Covid-19. “Es ist möglich, dass Menschen immun gegen Vektorviren sind”, sagt Guzmán. “Dann könnten diese eliminiert werden, noch bevor der Körper einen Immunschutz gegen den Erreger aufbauen kann, gegen den geimpft wird.” Bei dem CanSino-Impfstoff wäre das theoretisch denkbar, denn es handelt sich um einen Adenovirus Typ 5, der beim Menschen vorkommt.

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Um eine zweite Ansteckungswelle in Deutschland zu vermeiden, sind einige Verhaltens- und Hygieneregeln zu beachten.  © RND


Impfstoff der Universität Oxford: Geimpft noch ansteckend?

Der an Universität Oxford entwickelte Impfstoff dagegen, der erst aktuell gute Ergebnisse vorweisen konnte und von dem vier europäische Staaten vergangenen Monat 300 Millionen Impfdosen gekauft haben, umgeht dieses Problem. Der Vektor basiert hier auf einem Adenovirus, das nur bei Schimpansen vorkommt. Es ist deshalb extrem unwahrscheinlich, dass Menschen dagegen Antikörper haben. “Dieser Kandidat hat Affen gegen eine Covid-19-Pneumonie geschützt, konnte allerdings weder die Virus-Infektion noch dessen Freisetzung verhindern”, sagt Guzmán. “Wenn das auch bei Menschen der Fall ist, dann können geimpfte Individuen wahrscheinlich immer noch andere Menschen anstecken.”

Die Produktion von Vektor-Impfstoffen ist relativ einfach - allerdings sind sie noch kaum in der Anwendung. Nur zwei sind bereits zugelassen, einer gegen Dengue-Fieber und einer gegen Ebola. “Es gibt keine ideale Technologie und vielleicht wird eine zweite Generation von COVID-19 Impfstoffen nötig sein, um einen optimalen Schutz gegen das Virus in verschiedenen Bevölkerungsgruppen zu erzielen”, sagt Guzmán.

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Chronologie des Coronavirus
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Der Beginn des verheerenden Coronavirus war vermutlich ein Tiermarkt in Wuhan/China. In nur wenigen Wochen erreichte das Virus auch Europa.  © RND

Der Kandidat des chinesischen Biotechunternehmens CanSino soll angeblich schon bald bei Angehörigen des chinesischen Militärs eingesetzt werden - ohne Abschluss der klinischen Studien, das gleiche gilt für den Impfstoff des indischen Herstellers Bharat Biotech, der auf einem abgeschwächten Tollwut-Virus als Vektor beruht. Gefährliche Experimente. “Umso kleiner die Gruppen bei der klinischen Entwicklung, um so weniger kann man seltene Nebenwirkungen feststellen”, sagt Carlos Guzmán. “Und wenn man die Versuchsteilnehmer nicht lange nachverfolgt, dann wird man auch zeit-verzögerte Nebenwirkungen nicht finden.”

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