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Bahnbrechende Impfungen

NEW YORK – Impfungen gehören zu den großen Erfolgsgeschichten der Medizin. Sie haben dazu beigetragen, die Welt von der Geißel der Pocken zu befreien, stehen kurz davor, Polio auszurotten, und verhindern jedes Jahr Millionen von Todesfällen, indem sie das Leiden und die Kosten verringern, die durch Infektionskrankheiten verursacht werden.

Doch gibt es immer noch viele Krankheiten, für die es noch keine Impfungen gibt. Zudem ist es unwahrscheinlich, dass Strategien, die früher zur erfolgreichen Entwicklung von Impfstoffen führten, bei komplexeren Bakterien oder Viren wie HIV funktionieren, die vielfältige Mechanismen entwickelt haben, um das Immunsystem zu umgehen.

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In der Geschichte der Impfstoffentwicklung haben biomedizinische und technologische Fortschritte stets die „nächste Generation“ von Impfstoffen eingeläutet. In den 1950ern kam es zu einem Durchbruch, der es möglich machte, Viren in Gewebekulturen wachsen zu lassen, was zur Entwicklung von attenuierten Lebendimpfstoffen und Totimpfstoffen für Masern, Polio und anderen Krankheiten führte. In den 1980er Jahren führte die DNA-Rekombinationstechnologie zur Entwicklung von Impfstoffen gegen Hepatitis B und das humane Papillomavirus.

Um die Jahrhundertwende ergab sich aus der ersten Sequenzierung des humanen Genoms die „umgekehrte Impfstoffentwicklung“ (reverse vaccinology). Dieser Ansatz, bei dem durch eine Computeranalyse des Pathogengenoms die Identifizierung und Untersuchung von wesentlich mehr potenziellen Impfstoffkandidaten möglich ist als zuvor, wurde erfolgreich zur Entwicklung eines Impfstoffs gegen Meningitis B eingesetzt.

In den letzten zehn Jahren hat es bereits große Fortschritte in der strukturbasierten Impfstoffentdeckung, der synthetischen Biologie, der Systembiologie und im Immunmonitoring gegeben. Diese Fortschritte jedoch erfolgreich in die Entwicklung von Impfstoffen der nächsten Generation umzusetzen wird weiterhin dadurch behindert, dass wir die menschliche Immunreaktion, die vor spezifischen Bakterien, Viren oder Parasiten schützt, nur lückenhaft verstehen.

Darum habe ich zusammen mit acht weiteren Wissenschaftlern die Gründung einer neuen Initiative zur klinischen Erforschung der menschlichen Immunologie vorgeschlagen: das Human Vaccines Project. Im Februar 2014 werden führende Wissenschaftler und Experten aus dem Gesundheitswesen im kalifornischen La Jolla zusammenkommen, um einen wissenschaftlichen Plan zu schmieden, mit dem die größten Probleme, die derzeit die Entwicklung von Impfstoffen gegen Krankheiten wie AIDS, Tuberkulose und Malaria behindern, identifiziert, priorisiert und vor allem gelöst werden können.

Ein solches Projekt würde einen Paradigmenwechsel in der Impfstoffentwicklung darstellen. Der aktuelle Prozess ist lang (oft vergehen Jahrzehnte von der Konzeption bis zur Zulassung), hat eine geringe Erfolgswahrscheinlichkeit (wegen der Unzulänglichkeit, anhand von Tiermodellen die Immunreaktion und Wirksamkeit bei Menschen vorherzusagen) und ist kostspielig (oft sind für die Entwicklung eines einzigen Impfstoffes Hunderte Millionen Dollar notwendig).

Man bedenke Folgendes: Allein in den letzten Jahren sind viele Impfstoffkandidaten gegen HIV, Dengue-Fieber, Herpes, Tuberkulose und Staphylococcus aureus gescheitert, was Unkosten von über 1 Milliarde US-Dollar verursachte. Wenn wir diesen Betrag im Laufe des nächsten Jahrzehnts in einen koordinierten Versuch investieren, der die großen Fragen angeht, vor denen die Impfstoffentwicklung steht, so würde das unsere Suche nach effektiven Lösungen rasant beschleunigen, was ungeahnte Auswirkungen auf die Gesundheit des Einzelnen und der Gesellschaft bedeuten würde.

HIV stellt die wohl größte Herausforderung dar, da das Virus seine große genetische Vielfalt nutzt, um sich vor dem Immunsystem zu verstecken. Dank jüngster Fortschritte haben Wissenschaftler nun jedoch stark konservierte Regionen dieses veränderlichen Virus identifiziert, ihre Molekularstruktur bestimmt und mit der Entwicklung von Impfstoffkandidaten der nächsten Generation angefangen, um Antikörper hervorzurufen, die diese Regionen angreifen und so HIV-Infektionen vorbeugen. Doch wird die Entwicklung von HIV-Impfstoffen, genau wie die für mehrere andere Krankheiten, dadurch behindert, dass Tiermodelle nur bedingt aussagekräftig sind, wenn es darum geht, die notwendigen Immunreaktionen beim Menschen hervorzurufen.

Zwei neuere Fortschritte könnten die Impfstoffentwicklung beschleunigen und ihre Kosten dramatisch reduzieren. Die schnelle Entwicklung von Nukleinsäure-basierten Impfstoffen in der synthetischen Biologie bedeutet, dass mehr Kandidaten schneller von der Konzeption in die Testphase kommen. In der Systembiologie haben Technologien mit hohem Durchsatz die Anzahl der genetischen und immunologischen Parameter erhöht, die in Tests bewertet werden. Mithilfe dieses Ansatzes konnte die Wirksamkeit potenzieller Impfstoffe der nächsten Generation gegen Gelbfieber und Grippe innerhalb weniger Tage nach der Immunisierung vorhergesagt werden, dagegen betrug der normale zeitliche Rahmen einige Monate oder Jahre. 

Impfungen verhindern bereits jedes Jahr den Tod von 2-3 Millionen Menschen, wenden menschliches Leid ab, verringern die Belastung der Gesundheitssysteme und ermöglichen eine schnellere wirtschaftliche und soziale Entwicklung. Modelle zeigen, dass selbst die Hinzunahme einer nur zum Teil wirksamen AIDS-Impfung zur aktuellen Palette der Präventiv- und Behandlungsmaßnahmen die Rate der HIV-Infektionen drastisch verringern könnte.

Nobelpreisträger Desmond Tutu, einer der weltweit wichtigsten Aktivisten gegen HIV/AIDS, schrieb vor kurzem: „Wir müssen aus den wissenschaftlichen Fortschritten des letzten halben Jahrhunderts das Beste machen. Impfungen für andere vermeidbare Krankheiten sind zur stärksten und kosteneffektivsten Gesundheitsinvestition geworden, die es zurzeit gibt.“

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Das ist der Gedanke hinter dem Human Vaccines Project – einem Konzept, das noch vor einem Jahrzehnt undenkbar war. Durch den technischen Fortschritt in der Impfstoffentwicklung und im Immunmonitoring können wir diesen potenziell bahnbrechenden Ansatz zur Krankheitsprävention heute realistisch erforschen. Das Treffen in Kalifornien im Februar könnte uns einer Welt ohne tödliche und schwächende Krankheiten einen gewaltigen Schritt näher bringen.

Aus dem Englischen von Anke Püttmann