Methodik
Abgeschwächte Lebendimpfstoffe enthalten eine Version der lebenden pathogenen Mikrobe, die im Labor abgeschwächt oder abgeschwächt wurde, so dass sie ihre signifikante Pathogenität verloren hat (Flussdiagramm 26.1). Dies wird durch serielle Passage durch einen fremden Wirt (Gewebekultur, embryonierte Eier oder lebende Tiere über mehrere Generationen) erreicht. Durch diese längere Passage werden eine oder mehrere Mutationen in den neuen Wirt eingeführt. Der mutierte Erreger unterscheidet sich deutlich von der ursprünglichen pathogenen Form, so dass er im ursprünglichen Wirt keine Krankheit auslösen kann, aber eine wirksame Immunreaktion hervorruft. Lebendimpfstoffe aus abgeschwächten Viren werden aus abgeschwächten Stämmen hergestellt, die fast oder ganz ohne Pathogenität sind, aber eine schützende Immunreaktion hervorrufen können. Sie vermehren sich im menschlichen Wirt und bieten über einen gewissen Zeitraum eine kontinuierliche antigene Stimulation. Zur Attenuierung von Viren für die Impfstoffherstellung wurden verschiedene Methoden angewandt.
FLOW CHART 26.1. Attenuierte Lebendimpfstoffe
Attenuierte Lebendimpfstoffe stimulieren schützende Immunantworten, wenn sie sich im Wirt replizieren. Die im Wirt produzierten Virusproteine werden in den extrazellulären Raum freigesetzt, der die infizierten Zellen umgibt, und dann von Fresszellen, den Antigen-präsentierenden Zellen (APCs), die im ganzen Körper zirkulieren, aufgenommen, internalisiert und verdaut. Zu diesen APCs gehören Makrophagen, dendritische Zellen und B-Zellen, die zusammenarbeiten, um die Immunantwort auszuweiten. Die APCs zirkulieren und tragen Fragmente des verarbeiteten Antigens auf ihrer Zelloberfläche, die an MHC-Klasse-II-Antigene gebunden sind. Dieser Komplex aus verarbeitetem Fremdantigenpeptid und MHC-Klasse-II-Antigenen des Wirts ist Teil des spezifischen Signals, mit dem die APCs (zusammen mit dem MHC-Peptidkomplex) die Aktivierung der T-Helfer-Lymphozyten auslösen. Der zweite Teil des Aktivierungssignals stammt von den APCs selbst, die auf ihrer Zelloberfläche neben MHC-Antigen-Komplexen auch co-stimulatorische Moleküle tragen. Beide treiben die Expansion und Aktivierung der T-Zellen durch Interaktion mit ihren jeweiligen Liganden, dem T-Zell-Rezeptor-Komplex (TCR) und den co-stimulatorischen Rezeptoren CD28/CTLA4 auf der T-Zell-Oberfläche, voran. Aktivierte T-Zellen sezernieren Moleküle, die als starke Aktivatoren von Immunzellen wirken. Wenn virale Proteine in den Wirtszellen produziert werden, werden sie durch den Proteasom-Abbau verarbeitet. Kleine Teile dieser verarbeiteten intrazellulären Proteine verbinden sich mit dem zytosolischen Wirtszell-MHC der Klasse I und erscheinen auf der Zelloberfläche. Diese Komplexe werden von einer zweiten Klasse von T-Zellen, den Killerzellen oder zytotoxischen Zellen, erkannt. Diese Erkennung ist zusammen mit anderen Stimulationen durch APCs und der Produktion von zytokinstimulierten T-Zellen für die Entwicklung reifer zytotoxischer T-Zellen (CTL) verantwortlich, die in der Lage sind, infizierte Zellen zu zerstören. In den meisten Fällen führt eine Lebendinfektion zu lebenslanger Immunität. Es gibt Belege für die grundlegende Rolle von Zytokinen bei der Differenzierung von Gedächtniszellen. Die durch Helfer-T-Zellen (Th-Zellen) regulierte B-Zell-Immunität verläuft in einer geordneten Kaskade der zellulären Entwicklung, die in der Produktion von antigenspezifischen B-Gedächtniszellen gipfelt. Die Erkennung von MHC-Klasse-II-Peptidkomplexen auf aktivierten Antigen-präsentierenden Zellen ist entscheidend für die effektive Selektion von TH-Zellen, die klonale Expansion und die Entwicklung von Effektor-TH-Zellfunktionen. Entsprechende Effektor-TH-Zell-B-Zell-Interaktionen fördern dann die Entwicklung von kurzlebigen Plasmazellen (PCs) oder Keimzentren (GCs). Diese GCs expandieren, diversifizieren und selektieren hochaffine Varianten antigenspezifischer B-Zellen für den Eintritt in das langlebige Gedächtnis-B-Zell-Kompartiment. Bei einer erneuten Antigen-Challenge expandieren die Gedächtnis-B-Zellen schnell und differenzieren sich unter der Kontrolle von Gedächtnis-TH-Zellen in PCs. Obwohl abgeschwächte Lebendpräparate die bevorzugten Impfstoffe sind, besteht bei ihnen das Risiko, dass sie in ihre pathogene Form zurückkehren und eine Infektion verursachen können.
Verwendung eines verwandten Virus von einem anderen Tier: Das früheste Beispiel war die Verwendung von Kuhpocken zur Pockenprävention.
Verabreichung von pathogenen oder teilweise abgeschwächten Viren auf unnatürlichem Weg: Die Virulenz des Virus wird oft reduziert, wenn es auf unnatürlichem Weg verabreicht wird. Dieses Prinzip wird bei der Immunisierung von militärischen Rekruten gegen das Adult Respiratory Distress Syndrome mit enterisch umhüllten, lebenden Adenoviren des Typs 4, 7 und 21 angewandt.
Passage des Virus in einem „unnatürlichen Wirt“ oder einer Wirtszelle: Häufig wird die abgeschwächte Form des Organismus (oder Virus) durch serielle Passage oder Kultur des aktiven Organismus in Kulturmedien oder Zellen gewonnen. In diesen Fällen ist die molekulare Grundlage der Abschwächung unbekannt. Die wichtigsten bei Mensch und Tier verwendeten Impfstoffe wurden alle auf diese Weise gewonnen. Nach wiederholten Passagen wird das Virus dem natürlichen Wirt verabreicht. Die ersten Passagen werden in gesunden Tieren oder in primären Zellkulturen durchgeführt. Es gibt mehrere Beispiele für diesen Ansatz: Der 17D-Stamm des Gelbfiebers wurde durch Passage in Mäusen und anschließend in Kükenembryonen entwickelt. Polioviren wurden in Nierenzellen von Affen und Masern in Fibroblasten von Hühnerembryonen passagiert. Heute werden häufig menschliche diploide Zellen verwendet (z. B. WI-38 und MRC-5). Die molekulare Grundlage für die Mutation im Wirtsbereich, die der Abschwächung von Krankheitserregern zugrunde liegt, wird erst jetzt verstanden.
Abgeschwächte Lebendimpfstoffe lassen sich für bestimmte Viren relativ leicht herstellen. Impfstoffe gegen Masern, Mumps und Windpocken zum Beispiel werden auf diese Weise hergestellt. Bei Bakterien ist es schwieriger, abgeschwächte Lebendimpfstoffe herzustellen. Bakterien haben Tausende von Genen und sind daher viel schwieriger zu kontrollieren. Wissenschaftler, die an einem Lebendimpfstoff für ein Bakterium arbeiten, könnten jedoch die rekombinante DNA-Technologie nutzen, um einige Schlüsselgene zu entfernen. Auf diese Weise wurde bereits ein Impfstoff gegen den Cholera-Erreger Vibrio cholerae entwickelt. Der Cholera-Lebendimpfstoff ist jedoch in den Vereinigten Staaten nicht zugelassen.
Entwicklung von temperaturempfindlichen Mutanten: Diese Methode kann in Verbindung mit der oben genannten Methode verwendet werden.
Attenuierte Lebendimpfstoffe können nicht an Personen mit geschwächtem oder geschädigtem Immunsystem verabreicht werden. Um ihre Wirksamkeit zu erhalten, müssen abgeschwächte Lebendimpfstoffe gekühlt und vor Licht geschützt werden.
Zu den derzeit erhältlichen abgeschwächten Lebendimpfstoffen gegen Virusinfektionen gehören Masern, Mumps, Röteln (MMR), Kuhpocken, Gelbfieber, Influenza (FluMist®), intranasaler Impfstoff) und oraler Polioimpfstoff. Zu den abgeschwächten bakteriellen Lebendimpfstoffen gehören Tuberkulose-, BCG- und oraler Typhusimpfstoff.
Heutzutage ist es wahrscheinlich, dass die Zulassungsbehörden ein Verständnis für die Grundlagen der Abschwächung verlangen. Daher wird die Entwicklung einer neuen abgeschwächten Form des Mykobakteriums zur Verwendung als Impfstoffkandidat wahrscheinlich die Einführung einer oder mehrerer spezifischer Mutationen in das Genom des Erregers beinhalten. Zu den wahrscheinlichen Kandidaten gehören Mutationen, die die Synthese einer Aminosäure oder einer Nukleinsäurekomponente stören, die für das Wachstum des Organismus wesentlich ist.
Einige Beispiele solcher Lebendimpfstoffe wurden bereits hergestellt und in präklinischen Versuchen bewertet.