Die ersten menschlichen Impfstoffe gegen Viren basierten auf schwächeren oder abgeschwächten Viren, um Immunität zu erzeugen. Für den Pockenimpfstoff wurden Kuhpocken verwendet, ein Pockenvirus, das den Pocken ähnlich genug war, um dagegen zu schützen, aber in der Regel keine schweren Krankheiten verursachte. Die Tollwut war das erste Virus, das im Labor abgeschwächt wurde, um einen Impfstoff für den Menschen herzustellen.
Impfstoffe werden mit verschiedenen Verfahren hergestellt. Sie können lebende Viren enthalten, die abgeschwächt wurden (geschwächt oder verändert, so dass sie keine Krankheiten verursachen); inaktivierte oder abgetötete Organismen oder Viren; inaktivierte Toxine (bei bakteriellen Krankheiten, bei denen die von den Bakterien erzeugten Toxine und nicht die Bakterien selbst Krankheiten verursachen); oder lediglich Segmente des Erregers (dazu gehören sowohl Untereinheiten- als auch Konjugatimpfstoffe).
| Impfstofftyp | Impfstoffe dieses Typs auf U.S. Empfohlener Impfplan für Kinder (Alter 0-6) |
| Abgeschwächter Lebendimpfstoff | Masern, Mumps, Röteln (MMR-Kombinationsimpfstoff) Varizellen (Windpocken) Influenza (Nasenspray) Rotavirus |
| Inaktiviert/abgetötet | Polio (IPV) Hepatitis A |
| Toxoid (inaktiviertes Toxin) | Diphtherie, Tetanus (Teil der DTaP-Kombinationsimpfung) |
| Subunit/Konjugat | Hepatitis B Influenza (Injektion) Haemophilus influenza Typ b (Hib) Keuchhusten (Teil der DTaP-Kombinationsimpfung Immunisierung) Pneumokokken Meningokokken |
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Impfstofftyp |
Andere verfügbare Impfstoffe |
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Live, attenuiert |
Zoster (Gürtelrose) Gelbfieber |
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Inaktiviert/abgetötet |
Rabies |
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Subunit/Konjugat |
Humanes Papillomavirus (HPV) |
Lebend, abgeschwächte Impfstoffe, die derzeit im Rahmen des U.Der US-amerikanische Impfplan für Kinder enthält Impfstoffe gegen Masern, Mumps und Röteln (über den kombinierten MMR-Impfstoff), Varizellen (Windpocken) und Influenza (in der Nasenspray-Version des saisonalen Grippeimpfstoffs). Zusätzlich zu den abgeschwächten Lebendimpfstoffen umfasst der Impfplan auch alle anderen wichtigen Impfstoffe – siehe die Tabelle oben für eine Aufschlüsselung der Impfstofftypen im empfohlenen Kinderimpfplan.
Die verschiedenen Impfstofftypen erfordern jeweils unterschiedliche Entwicklungstechniken. Jeder der folgenden Abschnitte befasst sich mit einem der Impfstofftypen.
Abgeschwächte Lebendimpfstoffe
Abgeschwächte Impfstoffe können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Bei einigen der gängigsten Methoden wird das krankheitsverursachende Virus durch eine Reihe von Zellkulturen oder Tierembryonen (in der Regel Hühnerembryonen) geleitet. Am Beispiel von Kükenembryonen wird das Virus in verschiedenen Embryonen in einer Serie gezüchtet. Mit jeder Passage wird das Virus besser in der Lage, sich in Kükenzellen zu vermehren, verliert aber seine Fähigkeit, sich in menschlichen Zellen zu vermehren. Ein Virus, das für die Verwendung in einem Impfstoff vorgesehen ist, kann in bis zu 200 verschiedenen Embryonen oder Zellkulturen gezüchtet – „passagiert“ – werden. Schließlich ist das abgeschwächte Virus nicht mehr in der Lage, sich gut (oder überhaupt) in menschlichen Zellen zu vermehren, und kann für einen Impfstoff verwendet werden. Bei allen Methoden, bei denen ein Virus durch einen nicht-menschlichen Wirt geschleust wird, entsteht eine Version des Virus, die vom menschlichen Immunsystem noch erkannt werden kann, sich aber in einem menschlichen Wirt nicht mehr gut vermehren kann.
Wenn das resultierende Impfvirus einem Menschen verabreicht wird, kann es sich nicht mehr ausreichend vermehren, um eine Krankheit zu verursachen, löst aber immer noch eine Immunreaktion aus, die vor einer zukünftigen Infektion schützen kann.
Eine Sorge, die berücksichtigt werden muss, ist die Möglichkeit, dass das Impfvirus in eine Form zurückkehrt, die Krankheiten verursachen kann. Mutationen, die bei der Replikation des Impfvirus im Körper auftreten können, könnten zu einem virulenteren Stamm führen. Dies ist sehr unwahrscheinlich, da die Fähigkeit des Impfvirus, sich überhaupt zu vermehren, begrenzt ist; es wird jedoch bei der Entwicklung eines abgeschwächten Impfstoffs in Betracht gezogen. Es ist erwähnenswert, dass Mutationen beim oralen Polioimpfstoff (OPV), einem Lebendimpfstoff, der nicht gespritzt, sondern eingenommen wird, recht häufig vorkommen. Das Impfvirus kann zu einer virulenten Form mutieren und in seltenen Fällen zu paralytischer Polio führen. Aus diesem Grund wird OPV in den Vereinigten Staaten nicht mehr verwendet und wurde auf dem empfohlenen Impfplan für Kinder durch den inaktivierten Polio-Impfstoff (IPV) ersetzt.
Der Schutz durch einen abgeschwächten Lebendimpfstoff überdauert in der Regel den Schutz durch einen abgetöteten oder inaktivierten Impfstoff.
Abgetötete oder inaktivierte Impfstoffe
Eine Alternative zu abgeschwächten Impfstoffen ist ein abgetöteter oder inaktivierter Impfstoff. Impfstoffe dieser Art werden durch Inaktivierung eines Erregers hergestellt, in der Regel durch Hitze oder Chemikalien wie Formaldehyd oder Formalin. Dadurch wird die Fähigkeit des Erregers, sich zu vermehren, zerstört, er bleibt jedoch „intakt“, so dass das Immunsystem ihn weiterhin erkennen kann. (
Da abgetötete oder inaktivierte Krankheitserreger sich nicht mehr vermehren können, können sie auch nicht in eine virulentere Form zurückkehren, die eine Krankheit verursachen könnte (wie oben bei abgeschwächten Lebendimpfstoffen beschrieben). Sie bieten jedoch in der Regel einen kürzeren Schutz als Lebendimpfstoffe und erfordern eher Auffrischungen, um eine langfristige Immunität aufzubauen. Zu den abgetöteten oder inaktivierten Impfstoffen auf dem empfohlenen Impfplan für Kinder in den USA gehören der inaktivierte Polio-Impfstoff und der Impfstoff gegen die saisonale Grippe (in Form einer Spritze).
Toxoide
Einige bakterielle Krankheiten werden nicht direkt durch ein Bakterium selbst verursacht, sondern durch ein von dem Bakterium produziertes Toxin. Ein Beispiel ist der Tetanus: Seine Symptome werden nicht durch das Bakterium Clostridium tetani verursacht, sondern durch ein von ihm produziertes Neurotoxin (Tetanospasmin). Gegen diese Art von Erregern kann man sich immunisieren, indem man das Toxin inaktiviert, das die Krankheitssymptome verursacht. Wie bei Organismen oder Viren, die in abgetöteten oder inaktivierten Impfstoffen verwendet werden, kann dies durch die Behandlung mit einer Chemikalie wie Formalin, durch Hitze oder andere Methoden geschehen.
Immunisierungen, die mit inaktivierten Toxinen hergestellt werden, nennt man Toxoide. Toxoide können eigentlich als abgetötete oder inaktivierte Impfstoffe betrachtet werden, werden aber manchmal in eine eigene Kategorie eingeordnet, um die Tatsache hervorzuheben, dass sie ein inaktiviertes Toxin und nicht eine inaktivierte Form von Bakterien enthalten.
Zu den toxoiden Impfungen auf dem empfohlenen Impfplan für Kinder in den USA gehören die Tetanus- und Diphtherieimpfungen, die in einer kombinierten Form erhältlich sind.
Untereinheiten- und Konjugatimpfstoffe
Sowohl Untereinheiten- als auch Konjugatimpfstoffe enthalten nur Teile der Erreger, gegen die sie schützen.
Untereinheitenimpfstoffe verwenden nur einen Teil eines Zielerregers, um eine Reaktion des Immunsystems hervorzurufen. Dies kann geschehen, indem ein bestimmtes Protein aus einem Erreger isoliert und als eigenständiges Antigen präsentiert wird. Der azelluläre Keuchhustenimpfstoff und der Grippeimpfstoff (in Form einer Spritze) sind Beispiele für Untereinheit-Impfstoffe.
Eine andere Art von Untereinheit-Impfstoff kann durch Gentechnik hergestellt werden. Ein Gen, das für ein Impfstoffprotein kodiert, wird in ein anderes Virus oder in Produzentenzellen in Kultur eingefügt. Wenn sich das Trägervirus vermehrt oder die Erzeugerzelle metabolisiert, wird auch das Impfstoffprotein gebildet. Das Endergebnis dieses Ansatzes ist ein rekombinanter Impfstoff: Das Immunsystem erkennt das exprimierte Protein und bietet künftig Schutz gegen das Zielvirus. Der derzeit in den Vereinigten Staaten verwendete Hepatitis-B-Impfstoff ist ein rekombinanter Impfstoff.
Ein weiterer gentechnisch hergestellter Impfstoff ist der Impfstoff gegen humane Papillomaviren (HPV). Es gibt zwei Arten von HPV-Impfstoffen – einer schützt gegen zwei HPV-Stämme, der andere gegen vier -, aber beide werden auf die gleiche Weise hergestellt: Für jeden Stamm wird ein einzelnes virales Protein isoliert. Wenn diese Proteine exprimiert werden, entstehen virusähnliche Partikel (VLPs). Diese VLPs enthalten kein genetisches Material der Viren und können keine Krankheiten verursachen, sondern lösen eine Immunreaktion aus, die einen künftigen Schutz gegen HPV bietet.
Konjugatimpfstoffe ähneln in gewisser Weise den rekombinanten Impfstoffen: Sie werden aus einer Kombination von zwei verschiedenen Komponenten hergestellt. Konjugatimpfstoffe werden jedoch aus Teilen von Bakterienhüllen hergestellt. Diese Hüllen werden chemisch mit einem Trägerprotein verbunden, und die Kombination wird als Impfstoff verwendet. Konjugatimpfstoffe werden verwendet, um eine stärkere, kombinierte Immunreaktion hervorzurufen: Normalerweise würde das dargebotene „Stück“ der Bakterien allein keine starke Immunreaktion hervorrufen, das Trägerprotein hingegen schon. Das Bakterienstück kann keine Krankheit verursachen, aber in Kombination mit einem Trägerprotein kann es eine Immunität gegen zukünftige Infektionen erzeugen. Die derzeit für Kinder verwendeten Impfstoffe gegen bakterielle Pneumokokkeninfektionen werden mit dieser Technik hergestellt.
Weitere Informationen
Forscher arbeiten weiterhin an der Entwicklung neuer Impfstofftypen und der Verbesserung der derzeitigen Ansätze. Weitere Informationen über experimentelle Impfstoffe und Verabreichungstechniken finden Sie in unserem Artikel Die Zukunft der Impfung.