Impfstoff

Polioimpfstoff als Schluckimpfung

Ein Impfstoff, auch die Vakzine oder das Vakzin genannt (lat. vaccinus „von Kühen stammend“; siehe Vakzination), ist ein biologisch oder gentechnisch hergestelltes Antigen, meist bestehend aus Protein- oder Erbgutbruchstücken, abgetöteten oder abgeschwächten Erregern. Der Impfstoff dient im Rahmen einer Impfung zur spezifischen Aktivierung des Immunsystems hinsichtlich eines bestimmten Erregers bzw. einer Erregergruppe.

Dazu wird die Reaktion des Immunsystems ausgenutzt, bei Vorhandensein von Erregern bzw. deren spezifischen Teilen (z. B. Oberflächenproteine als Antigene) eine Immunantwort zu provozieren. Diese führt zur Ausbildung von Antikörpern und spezialisierten T-Helferzellen, die dann einen lange anhaltenden Schutz vor der jeweiligen Krankheit bieten, der je nach Erreger zwischen einigen Jahren und lebenslang anhalten kann.

Geschichte

Jonas Salk im Jahr 1955 mit zwei Zellkulturflaschen zur Polioimpfstoffherstellung.

Die Pocken waren die erste Krankheit, bei der versucht wurde, Individuen durch absichtliche Infektion mit anderen Erregern zu immunisieren. Es wird angenommen, dass diese Versuche entweder in Indien oder China bereits um 200 v. Chr. begannen. Chinesische Ärzte wählten zur Gewinnung des Impfstoffs Personen mit leichtem Krankheitsverlauf aus und entfernten Krustenstücke der Pocken dieser Infizierten. Die Stücke wurden zu einem Pulver zermahlen und in die Nase der zu impfenden Person eingeführt.

Lady Mary Wortley Montagu berichtete 1718, dass die Türken sich in ähnlicher Weise den Körperflüssigkeiten von leicht Infizierten aussetzten, und wendete diese Methode bei ihren eigenen Kindern an. Spätestens in den Jahren ab 1770 beobachteten sechs Personen, darunter Sevel, Jensen, Jesty (1774), Rendall und Plett (1791), dass Melkerinnen gegen Menschenpocken immun geworden waren, nachdem sie die vergleichsweise harmlosen Kuhpocken überstanden hatten. Sie impften daraufhin im Familien- und Bekanntenkreis erfolgreich mit der Kuhpockenlymphe. Im Jahre 1796 beobachtete auch der englische Landarzt Edward Jenner während der Blüte der europäischen Pockenepidemien, dass Mägde durch den Kontakt mit Kuheutern teilweise mit Kuhpocken infiziert wurden, die ein vergleichsweise harmloser Verwandter der Pocken sind. Er entnahm infektiöse Flüssigkeiten von der Hand der derart infizierten Magd Sarah Nelmes und führte diese durch Injektion oder Kratzen in den Arm des acht Jahre alten, gesunden James Phipps ein. James entwickelte Symptome einer Kuhpocken-Infektion, von der er vollständig genas. 48 Tage später injizierte Jenner ihm mit Pocken verunreinigte (kontaminierte) Materie. Der Junge entwickelte keine Symptome.

Attenuierter Lebendimpfstoff

Solche Lebendimpfstoffe enthalten abgeschwächte (attenuierte) Viren oder Bakterien, die sich meistens noch vermehren können (nicht aber beim MVA-Virus) und eine Immunantwort auslösen, in der Regel jedoch keine Erkrankung. Ein attenuierter Lebendimpfstoff ist in der Regel deutlich wirksamer als ein Totimpfstoff. In seltenen Fällen kann es nach der Anwendung eines solchen Impfstoffes bei der möglichen Vermehrung der Erreger zu einer Mutation (Reversion) in Richtung der nicht abgeschwächten Ausgangsform kommen, durch die dann doch die Erkrankung eintreten kann. Beispiele hierfür sind die in Europa aufgegebene Polio-Schluckimpfung, welche sehr selten die Impfpoliomyelitis ausgelöst hat, der MMR-Impfstoff, der Pockenimpfstoff, der Bacillus Calmette-Guérin sowie Impfstoffe gegen Gelbfieber. Zur Typhus-Impfung stehen sowohl Lebend- als auch Totimpfstoffe zur Verfügung. Die Attenuierung erfolgt meistens durch serielle Infektionen von artfremden Zellkulturen, embryonierten Hühnereiern oder Versuchstieren, bei dem sich der jeweilige Erreger an die neue Wirtsspezies anpasst und dabei oftmals gleichzeitig Anpassungen an die Art des Geimpften verliert, was sich in einer Verringerung der Pathogenität äußert.

Manche Lebendimpfstoffe werden durch weitere Methoden behandelt. Kälteadaptierte Stämme können sich nur bei Temperaturen um 25 °C vermehren, was die Viren auf die oberen Atemwege beschränkt. Bei temperatursensitiven Stämmen ist die Replikation auf einen Temperaturbereich von 38–39 °C beschränkt und es kommt auch hier nicht zum Befall der unteren Atemwege.

Totimpfstoff

Totimpfstoffe enthalten inaktivierte oder abgetötete Viren oder Bakterien oder Bestandteile von Viren, Bakterien oder Giftstoffen. Diese können sich im Körper nicht mehr weitervermehren oder ihn vergiften, wie es das Tetanospasmin könnte, aber sie lösen ebenfalls eine Abwehrreaktion (Immunreaktion) aus. Beispiele sind die Toxoidimpfstoffe und Impfstoffe gegen Influenza (Influenzaimpfstoff), Cholera, Beulenpest, Hepatitis A oder Hepatitis B (Hepatitis-B-Impfstoff).

Totimpfstoffe werden unterschieden in:

• Toxoide: Toxoide sind entgiftete Toxine krankheitserregender Mikroorganismen. Diese Impfstoffe werden in Fällen verwendet, in denen nicht die Erreger selbst, sondern wie bei Tetanus und Diphtherie vor allem deren Toxine die Krankheitssymptome verursachen.
• Inaktivierte Ganzpartikelimpfstoffe: Inaktivierung der Viren durch Fixierung mittels einer kombinierten Anwendung von Formaldehyd, beta-Propiolacton und Psoralen
• Spaltimpfstoffe: Zerstörung der Virusoberfläche mit Detergentien oder starken organischen Lösungsmitteln.
• Untereinheitimpfstoffe: die Oberfläche wird vollständig aufgelöst und spezifische Komponenten (Hämagglutinin- und Neuraminidase-Proteine) herausgereinigt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Untereinheiten rekombinant herzustellen. Untereinheitimpfstoffe sind nur wenig immunogen, besitzen dafür aber geringe Nebenwirkungen.

Vor- und Nachteile der Lebend- und Totimpfstoffe

Lebendimpfstoffe sind meist etwas einfacher zu gewinnen als Totimpfstoffe, beide lösen lang anhaltende bis lebenslange zelluläre Immunantworten aus. Allerdings sind Lebendimpfstoffe etwas schlechter verträglich und bergen das - sehr geringe - Risiko einer Rückmutation in Krankheitserreger und damit der Auslösung einer (meist abgeschwächten) Form der Erkrankung, gegen die sie ursprünglich schützen sollten.

Daher sind nach aktuellen Empfehlungen des in Deutschland dafür zuständigen Robert-Koch-Instituts Lebendimpfungen ab drei Monaten vor einer und während der gesamten Schwangerschaft kontraindiziert. Dagegen können fällige Impfungen mit Totimpfstoffen den werdenden Müttern im zweiten und dritten Drittel der Schwangerschaft bedenkenlos verabreicht werden; im ersten Drittel sollten zum Ausschluss jeglichen Risikos für das Kind dagegen nur diejenigen Totstoff-Impfungen vorgenommen werden, die individuell dringend indiziert sind. In der anschließenden Stillzeit sind Impfungen generell ohne Beschränkungen möglich.

Unterschiedliche Lebendimpfstoffe können ohne Weiteres gleichzeitig (simultan) verabreicht werden. Bei nicht gleichzeitiger Impfung soll der Abstand zwischen zwei Lebendimpfungen allerdings mindestens vier Wochen betragen. Totimpfstoffe oder eine Kombination mit ihnen betrifft dies nicht.

Weitere Impfstofftypen

Eine Reihe weiterer, teilweise experimenteller Techniken werden im Zuge eines Impfstoffdesigns verwendet:

• Konjugierte Impfstoffe: einige Bakterien verfügen über Polysaccharid-Außenhüllen, die nur schwache Immunantworten provozieren. Durch Verbindung dieser Außenhüllen mit Proteinen (wie Toxinen) kann das Immunsystem dazu gebracht werden, die Polysaccharide wie Proteinantigene zu erkennen.
• Anstatt vollständiger attenuierter oder inaktiver Erreger kann auch durch Fragmente (also Teilstücke) eine Immunantwort provoziert werden.
• Rekombinante Vektoren: Durch Kombination der Physiologie eines Mikroorganismus mit der DNA eines anderen kann eine Immunität gegen Erreger mit komplexen Infektionsprozessen geschaffen werden.
• DNA-Impfung: In den letzten Jahren entstand eine experimentelle Form der Impfung, die auf der DNA des Agens basiert und per Injektion, Impfpflaster oder Genkanone angewendet wird. Hierbei wird virale oder bakterielle DNA in den Wirtsorganismus eingebracht und vor Ort exprimiert. Hierdurch wird sowohl eine humorale als auch eine zelluläre Immunreaktion bewirkt. Dabei entfallen nach bisherigem Stand der Forschungen (2015) die Nebenwirkungen der üblichen Impfmethoden. Ein Risiko ist allerdings noch der Einbau in die Erbsubstanz; dies kann unter anderem durch Verwendung von mRNA oder der Vermeidung von Homologien vermieden werden.
• mRNA-Impfung: Ähnlich der DNA-Impfung wird genetischer Code verwendet, aber in Form von mRNA des jeweiligen Antigens. Der Vorteil ist die Stabilität gegenüber DNA. mRNA kann im einfachsten Fall intranasal verabreicht werden, muss also nicht gespritzt werden. Verschiedene Methoden zur Intensivierung der Immunantwort wurden bereits erprobt, beispielsweise die Komplexierung mit Protamin. Einsatzgebiete bisher war vor allem die Krebstherapie und die Infektionsprophylaxe.
• Krebsimpfstoffe werden eingesetzt, um das Immunsystem gegen Tumorzellen zu sensibilisieren.

Impfstoffbeispiele

Impfstoffe gegen Infektionen mit Viren sind z. B. Adenovirusimpfstoffe, Hepatitis-B-Impfstoffe, Hepatitis-A-Impfstoffe, die experimentellen HIV-Impfstoffe wie Remune und Ebola-Impfstoffe wie CAd3-ZEBOV und VSV-EBOV, FSME-Impfstoffe, Gelbfieberimpfstoffe, HPV-Impfstoffe, Influenzaimpfstoffe, Japanische-Enzephalitis-Impfstoffe, Masernimpfstoffe, der MMR-Impfstoff, Mumpsimpfstoffe, Pockenimpfstoffe wie das Modified-Vaccinia-Ankara-Virus, Polioimpfstoffe, Rotavirusimpfstoffe, Rötelnimpfstoffe und Tollwutimpfstoffe.

Impfstoffe gegen Infektionen mit Bakterien umfassen Anthraximpfstoffe, den Bacillus Calmette-Guérin, Choleraimpfstoffe, DTP-Impfstoffe, Hib-Impfstoffe, Typhusimpfstoffe, Diphtherieimpfstoffe, Fleckfieberimpfstoffe, Tetanusimpfstoffe, Meningitisimpfstoffe, Pertussisimpfstoffe, Pestimpfstoffe und Pneumococcusimpfstoffe. Der hexavalente Impfstoff wirkt sowohl gegen Infektionen mit bestimmten Bakterien wie auch gegen Infektionen mit bestimmten Viren.

Impfstoffe gegen Parasiten sind z. B. Hakenwurmimpfstoffe, Schistosomiasisimpfstoffe und Trypanosomiasisimpfstoffe.

Experimentelle Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten umfassen Zytomegalievirusimpfstoffe, HIV-Impfstoffe, Hepatitis-C-Impfstoffe und Malariaimpfstoffe. Krebsimpfstoffe sind unter anderem Sipuleucel-T und Tecemotide. Die Impfstoffe TA-CD und TA-NIC sind gegen niedermolekulare Verbindungen wie Kokain bzw. Nicotin gerichtet.

Verabreichungsformen

Die meisten Impfstoffe werden intramuskulär oder subkutan injiziert. Bei der intramuskulären Injektion wird ein größerer Muskel gewählt, der das Volumen des Impfstoffs besser aufnehmen kann. Für Lebendimpfstoffe eignen sich teilweise auch weniger invasive Verabreichungsformen, da sie sich im Geimpften replizieren bzw. repliziert werden, z. B. Tropfen für die Schleimhäute oder Aerosol-Inhalatoren. Als Polioimpfstoff war eine Schluckimpfung zugelassen. Der Pockenimpfstoff wird dagegen mit einer Bifurkationsnadel in die Haut eingeritzt. Experimentelle Applikationsformen umfassen unter anderem Impfpflaster, Genkanonen, Elektroporation, essbare transgene Pflanzen, fliegende Spritzen und Mikronadelanordnungen.

Wirtschaftliche Bedeutung

Größte Impfstoffhersteller
Hersteller	Marktanteil
Sanofi-Aventis	23 %
GlaxoSmithKline	23 %
Wyeth	16 %
Novartis (Chiron)	10 %
Sanofi/MSD Sharp & Dohme (Joint Venture)	8 %
Sonstige	15 %
Quelle: GlaxoSmithKline (2005)

Die Impfstoffherstellung erlebt angesichts der Bedrohung durch Erreger, wie beispielsweise Vogelgrippe „H5N1“ und Schweinegrippe „H1N1“, sowie im Veterinärbereich die Blauzungenkrankheit und das Schmallenberg-Virus weltweit einen wirtschaftlichen Aufschwung. So wurden 2001 weltweit 6.9 Milliarden $ umgesetzt. 2009 waren es rund 25 Milliarden $ und für 2015 wird der weltweite Umsatz in der Impfstoffherstellung auf 56–64 Milliarden $ geschätzt.

Weitere Impfstoffhersteller sind unter anderem IDT Biologika. Impfstoff-Hersteller aus Schwellenländern sind z. B. Panacea Biotec, Instituto Butantan, Bio-Manguinhos, Shanghai Pharma, Bharat Biotech, Poonawalla Group (Serum Institute of India), biofarma, Sinovac und Sinopharm.

Weblinks

Wiktionary: Impfstoff – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Impfstoffe – kindergesundheit-info.de: unabhängiges Informationsangebot der Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung (BZgA)
• dnavaccine.com – exzellente Seite zur DNA-Vakzinierung & Gen-Therapie (engl.)
• vaccine.com – sehr gut organisierte Link-Seite zu verschiedensten Aspekten von Impfung & Impfstoffen (engl.)
• PATH Vaccine Resource Library - eine weitere hervorragend organisierte Link-Sammlung zum Thema (engl.)
• The History of Vaccines – Informations- und Bildungswebsite der ältesten medizinischen Gesellschaft der USA, The College of Physicians of Philadelphia