Biotechnologie

Die nächste Generation von Impfstoffen

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Die Macht der Impfstoffe

Seit ihrer Erfindung im 19th Jahrhundert haben Impfstoffe eine massive Gesundheitsrevolution ausgelöst. Zum Teil haben sie die Sterblichkeit durch tödliche Krankheiten drastisch reduziert, mit nicht weniger als 154 Millionen geretteten Leben in den letzten 50 Jahren, laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO).

Impfstoffe haben auch die schreckliche Krankheit Pocken vollständig ausgerottet, von der geschätzt wird, dass sie in den letzten 100 Jahren ihres Bestehens 500 Millionen Menschen getötet hat.

Als Nächstes könnte Polio auf dem Prüfstand stehen, mit den letzten Endemie‑Hotspots in Pakistan und Afghanistan. Vor der Impfung tötete Polio jedes Jahr eine halbe Million Menschen.

Und natürlich hat die jüngste Pandemie Impf‑ und Anti‑Impf‑Bewegungen in den Vordergrund der öffentlichen Diskussion gerückt, wobei die mRNA‑Impfstofftechnologie spektakulär in den Markt und das öffentliche Bewusstsein eingetreten ist.

Trotz dieser Erfolge machen Infektionskrankheiten immer noch etwa 40 % aller gemeldeten Todesfälle weltweit aus. Zum Teil liegt das an unzureichender Impfabdeckung in armen Entwicklungsländern, aber auch daran, dass einige Krankheiten noch immer der Entwicklung von Impfstoffen widerstehen.

Dies könnte sich dank vieler neuer Technologien, die zusammenkommen, um eine neue Generation von Impfstoffen zu schaffen, ändern.

Quelle: Phrma

Wie Impfstoffe funktionieren

Das Grundprinzip eines Impfstoffs ist es, das Immunsystem zu „trainieren“, bevor es einer gefährlichen Krankheit durch ein Virus oder Bakterium (den Erreger) begegnet.

Dies geschieht, indem dem Körper entweder ein Teil des pathogen‑ („krankheitserzeugenden“) Bakteriums oder Virus (das Antigen) oder der gesamte Erreger präsentiert wird, der entweder abgetötet oder abgeschwächt ist, sodass er die Krankheit nicht auslösen kann.

Wenn das geschehen ist, beginnt das Immunsystem des Körpers, Proteine namens Antikörper zu entwickeln. Diese Antikörper „klicken“ an spezifische Teile des Erregers oder Antigens und erkennen ihn auf dieselbe Weise, wie ein Schlüssel und ein Schloss funktionieren.

Quelle: Cusabio

Es ist die Spezifität der Antigen‑Antikörper‑Interaktion, die es dem Antikörper ermöglicht, den Erreger zu neutralisieren und die Person vor der Krankheit zu schützen.

Sie können sich auch dieses 3‑minütige Video ansehen, das diese Grundprinzipien der Impfung animiert:

Für einige Krankheiten, wie Pocken, funktionierte das so gut, dass wir die Krankheit vollständig ausgerottet haben.

Aber andere sind schwieriger. Hier sind einige der Methoden, mit denen Erreger Impfstoffe und das Immunsystem umgehen können:

  • Hoch variable Antigene. Dies ist die Strategie, die von Grippe‑ und Erkältungsviren verwendet wird, mit so vielen Varianten, dass die saisonale Grippe jedes Jahr aus Sicht von Impfstoff und Immunsystem eine „neue“ Krankheit ist.
  • Niedrige Konzentration und Verstecken. Einige Krankheiten verstecken sich sehr gut vor dem Immunsystem. Sie verursachen meist chronische Erkrankungen, aber wenn das Immunsystem sie nicht findet, ist die Impfung weniger nützlich oder funktioniert überhaupt nicht.
  • Das Immunsystem neutralisieren. Am deutlichsten zeigt sich das bei HIV, das direkt die Antikörper‑produzierenden Systeme des Körpers angreift.
  • Schnell angreifen. Einige Krankheiten schlagen so schnell zu, dass der Körper nicht genug Zeit hat, rechtzeitig genug Antikörper zu produzieren. Das ist besonders ein Problem bei sehr aggressiven und tödlichen Krankheiten wie Ebola.

Die nächsten Ziele für Impfungen

Chronische Infektionen

Wie oben erwähnt, ist ein Segment von Krankheiten, das insgesamt den Bemühungen zur Impfstoffentwicklung widerstanden hat, chronische Krankheiten.

Da diese Krankheiten sich so entwickelt haben, dass eine Infektion unterhalb einer Schwelle bleibt, die eine effiziente Immunantwort auslösen würde, ist es schwer, einen wirksamen Impfstoff zu entwickeln. Dazu gehören einige der wichtigsten globalen Killer.

Malaria

Im Jahr 2022 gab es 249 Millionen Malaria‑Fälle, die etwa 600 000 Todesfälle pro Jahr verursachten, wobei die meisten davon Kinder unter 5 Jahren waren. Es ist zudem eine stark entkräftende Krankheit, die zu verpassten Schul‑ und Arbeitstagen, Energie‑, Einkommens‑ und Wirtschaftschancenverlust führt – ein Ergebnis und zugleich verschärft durch schlechte wirtschaftliche Bedingungen.

Zum Beispiel war in Mosambik Malaria 2015 Ursache für 45 % der ambulanten Konsultationen und 24 % der Krankenhauseinweisungen.

„Die mittleren Haushaltskosten, die mit unkomplizierter Malaria verbunden sind, liegen zwischen 10 % (US$ 1,63) und 21 % (US$ 3,46) der monatlichen Ausgaben einer Familie in Zambézia, während die Kosten eines schweren Falls (US$ 64,90 bzw. US$ 81,08) die durchschnittlichen monatlichen Pro‑Kopf‑Ausgaben um mehr als das Dreifache übersteigen.“

Malaria Journal

Malaria wird durch einen Parasiten verursacht, der in der Leber des Patienten versteckt ist und durch Mückenstiche übertragen wird. Er besitzt zudem mehr als 60 variable Antigen‑Gene und wechselt zwischen ihnen, um sich weiter vor dem Immunsystem zu verstecken.

Bis vor kurzem war die Entwicklung eines Malaria‑Impfstoffs schwierig, sodass die Hauptbemühungen zur Krankheitskontrolle sich auf die Bekämpfung der Mücken konzentrierten. Medikamente sind ebenfalls eine Möglichkeit, doch der Parasit entwickelt häufig Resistenzen gegen zuvor wirksame Substanzen.

Endlich verfügbare Impfstoffe

Im Jahr 2021 empfahl die WHO die weit verbreitete Nutzung des RTS, eines Malaria‑Impfstoffs für Kinder in betroffenen Gebieten, hergestellt vom Pharmariesen GSK. Im Jahr 2023 wurde ein zweiter Malaria‑Impfstoff (R21/Matrix‑M), entwickelt von der University of Oxford zugelassen.

Beide zugelassenen Malaria‑Impfstoffe verhindern die Krankheit nicht vollständig, reduzieren jedoch radikal die Schwere der Symptome und das Sterberisiko. Diese Impfstoffe verwenden künstliche Proteine und virusähnliche Partikel.

Unter den Kandidaten für neue, effizientere Impfstoffe befindet sich der PfSPZ‑Impfstoff, der von Sanaria entwickelt wird. Er befindet sich derzeit in Phase 2 klinischer Studien und nutzt eine genetisch modifizierte Version des gesamten Parasiten.

„Nur Sanarias P. falciparum‑Sporozoiten‑Impfstoffe haben eine Wirksamkeit von >90 % gegen kontrollierte menschliche Malaria‑Infektionen erreicht.“

Sanaria

HIV/AIDS

HIV, das Virus, das AIDS verursacht, infizierte 2022 39 Millionen Menschen und verursachte 630 000 Todesfälle. Während Patienten durch anti‑HIV‑Medikamente eine geringere Mortalität und höhere Lebensqualität erreichen können, wird ein Heilmittel und die Ausrottung der Krankheit wahrscheinlich einen Impfstoff erfordern.

Durch das Angreifen der CD4‑Zellen, einem Teil des Immunsystems, gelingt es dem Virus, bis zum zu späten Zeitpunkt unentdeckt zu bleiben.

Ein Impfstoff ist sehr schwer zu entwickeln, und es ist noch unklar, was funktionieren wird.

Unter den bemerkenswerten Bemühungen und potenziellen Heilungen in Entwicklung sind:

Andere

Es wäre zu lang, alle bestehenden Impfstoffinitiativen zu behandeln. Sie können mehr darüber in diesem 11‑seitigen Bericht lesen.

Unter den weiteren wichtigen Krankheiten, für die aktive Impfstoffentwicklungen laufen, befinden sich:

  • Dengue
  • Hakenwurm
  • Leishmaniose
  • Zytomegalievirus (Herpes)
  • Lymesomegalie
  • Gürtelrose

Aggressive Infektionen

Neue Krankheiten und aggressive Infektionsmuster können das Immunsystem überfordern und zu sehr hohen Sterblichkeitsraten bei infizierten Patienten führen.

Ein Beispiel ist Ebola und andere hämorrhagische Fieber, mit Sterblichkeitsraten von 30‑50 %. Derzeit gibt es 2 Ebola‑Impfstoffe, Mercks Ervebo, der 2019 zugelassen wurde, und Johnson & Johnson’s Zabdeno+Mvabea.

Natürlich ist ein weiteres Beispiel das Coronavirus, das die COVID‑19‑Pandemie auslöste, aber auch die früheren tödlichen Ausbrüche von Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS‑CoV) und den 2002‑2004 Schweres akutes respiratorisches Syndrom (SARS).

Neue Impfstofftechnologien

Frühere Generationen von Impfstoffen basierten auf wenigen Techniken, wie der Verwendung eines abgeschwächten Teils des Virus/Bakteriums, einer abgetöteten Vollversion, nur Fragmenten oder, neuerdings, dem Antigen, das in einen anderen Vektor durch genetische Modifikation exprimiert wird.

Moderne Biowissenschaften bringen jetzt viele neue potenzielle Impfmethoden hervor.

mRNA‑Impfstoffe

Weit verbreitet und sehr schnell übernommen wegen der COVID‑19‑Pandemie, haben mRNA‑Impfstoffe einen starken Vorteil gegenüber traditionellen Impfstoffen.

Statt langsam herauszufinden, wie man ein Virus sicher inaktiviert oder wie man einen anderen Vektor effizient modifiziert, kann man in nur 3‑4 Wochen direkt ein „Programm“ für eine Heilung schreiben. Das liegt daran, dass der mRNA‑Code direkt geschrieben werden kann, sobald das Genom des Zielvirus bekannt ist – etwas, das in der allerersten Woche nach Identifizierung von Covid‑19 erreicht wurde.

Andere COVID‑Impfstoffe existierten während der Pandemie, aber der schnelle Entwicklungszyklus von mRNA‑Impfstoffen machte sie zur perfekten Lösung für eine neuartige Krankheit.

Mehr mRNA‑Impfstoffe befinden sich jetzt in Entwicklung, besonders bei den 2 Unternehmen, die am meisten von den mRNA‑Impfstoffverkäufen während der Pandemie profitiert haben.

Nukleinsäure‑Impfstoffe

Obwohl mRNA‑Impfstoffe technisch gesehen eine Unterkategorie von Nukleinsäure‑Impfstoffen sind, ist die Technologie breiter und umfasst einige weitere potenzielle Impfstofftypen.

Der erste ist der DNA‑Impfstoff, der ein DNA‑Molekül anstelle von RNA verwendet. Über 160 verschiedene DNA‑Impfstoffe werden derzeit in klinischen Studien am Menschen in den USA getestet. Es wird geschätzt, dass 62 % dieser Studien auf Krebsimpfstoffe und 33 % auf Impfstoffe gegen das humane Immundefizienzvirus (HIV) entfallen.

Impfstoffe in Farmen züchten

Wir denken bei Impfstoffen normalerweise an vollständige oder Teile eines Virus/Bakteriums. Selbst antigenbasierte Impfstoffe werden durch Vervielfältigung dieses Antigens in einzelligen Organismen hergestellt.

Doch das könnte sich mit dem Fortschritt der Gentechnik ändern, in der Hoffnung, eines Tages Impfstoffmaterial so zu produzieren, wie wir Lebensmittel anbauen.

Pflanzenbasierte Impfstoffe könnten die Impfstoffkomponente in offenen Feldern oder Gewächshäusern anbauen. Das würde die Produktionskosten radikal senken.

Das Problem ist, dass die meisten Antigene in Pflanzen nicht so produziert werden wie in Bakterien oder Viren, insbesondere wegen unterschiedlicher zellulärer Biochemie, vor allem der Zucker, die an Proteine angehängt werden.

Ein vielversprechenderes Feld als das Anbauen von Impfstoffen in Mais oder Weizen ist die Nutzung von Mikroalgen. Die Technologie wird jetzt bereits für Tierimpfstoffe eingesetzt, und bietet die Mikroalgenzellwand eine bereits vorhandene „Kapsel“, die den Impfstoff essbar macht, anstatt einer Aufbereitung und Injektion zu bedürfen

Organopartikel

Die grundlegende Technologie der Impfstoffproduktion zu ändern, ist nicht der einzige Weg, Impfstoffe zu verbessern.

Zum Beispiel verwenden die meisten Impfstoffe „Adjuvantien“, chemische Verbindungen, die das Immunsystem ankurbeln. Diese können jedoch unerwünschte Nebenwirkungen verursachen, da sie ALLE Immunreaktionen stimulieren, nicht nur die vom Impfstoff beabsichtigten.

Stattdessen könnte eine aktuelle Veröffentlichung eines Forschungsteams vom MIT eine Lösung gefunden haben, die die Wirksamkeit von Impfstoffen erhöht, indem ein neuartiger Adjuvant auf Nanotechnologie‑Basis verwendet wird.

Sie nutzten ein Metall‑organisches Gerüst (MOF) Nanopartikel, das als Adjuvant wirkt und eine spezifische Immunreaktion statt einer generalisierten Reaktion wie bei klassischen Adjuvantien verstärkt. Wir haben diese Entdeckung ausführlicher in unserem Artikel “Boosting Efficacy of Vaccine through Metal‑Organic Nanoparticles” diskutiert.

Gemischte Grippeimpfung

Ein stärkerer oder schnellerer Entwicklungszyklus könnte hoch variable Viren wie die saisonale Grippe dennoch von einem perfekt effizienten Impfstoff ausschließen.

Das liegt daran, dass diese Impfstoffe Antigene anvisieren, die stark variabel sind, sodass das Virus schnell der erworbenen Immunität entkommen kann.

Forscher finden jetzt heraus, dass sie das Immunsystem dazu zwingen können, sich auf andere, weniger variable Abschnitte des Virus zu konzentrieren. Wir haben diskutiert, wie dies durch die Kombination von 80 000 mutierten Versionen des Grippevirus in unserem Artikel “Flu Shots Can be Shot in the Dark – Scientists are Looking to Shed Light on a New Approach” umgesetzt wurde.

Bessere Logistik & Lieferung

Weitere Verbesserungen, die bei Impfstoffen vorgenommen werden könnten, betreffen Logistik und Verabreichungsmethoden. Viele Impfkampagnen scheitern an Logistik, Kühlketten, dem Bedarf an medizinischem Personal für Injektionen usw.

Zum Beispiel haben Forscher aus Cambridge einen Weg gefunden, virale Partikel in einer ultradünnen Schicht aus Zuckerglas zu fangen, was eine Lagerung bei Temperaturen von bis zu 113 °F für sechs Monate ermöglicht.

Wie oben diskutiert, könnte ein algenbasierter Impfstoff oral, wie eine Vitaminpille, verabreicht werden.

Eine weitere Option könnten Impfstoff‑Microarray‑Patches (Vaccine‑MAPs) sein, auch bekannt als Mikronadel‑Patches. Diese injektionsfreie Option ist schmerzfrei und könnte sowohl logistische Herausforderungen als auch die Compliance verbessern, während die Verabreichung von Impfstoffen schneller erfolgt.

Digitale Impfpassaufzeichnungen

Schließlich könnte Technologie helfen, den Impfstatus einzelner Personen und der gesamten Bevölkerung zu überwachen. Digitale Aufzeichnungen können Entscheidungsträgern helfen, bessere Impfkampagnen zu planen, Epidemien vorherzusehen und die Impfquoten zu erhöhen.

Impfstoffe gegen nicht übertragbare Krankheiten

Obwohl sie wahrscheinlich technisch nicht als „Impfstoffe“ gelten, gibt es viele neue impfstoffähnliche Behandlungen in Entwicklung, die darauf abzielen, den Tod zu verhindern, indem sie die Chemie oder das Immunsystem des Körpers modifizieren.

Krebsimpfstoffe

Da Krebs schnell zu einer größeren Todesursache als Infektionskrankheiten weltweit wird, werden bessere Behandlungen immer wichtiger.

Technisch gibt es bereits einige Krebsimpfstoffe für Krebsarten, die durch Infektionskrankheiten induziert werden, wie HPV und Hepatitis B.

Eine weitere Kategorie sind therapeutische Krebsimpfstoffe. Sie sollen das Immunsystem dazu bringen, auf Krebszellen zu reagieren, so wie es auf einen infektiösen Erreger reagieren würde.

Dies geschieht, indem die Immunreaktion gegen Antigene ausgelöst wird, die in den Krebszellen vorhanden sind.

Bereits wurden mehrere Krebsimpfstoffe für Prostata‑ und Blasenkrebs sowie Melanom zugelassen.

Weitere befinden sich in Entwicklung für fast jede Krebsart, insbesondere für solche, die gegen aktuelle Therapien resistent sind, wie Bauchspeicheldrüsenkrebs.

Anti‑Alterungs‑Impfstoffe

Eine Möglichkeit, dem Altern entgegenzuwirken, besteht darin, induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) zu erzeugen, die ein enormes Potenzial zur Reparatur und Verjüngung von Geweben des Körpers besitzen. Diese Umprogrammierung könnte durch eine transiente genetische Reprogrammierung erreicht werden, die auf einer mRNA‑basierten Methode beruht.

Diese Methode ist den mRNA‑Impfstoffen sehr ähnlich, außer dass das Ziel nicht die Schaffung von Immunität, sondern die vorübergehende Modifikation der Zielzelle ist.

Wir betrachten transiente zelluläre Reprogrammierung und andere anti‑alternde potenzielle Technologien in unserem Artikel “Aging is a Part of Life – That Doesn’t Mean We Can’t Put Up a Fight”.

Alzheimer‑Impfstoff

Mit der alternden Bevölkerung wird Alzheimer zu einem wachsenden Problem im öffentlichen Gesundheitswesen.

Das US‑Unternehmen Vaxxinity meldete erfolgreiche Phase‑2‑Studien von UB‑311, das toxische Amyloid‑Beta‑Formen im Gehirn anvisiert, wodurch nicht nur eine Immunantwort ausgelöst, sondern auch Sicherheit demonstriert wurde.

Viele andere potenzielle Alzheimer‑Impfstoffe befinden sich in Studien, wobei andere die Amyloid‑Proteine, das Tau‑Protein oder Entzündungen anvisieren.

Diabetes

Typ‑1‑Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, bei der das Immunsystem die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse angreift. Daher ist es logisch, dass ein „Impfstoff“, der das Immunsystem moduliert, diese Krankheit potenziell verhindern könnte.

Macrogenics’ TZIELD wurde 2022 zugelassen und reduziert das Risiko, Typ‑1‑Diabetes zu entwickeln. Obwohl es nicht narrensicher ist, ist dies ein großer Schritt, eines Tages die Entstehung der Krankheit vollständig zu verhindern oder die verursachten Schäden umzukehren.

Entzündungsimpfstoffe

Ein Impfstoff, der menschliche Zytokine, einen Schlüsselfaktor bei Asthma, im Jahr 2023 anvisierte, wurde erfunden. Weitere „Impfstoffe“ (eigentlich monoklonale Antikörper) gegen Psoriasis befinden sich ebenfalls in Entwicklung.

Ähnliche Fortschritte beim Management von Entzündungen und Autoimmunerkrankungen laufen, wobei viele Impfstoffkandidaten ebenfalls Zytokine anvisieren, darunter:

Impfstoffunternehmen

1. BioNTech (BTNX)

BioNTech verdoppelt den Einsatz der Technologie, die das Kernstück seines Geschäfts bildet. Das Unternehmen hinter dem Covid‑mRNA‑Impfstoff, der von Pfizer verkauft wird, nutzt nun das während der Pandemie verdiente Geld, um sein Angebot breit auszubauen.

Es entwickelt jetzt mRNA‑Impfstoffe gegen Gürtelrose, Tuberkulose, Malaria, HIV und das Herpes‑Virus. Das macht es zu einem führenden Unternehmen im Bereich der mRNA‑Impfstoffe, wobei nur sein Konkurrent Moderna (MRNA) mehr mRNA‑Impfstoffe entwickelt als BioNTech.

BioNTech erforscht zudem das Potenzial von mRNA für die Krebstherapie, mit 12 verschiedenen Kandidatenprodukten für die Krebsbehandlung in seiner Pipeline.

Quelle: BioNTech

Schließlich hat es in seiner F&E‑Pipeline auch einige Zelltherapien und andere nicht‑mRNA‑potenzielle Krebstherapien.

mRNA war eine Revolution in der Therapie von Virusinfektionen. BioNTech setzt darauf, dass mRNA eine ebenso massive Revolution in der Onkologie darstellt.

Mit einer Präsenz im gesamten Spektrum des mRNA‑Impfstoffpotenzials, sowohl für Infektionskrankheiten als auch für Krebs, bietet BioNTech Investoren eine doppelte Exponierung.

2. Immatics

IMTX Preisdiagramm

Immatics versucht, das Immunsystem neu zu programmieren, um Krebszellen anzugreifen, und ist damit ein führender Anbieter von Krebs‑„Impfstoffen“, auch TCR‑Therapien genannt.

Zwei grundlegende Schritte sind erforderlich:

  • Auswahl eines echten Krebsziels, das natürlich und spezifisch in signifikanten Mengen auf dem Tumor exprimiert wird.
  • Entwicklung des richtigen, potenten TCR, das das ausgewählte Krebsziel spezifisch erkennt, mit minimaler oder keiner Kreuzreaktivität gegenüber gesundem Gewebe.

Quelle: Immatics

Die F&E‑Pipeline des Unternehmens ist zwischen Therapien aufgeteilt, bei denen die Zellen für jeden Patienten gesammelt werden (autologe) und „off‑the‑shelf“‑Therapien (heterologe).

Das Unternehmen hat eine starke Reihe von Partnerschaften aufgebaut, darunter mit BMS, Moderna und Editas.

(JNJ )

Quelle: Immatics

Die Partnerschaft mit Moderna für eine „strategische Multi‑Plattform‑Zusammenarbeit“ wurde Ende 2023 etabliert.

Immatics‘ Produkte befinden sich noch in einem frühen Stadium, haben jedoch ein enormes Potenzial, was von Branchenführern wie BMS und Moderna klar erkannt wird.

Die Kandidaten‑Therapien des Unternehmens zielen auf Melanom und Krebs in den Eierstöcken, Lungen, Gebärmutter, Blase, Kopf‑ und Halsbereich sowie andere solide Krebsarten ab.

Fazit

Impfungen haben die Welt verändert und Hunderte Millionen Leben gerettet. Und sie könnten bald einen ebenso großen Einfluss haben, potenziell tödliche Krankheiten auslöschen, die die Menschheit seit Äonen plagen.

Wir könnten relativ bald das Aufkommen neuer Impfstofftypen sehen. Einige werden neue Technologien nutzen, um Krankheiten anzugreifen, die bisher nicht durch Impfstoffe adressiert wurden. Oder um Impfstoffe zu schaffen, die injektionsfrei, schmerzlos, essbar, günstiger und bei Raumtemperatur lagerbar sind.

Schließlich könnte unser tieferes Verständnis des Immunsystems und der Mechanik von Entzündungen den Weg zu „Quasi‑Impfstoffen“ öffnen, die Krankheiten so unterschiedlich wie Alzheimer, Asthma oder Diabetes verhindern oder heilen.

mm

Jonathan ist ein ehemaliger Biochemie‑Forscher, der in der genetischen Analyse und in klinischen Studien gearbeitet hat. Er ist jetzt Aktienanalyst und Finanzautor mit einem Fokus auf Innovation, Marktzyklen und Geopolitik in seiner Veröffentlichung 'The Eurasian Century'.