Politische Bildung ist das Fundament der Demokratie

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Corona-Impfstoffe und ihre Wirkungsweise

Die Diskussionen rund ums Impfen gegen Corona sind breit gestreut. Wesentlichen Themen der letzten Wochen waren dabei die Bestellung und Lieferung von Impfdosen, aber auch Themen wie die Priorisierung bestimmter Gruppen, Risiken und Nebenwirkungen oder mögliche Impf-Vorteile führen immer wieder zu neuen Debatten. Die Hoffnung, dass Impfungen uns zurück in den Alltag verhelfen können, verleiht dem Thema große Präsenz. Zudem befindet sich eine Vielzahl von Impfstoffen in Entwicklungs- oder Studienphasen, was immer wieder zu neuen wissenschaftlichen Forschungsergebnissen führt. Aktuell sind in der EU vier Impfstoffe zugelassen: BNT162 von BioNTech/Pfizer, mRNA-1237 von Moderna, Janssen Ad26.COV2.S von Johnson&Johnson und  AZD1222 von AstraZeneca. Weitere Impfstoffe befinden sich in Studien-Phasen oder werden von der EMA (Europäische Arzneimittelagentur) auf Zulassung geprüft. Um bei all den verschiedenen Impfstoffen einen Überblick zu schaffen und die Frage zu beantworten, worin sich diese unterscheiden, beschäftigen wir uns in diesem Artikel mit der Wirkung verschiedener Impfstofftypen.

Generelles Wirkungsprinzip von Impfungen

Zunächst ein paar Worte zur generellen Funktionsweise von Impfungen. Impfungen bereiten das Immunsystem gezielt auf die Abwehr gegen bestimmte Erreger vor. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen aktiven und passiven Impfstoffen. Während passive Impfstoffe bereits die krankheitsbekämpfenden Antikörper enthalten und nur eine kurzfristige Wirkung entfalten, erzeugen aktive Impfstoffe gezielt eine körpereigenen Immunreaktion. Der Körper bildet nach einer solchen Gedächtniszellen aus, welche den Erreger an seiner Oberflächenstruktur erkennen und sich so an ihn „erinnern“ können. Im Fall einer Infektion mit den spezifischen Erregern kann der Körper dann schneller reagieren und diese mit der Produktion von entsprechenden Antikörpern abwehren. Das Immunsystem wird also im Rahmen der Impfung durch eine stark abgeschwächte Immunreaktion auf den Erreger im Ernstfall vorbereitet. Man unterscheidet die aktiven Impfstoffe in Lebendimpfstoffe (Bsp. Impfung gegen Masern) und Totimpfstoffe (Bsp. Impfung gegen Polio).

Eine weitere Gruppe bilden die genbasierten Impfstoffe. Sie enthalten lediglich diejenigen Teile der genetischen Information eines Erregers, welche die Baupläne der Oberflächenstruktur mitbringen. Im Körper werden also zunächst die Oberflächenproteine des Erregers selbst hergestellt und in Folge dessen die Gedächtniszellen für die entsprechenden bekämpfenden Antikörper entwickelt. Genau wie bei den Lebend- oder Totimpfstoffen sind diese Gedächtniszellen schützend vor einer Infektion mit den Erregern. Die Forschung für genbasierte Impfstoffe gibt es schon seit längerer Zeit. In Folge der Corona-Pandemie erlangte die Impfstoffforschung und -entwicklung jedoch eine unglaubliche Schnelligkeit, wodurch nun erstmals genbasierte Impfstoffe massenweise eingesetzt werden können.

mRNA-Wirkstoffe

Einer der genbasierten Impfstofftypen sind sogenannte mRNA-Wirkstoffe. mRNA ist die gängige Abkürzung für Messenger-Ribonukleinsäure. Sie wird im Zellkern während der Transkription eines DNA-Abschnitts produziert und gelangt dann ins Zellplasma, wo sie als Vorlage für die Synthese von Proteinen dient. Für Impfstoffe, die auf mRNA basieren, ist dabei die Synthese der Oberflächenproteine eines Erregers relevant. Gerade beim Corona auslösenden Virus Sars-Cov-2 sind diese Oberflächenproteine besonders auffällig. Es handelt sich hierbei um die sogenannten Spike-Proteine. Sie nutzen dem Virus dabei in die Zellen vorzudringen und bilden die namensgebende Struktur des Virus (also diese „kranzförmigen Pikser drumherum“). mRNA wird zwar normalerweise im Zellkern produziert, kann dem Körper aber auch in Form einer Impfung von außerhalb zugeführt werden. Um einen mRNA-Impfstoff gegen Corona herzustellen, musste zunächst der genetische Code des Virus entschlüsselt werden, um denjenigen DNA-Abschnitt ausfindig zu machen, welcher die Baupläne der Spike-Proteine enthält. Eine mRNA-Abschrift dieser Baupläne wird dann in Lipid-Nanopartikel verpackt und durch eine Impfung in den Oberarm in die Muskelzellen eingeschleust. Der Impfstoff BNT162 des Mainzer Unternehmens BioNTech und seinem US-amerikanischen Partners, dem Pharmakonzern Pfizer gehört zur Gruppe der mRNA- Impfstoffe. Größter Vorteil ist hierbei das relativ einfache Herstellungsverfahren und die hohe Wirksamkeit, die mittlerweile durch zahlreiche Studien belegt wurde. Auch gegen die südafrikanische Virusmutation zeigt sich BNT162 wirksam. Ein Nachteil ist jedoch die Instabilität der mRNA. Aufgrund dieser muss der Impfstoff bei minus 70 °C gekühlt werden. Da die mRNA- Wirkungsweise noch so neu ist, fehlen bisher auch Studien bezüglich eventueller Langzeitfolgen. Auch der Impfstoff mRNA-1237 des US-Pharmakonzerns Moderna basiert auf dieser Wirkungsweise. Sowohl der Impfstoff von BioNTech/Pfizer als auch von Moderna sind bereits in Deutschland zugelassen und werden verwendet. Ihre Wirksamkeit liegt bei 95 bzw. 94 %. 

Vektorimpfstoffe

Bei einer Initiierung eines Vektorimpfstoffes, werden mit Hilfe eines ungefährlichen Trägers Bruchstücke des Coronavirus in den Körper gebracht, damit dort das Immunsystem des Impflings reagieren kann und eine Immunabwehr bilden kann. Der Träger (lat. vector) am Beispiel des AstraZeneca Impfstoffes ist ein Erkältungsvirus eines Schimpansen. In dieses wird ein Teil des Erbguts des Coronavirus eingebaut, welches die “Bauanleitung” für das Spike-Protein, also das Schlüsselprotein, enthält. Befinden sich nun die Trägerviren im Körper eines Geimpften, bilden sich dort in Wirtszellen die Spike-Proteine. Die entstandenen Fremdkörper werden vom Immunsystem als solche erkannt und es beginnt die Abwehrreaktionen gegen diese. Da die Vektorviren in einer geringen Anzahl verabreicht werden und sich zudem nicht vermehren können, können diese schnell neutralisiert werden. Die Immunreaktion bleibt jedoch bestehen, sodass bei einer tatsächlichen Infektion der Körper schnell reagieren kann. 

Ein Vorteil von Vektorimpfstoffen ist, dass diese schnell und günstig hergestellt werden können. 

Mit Janssen Ad26.COV2.S von Johnson&Johnson und AZD1222 von AstraZeneca sind in der EU zwei Vektorimpfstoffe für die Bekämpfung der SARS-Cov 2 Pandemie zugelassen. Im Gegensatz zu den mRNA-Vakzinen ist dieser Typ schon erprobt, da er bereits gegen die Virusinfektionen Dengue und Ebola eingesetzt wurde und wird. 

Am 11. März wurde von der Europäischen Arzneimittel Agentur (EMA) die Empfehlung zur Zulassung des Vakzins der amerikanischen Firma Johnson&Johnson ausgesprochen, dem die EU-Kommission dann auch nachkam. Janssen Ad26.COV2.S  ist nun der erste Covid-19 Impfstoff in der EU, welcher lediglich eine Impfdosis benötigt. Außerdem ist dieses lange bei normalen Kühlschrank Temperaturen haltbar. Die Wirksamkeit ist etwas geringer als bei den anderen zugelassenen Impfstoffen und liegt bei 66%. Das bedeutet aber dennoch, dass es bei Geimpften zu dreimal weniger Infektionen mit Symptomen kam. Schwere Verläufe können sogar zu 85% durch eine Impfung verhindert werden. Ähnliche Werte wurden auch bei Probanden in Brasilien und Südafrika gemessen, wodurch sich annehmen lässt, dass auch eine Wirksamkeit gegenüber den dortigen Mutanten besteht. Die meisten Nebenwirkung fallen nicht anders als auch bei mRNA-Vakzinen aus und belaufen sich auf Schüttelfrost, Müdigkeit und Gelenk- und Kopfschmerzen. Mit einem Preis von ca. sieben Euro pro Dosis, kostet das Vakzin ungefähr die Hälfte von den zugelassenen mRNA-Impfstoffen. 

Das größte Problem bei Janssen Ad26.COV2.S liegt dabei in der Geschwindigkeit der Lieferungen der von der EU 200 Millionen bestellten Impfdosen. So soll nach Angaben des Konzerns frühestens Mitte, Ende April der Impfstoff in Europa initiiert werden können. Fraglich ist, warum jedoch andere Länder schon vorher beliefert werden können. Bis Ende Juni rechnet das amerikanische Unternehmen mit lediglich 55 Millionen gelieferten Dosen. 

Der erste vektorbasierte Impfstoff in der EU, AZD1222, entwickelt von der schwedischen Firma AstraZeneca, in Zusammenarbeit mit der University of Oxford, muss sich aktuell aus verschiedenen Gründen Kritik aussetzen. 

Zum einen da, wie auch beim amerikanischen Konkurrenten, die versprochenen Mengen von Lieferungen gekürzt wurden. Statt 80 Millionen Impfdosen im ersten Quartal lediglich 30 Millionen. Zudem könnte die Lieferungen für das zweite Quartal dezimiert werden. So hieß es, dass anstatt den vorgesehenen 180 Millionen nur 90 Millionen realistisch sein. Dass somit die Impfentwicklung in der EU deutlich langsamer wird sorgt zusammen mit dem Fakt, dass die EU Millionen an Geldern in die Förderung der Produktion steckte, für Unmut bei den EU Mitgliedsstaaten. Auch das Großbritannien fast komplett von Lieferengpässen des Vakzins verschont bleibt und AstraZeneca in die USA liefert, obwohl der Impfstoff dort noch nicht zugelassen wurde, lässt die Irritationen der EU wachsen.  Der gesundheitspolitische Sprecher der Europäischen Volkspartei im Europa-Parlament, Peter Liese (CDU), sprach deshalb auch davon, dass sich AstraZeneca entscheiden müsse, ob es wie ein britisches oder internationales Unternehmen agieren wolle und sagte auch: “AstraZeneca is not playing fair”. 

Der andere Grund für Kritik am Impfstoff sind mögliche Nebenwirkungen, die dazu führten, dass Norwegen, Island, Rumänien und Dänemark, aber auch Deutschland, die Verimpfung des Vakzins vorübergehend gestoppt haben und hatten. So sollen in mehreren Fällen schwerwiegende Arten von Blutgerinnsel bei Geimpften entstanden sein. Die EMA und die WHO sprachen jedoch davon, keine Hinweise vorliegen zu haben, dass die Bildung von Blutgerinnseln durch die Impfung des Vakzins ausgelöst wurden. Dieser vorübergehende Stopp der Verimpfungen des Vakzins hat zur Folge, dass die Impfentwicklung noch erschwert wird und wurde, da verständlicherweise das Ansehen und Vertrauen in das Vakzin beschädigt ist.  

Dieser besitzt die Vorteile, mit 1,78€ pro Dosis der günstigste Zugelassene Impfstoff zu sein und dabei eine Wirksamkeit von 62 bis 90% (je nach Studie) zu besitzen. Wie auch beim Vakzin von Johnson&Johnson ist die Lagerung im normalen Kühlschrank möglich.  

Ein dritter Vektorimpfstoff, der mittlerweile auch in Teilen der EU geimpft wird, ist Sputnik V. Dieses russische Vakzin wurde bereits im August 2020 in Russland genutzt, um einzelne Bevölkerungsgruppen zu impfen. Zu diesem Zeitpunkt hatte eine Phase-III-Studie noch nicht begonnen, weshalb das Vorgehen der Behörden international, aber auch von Medizinern national, deutlich kritisiert wurde. Die daraufhin im September 2020 begonnene dritte Phase zeigte eine Wirksamkeit von 91,6% beim  Gam-COVID-Vac-Impfstoff, wie im Lancet berichtet wurde. Das am Gamaleja-Institut für Epidemiologie und Mikrobiologie entwickelte Impfstoff wurde bisher in rund 50 Staaten zugelassen, darunter vor allem Staaten, welche nicht die Möglichkeiten haben, die Dosen der europäischen und amerikanischen Hersteller zu erwerben. Seit dem 04. März prüft nun aber auch die EMA die Daten der Studien und begann ein Rolling-Review-Verfahren. Auch europäische Staaten bestellen und verimpfen das russische Vakzin. Diese hatten sich eigentlich auf die Unterstützung der EU verlassen, welche aber durch die Schwierigkeiten der Impfstoffbestellung diesen Hoffnungen nicht nachkommen kann. Aus europäischer Sicht wird nun befürchtet, dass der Einfluss Russlands nicht nur in der Impfstofflieferung auf Staaten wie Serbien oder Nordmazedonien wächst. Zudem warten auch Mitglieder der EU nicht auf die Zulassung der EMA für Sputnik V, sondern nutzen diesen durch nationale Zulassungen. Die Slowakei hat aus diesem Grund zwei Millionen Impfdosen von Gam-COVID-Vac in Russland bestellt.     

Rekombinante Proteine

Einen weiteren Impfstofftyp bilden Impfstoffe, die auf rekombinanten Proteinen basieren. Diese enthalten biochemisch hergestellte Oberflächenstrukturproteine (Antigene), welche die Immunreaktion auslösen. Für die Herstellung der Oberflächenstrukturproteine wird die genetische Information bestimmter Zellen so verändert, dass sie die gewünschten Proteine herstellen. Dieser Vorgang der Herstellung rekombinanter Proteine findet in der Medizin bereits vielfache Verwendung wie zum Beispiel für die Herstellung von Insulin. Wie erwähnt handelt es sich beim Oberflächenstrukturprotein des Sars-Cov-2 Virus um das Spike-Protein, welches in einem auf rekombinanten Proteinen basierenden Impfstoff enthalten ist.  Der Impfstoff NVX-CoV2373 des US-amerikanischen Pharmakonzerns Novavax basiert auf diesem Wirkungsprinzip. Zusätzlich zu den Spike-Proteinen ist dem Impfstoff ein Matrix-M1-Adjuvans zugesetzt. Das ist ein Mittel welches die recht schwache Immunreaktion verstärkt. Novavax befindet sich aktuell im EMA-Zulassungsverfahren. Prinzipiell setzt die Immunreaktion eines auf rekombinanten Proteinen basierenden Impfstoffes früher ein, als es bei mRNA-Wirkstoffen der Fall ist (die Antigene müssen nicht erst vom Körper selbst produziert werden). Zudem sind proteinbasierte Impfstoffe gut lagerfähig und müssen nicht tiefgekühlt werden.

Inaktives Virus 

Totimpfstoffe, also Vakzine, welche nur abgetötete und somit inaktive Viren beinhalten, haben sich in der Vergangenheit durch verschiedene Einsetzungsmöglichkeiten bewährt. So gehört beispielsweise die Impfung gegen Polio (Kinderlähmung) oder auch Tetanus zu diesem Typ eines Impfstoffes. 

Sofern man einen Totimpfstoff erhält, werden Bestandteile inaktiver Viren, welche nicht mehr in der Lage sind sich zu vermehren, iniziert.  Dadurch aber, dass das Immunsystem des jeweils Geimpften das Virus als Fremdstoff erkennt, kann dieses IgM-Antikörper (Immunglobulin M-Antikörper) mit Hilfe der T-Helferzellen in den B-Lymphozyten bilden. Danach steigt der Anteil der IgG(Immunglobulin G)-Antikörper, welche zusammen mit den in den T-Zellen gebildeten T-Gedächtniszellen ein Immungedächtnis ermöglichen. Um einen bestmöglichen Schutz zu erreichen, muss zum einen Totimpfstoff mehrfach geimpft werden. Dies geschieht in Abhängigkeit zu den Impfstoffen in verschiedenen zeitlichen Abständen. 

Den Ansatz dieses Impfstofftyps verfolgen auch im Kampf gegen das Coronavirus SARS-Cov 2 verschiedene Firmen, unter anderem die chinesische Firma Sinopharm und der indische Hersteller Brahat Biotech

Brahat Biotech, Firma um den ehemaligen Bayer-Mitarbeiter Krishna Ella, hat am ersten Januarwochenende 2021 die Zulassung in Indien für den von ihnen in Zusammenarbeit mit dem Indischen Rat für medizinische Forschung (ICMR) entwickelten Totimpfstoff BBV152, auch bezeichnet als Covaxin, erhalten. Kritik kam dabei besonders von Gesundheitsexperten und der indischen Opposition, da diese Gefahren befürchteten, aufgrund dessen, dass der Impfstoff noch nicht die Phase III der klinischen Studien abgeschlossen hat. Auch wenn die Phase III noch nicht vollkommen beendet wurde, zeigen bisherige Ergebnisse, dass die Wirksamkeit des Impfstoffes in der momentanen Studie bei 81% liegt. Ein weiteres positives Ergebnis lässt sich im vorläufigen Bericht des  Open-Access-Preprint-Repository für Biowissenschaften bioRxiv finden, da dieser zeigt, dass BBV152 auch die britische Mutation des Coronavirus B.1.1.7 wirksam neutralisieren soll. 

Das Vakzin hat neben der Notfallzulassung in Indien auch eine Genehmigung im Iran und in Simbabwe erhalten. 

Der chinesische Staatskonzern Sinopharm hat in der Pressemitteilung zur Zulassung in China eine Wirksamkeit von 86% bei ihrem Impfstoff Vero angegeben. Zudem sollen bei über 60 Tausend Probanden keine schweren Verläufe zu beobachten gewesen sein.  Dies bestätigt die Ergebnisse der veröffentlichten Studien der Phasen I und II nach denen eine robuste Immunantwort bei Geimpften hervorgerufen worden sein soll. Die häufigste Nebenwirkung des Vakzins war dabei lediglich leichtes Fieber. 

Sinopharm findet momentan neben dem eigenen Land einen Abnehmer in Ungarn. Dieses hatte eine Notfallzulassung für das chinesische Vakzin ausgesprochen und somit nicht auf eine Zulassung der EMA gewartet. Dieses tun momentan noch Länder wie Österreich und Tschechien, beginnen aber dennoch Verhandlungen mit Sinopharm. 

Um Vero auch weltweit einsetzen zu können, hat die Firma eine Zulassung bei der Weltgesundheitsorganisation (WHO) beantragt, sodass der Impfstoff auch ein Teil des Programms Covax werden könnte.

Impfstoffe sind ein Hauptbestandteil im Kampf gegen diese Pandemie. Damit dieser Kampf gewonnen werden kann, müssen viele Impfdosen weltweit verimpft werden. Dennoch müssen die Impfstoffe Sicherheitsstandards einhalten und die Qualität darf nicht unter der Geschwindigkeit leiden. Da diese von verschiedensten Behörden, wie der EMA oder dem Paul-Ehrlich-Institut ist wichtig diesen zu Vertrauen und sich, sobald die Möglichkeit besteht impfen zu lassen. 

Hannes Ahrens, Louisa van Wees