Wie wird ein Coronavirus-Impfstoff hergestellt und kann er eine Pandemie stoppen?

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Unerwarteterweise müssen die Arbeiten am Impfstoff nicht beschleunigt werden.

Dutzende von Biotechnologieunternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen kämpfen gegen die Pandemie, um verschiedene Impfstoffoptionen für das neue Coronavirus SARS ‑ CoV ‑ 2 zu entwickeln. Wir finden heraus, mit welchen Technologien sie entwickelt werden, wie lange es dauert, bis der COVID-19-Impfstoff geimpft werden kann und ob der zukünftige Impfstoff die Pandemie stoppen kann.

Jedes Mal, wenn die Menschheit mit einer neuen Infektion konfrontiert wird, starten gleichzeitig drei Rennen: für ein Medikament, ein Testsystem und einen Impfstoff. Letzte Woche begann das Wissenschaftszentrum von Rospotrebnadzor mit dem Testen eines Impfstoffs gegen das neue Coronavirus, dem Testen eines Anti-Coronavirus-Impfstoffs an Tieren, und in den Vereinigten Staaten beginnt die klinische NIH-Studie mit einem Prüfimpfstoff für COVID-19. Bedeutet dies, dass der Sieg über die Epidemie nahe ist?

Nach Angaben der WHO haben etwa 40 Labore auf der ganzen Welt die ENTWURF-Landschaft der COVID-19-Impfstoffkandidaten - 20. März 2020 - angekündigt, dass sie Impfstoffe gegen das Coronavirus entwickeln. Und das trotz der Tatsache, dass es klare Spitzenreiter unter ihnen gibt - zum Beispiel die chinesische Firma CanSino Biologics, die REKOMBINANT NOVEL CORONAVIRUS VACCINE (ADENOVIRUS TYPE 5 VECTOR) APPROVED FOR CLINICAL TRIAL Erlaubnis für Humanstudien erhalten hat, und die amerikanische Moderna, die bereits begannen, - Nun ist es schwer vorherzusagen, welches der Unternehmen dieses Rennen gewinnen wird und vor allem, ob die Entwicklung von Impfstoffen die Ausbreitung des Coronavirus überholen wird. Der Erfolg in diesem Rennen hängt nicht zuletzt von der Wahl der Waffe ab, also vom Prinzip, auf dem der Impfstoff aufgebaut ist.

Ein toter Virus ist ein schlechter Virus

In Schulbüchern steht meist, dass für Impfungen ein abgetöteter oder abgeschwächter Erreger verwendet wird. Aber diese Informationen sind etwas veraltet. "Inaktiviert (" getötet ". - ca. N + 1.) und abgeschwächt (geschwächt. - ca. N + 1.) Impfstoffe wurden Mitte des letzten Jahrhunderts erfunden und eingeführt, und es ist schwierig, sie als modern zu betrachten. - erklärt in einem Gespräch mit N +1 Olga Karpova, Leiterin der Abteilung für Virologie, Fakultät für Biologie, Lomonosov-Universität Moskau. - Ist es teuer. Es ist schwierig zu transportieren und zu lagern, viele Impfstoffe kommen in einem solchen Zustand an die Orte, wo sie gebraucht werden (wenn wir zum Beispiel über Afrika sprechen), wenn sie niemanden mehr schützen."

Außerdem ist es nicht sicher. Um eine hohe Dosis des „abgetöteten“Virus zu erhalten, müssen Sie sich zunächst große Mengen Lebendmaterial anschaffen, was den Bedarf an Laborgeräten erhöht. Dann muss es neutralisiert werden - dafür verwenden sie beispielsweise Ultraviolett oder Formalin.

Aber wo ist die Garantie, dass es unter der Vielzahl "toter" Viruspartikel keine mehr gibt, die Krankheiten verursachen können?

Bei einem abgeschwächten Erreger ist es noch schwieriger. Um nun zu schwächen, wird das Virus gezwungen, zu mutieren, und dann werden die am wenigsten aggressiven Stämme ausgewählt. Doch dabei entsteht ein Virus mit neuen Eigenschaften, und nicht alle lassen sich im Voraus vorhersagen. Auch hier, wo ist die Garantie, dass das Virus, sobald es einmal im Körper ist, nicht weiter mutiert und „Nachkommen“hervorbringt, die noch „böser“sind als das Original?

Daher werden heute sowohl "abgetötete" als auch "nicht abgetötete" Viren selten verwendet. Bei modernen Grippeimpfstoffen sind beispielsweise „abgeschwächte Krankheitserreger“in der Minderheit - Grippeimpfstoffe der nächsten Generation: Chancen und Herausforderungen sind in der Minderheit - nur 2 von 18 in Europa und den USA bis 2020 zugelassenen Impfstoffen werden vereinbart. Von mehr als 40 Impfstoffprojekten gegen Coronavirus ist nur eines nach diesem Prinzip organisiert - das Indian Institute of Serum engagiert sich darin.

Teilen und impfen

Es ist viel sicherer, das Immunsystem nicht auf das gesamte Virus, sondern auf einen separaten Teil davon einzuführen. Dazu müssen Sie ein Protein auswählen, anhand dessen die "innere Polizei" einer Person das Virus genau erkennen kann. In der Regel handelt es sich dabei um ein Oberflächenprotein, mit dessen Hilfe der Erreger in die Zellen eindringt. Dann brauchen Sie etwas Zellkultur, um dieses Protein im industriellen Maßstab herzustellen. Dies geschieht mit Hilfe der Gentechnik, weshalb solche Proteine als gentechnisch verändert oder rekombinant bezeichnet werden.

„Ich glaube, dass Impfstoffe rekombinant sein müssen und nichts anderes“, sagt Karpova. - Außerdem muss es sich um Impfstoffe auf Trägern handeln, dh die Proteine des Virus müssen sich auf einem Träger befinden. Tatsache ist, dass sie (Proteine) selbst nicht immunogen sind. Wenn niedermolekulare Proteine als Impfstoff verwendet werden, entwickeln sie keine Immunität, der Körper reagiert nicht darauf, daher sind Trägerpartikel unbedingt erforderlich.

Als solchen Träger schlagen Forscher der Moskauer Staatlichen Universität vor, das Tabakmosaikvirus zu verwenden, das Tabakmosaikvirus - "Wikipedia" (dies ist übrigens das allererste vom Menschen entdeckte Virus). Es sieht normalerweise aus wie ein dünner Stab, aber wenn es erhitzt wird, nimmt es die Form einer Kugel an. „Es ist stabil, es hat einzigartige Adsorptionseigenschaften, es zieht Proteine an sich“, sagt Karpova. "Auf seiner Oberfläche kann man kleine Proteine platzieren, die eigentlichen Antigene." Bedeckt man das Tabakmosaikvirus mit Coronavirus-Proteinen, dann wird es für den Körper zu einer Nachahmung des SARS - CoV - 2-Viruspartikels. „Das Tabakmosaikvirus“, bemerkt Karpova, „ist ein wirksames Immunstimulans für den Körper. Da Pflanzenviren Tiere, auch Menschen, nicht infizieren können, stellen wir gleichzeitig ein absolut sicheres Produkt her.

Die Sicherheit verschiedener Methoden im Zusammenhang mit rekombinanten Proteinen hat sie zu den beliebtesten gemacht – mindestens ein Dutzend Unternehmen versuchen jetzt, ein solches Protein für das Coronavirus zu erhalten. Darüber hinaus nutzen viele andere Trägerviren – zum Beispiel adenovirale Vektoren oder sogar modifizierte lebende Masern- und Pockenviren, die menschliche Zellen infizieren und sich dort zusammen mit Coronavirus-Proteinen vermehren. Diese Verfahren sind jedoch nicht die schnellsten, da eine Inline-Produktion von Proteinen und Viren in Zellkulturen etabliert werden muss.

Nackte Gene

Der Schritt der Proteinproduktion in der Zellkultur kann verkürzt und beschleunigt werden, indem die Körperzellen dazu gebracht werden, selbst virale Proteine zu produzieren. Gentherapeutische Impfstoffe funktionieren nach diesem Prinzip – „nacktes“genetisches Material – virale DNA oder RNA – kann in menschliche Zellen eingeschleust werden. DNA wird normalerweise durch Elektroporation in Zellen injiziert, dh zusammen mit der Injektion erhält eine Person eine leichte Entladung, wodurch die Durchlässigkeit der Zellmembranen erhöht wird und DNA-Stränge in das Innere gelangen. RNA wird unter Verwendung von Lipidvesikeln geliefert. Auf die eine oder andere Weise beginnen Zellen, virales Protein zu produzieren und es dem Immunsystem zu demonstrieren, und es entfaltet eine Immunantwort, auch wenn kein Virus vorhanden ist.

Diese Methode ist ziemlich neu, es gibt weltweit keine Impfstoffe, die nach diesem Prinzip funktionieren würden.

Dennoch versuchen laut WHO sieben Unternehmen gleichzeitig, darauf basierend einen Impfstoff gegen das Coronavirus herzustellen. Dies ist der Weg von Moderna Therapeutics, dem amerikanischen Marktführer im Impfstoff-Wettkampf. Er wurde auch von drei weiteren Teilnehmern des Rennens aus Russland für sich ausgewählt: dem Vector Scientific Center in Novosibirsk (laut Rospotrebnadzor testet er bis zu sechs Impfstoffdesigns gleichzeitig, eines davon basiert auf RNA), Biocad und das Wissenschaftliche und Klinische Zentrum für Präzisions- und Regenerative Medizin Preis Kazan.

„Im Prinzip ist es nicht so schwer, einen Impfstoff zu entwickeln“, sagt Albert Rizvanov, Direktor des Zentrums, Professor der Abteilung für Genetik am Institut für grundlegende Medizin und Biologie der Kasaner Föderalen Universität. "Gentherapeutische Impfstoffe sind die schnellsten in der Entwicklung, weil sie ausreichen, um ein genetisches Konstrukt zu schaffen." Der Impfstoff, an dem im Zentrum gearbeitet wird, soll auf mehrere Ziele gleichzeitig schießen: Ein DNA-Strang mit mehreren viralen Genen wird gleichzeitig in die Zellen injiziert. Als Ergebnis produzieren Zellen nicht ein virales Protein, sondern mehrere gleichzeitig.

Darüber hinaus, so Rizvanov, könnten DNA-Impfstoffe in der Produktion billiger sein als andere. „Wir sind im Wesentlichen wie Space X“, scherzt der Wissenschaftler. - Unsere Prototypenentwicklung kostet nur wenige Millionen Rubel. Das Prototyping ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs, und das Testen mit einem lebenden Virus ist eine ganz andere Reihenfolge.

Wechselfälle und Tricks

Sobald Impfstoffe von theoretischen Entwicklungen zu Forschungsobjekten werden, wachsen Hindernisse und Einschränkungen wie Pilze. Und die Finanzierung ist nur eines der Probleme. Laut Karpova verfügt die Moskauer Staatliche Universität bereits über eine Probe des Impfstoffs, weitere Tests erfordern jedoch die Zusammenarbeit mit anderen Organisationen. Im nächsten Schritt wollen sie Sicherheit und Immunogenität testen, und zwar innerhalb der Mauern der Universität. Sobald Sie jedoch die Wirksamkeit des Impfstoffs bewerten müssen, müssen Sie mit dem Erreger arbeiten, und dies ist in der Bildungseinrichtung verboten.

Außerdem werden spezielle Tiere benötigt. Tatsache ist, dass gewöhnliche Labormäuse nicht an allen menschlichen Viren erkranken, und das Krankheitsbild kann auch sehr unterschiedlich sein. Daher werden Impfstoffe oft an Frettchen getestet. Soll mit Mäusen gearbeitet werden, dann braucht es gentechnisch veränderte Mäuse, die auf ihren Zellen genau die gleichen Rezeptoren tragen, an denen sich das Coronavirus im Körper des Patienten „anhängt“. Diese Mäuse sind kein billiges Ace2 CONSTITUTIVE KNOCKOUT (Zehn- oder Zwanzigtausend Dollar pro Zeile). Es stimmt, manchmal kann man Geld sparen - nur wenige Individuen kaufen und im Labor züchten - aber das verlängert die präklinische Testphase.

Und wenn wir das Finanzierungsproblem noch lösen können, dann bleibt die Zeit eine unüberwindbare Schwierigkeit. Laut Rizvanov dauert die Entwicklung von Impfstoffen normalerweise Monate und Jahre. „Selten weniger als ein Jahr, meistens länger“, sagt er. Die Leiterin der Föderalen Biomedizinischen Agentur (sie entwickeln einen Impfstoff auf der Grundlage eines rekombinanten Proteins) Veronika Skvortsova schlug vor, dass das FMBA von Russland im Juni 2020 die ersten Testergebnisse von Prototypen eines Coronavirus-Impfstoffs erhalten wird, dass ein fertiger Impfstoff erscheinen könnte 11 Monate.

Es gibt mehrere Stufen, in denen der Prozess beschleunigt werden kann. Der offensichtlichste ist die Entwicklung. Die amerikanische Firma Moderna hat die Führung übernommen, weil sie seit langem mRNA-Impfstoffe entwickelt. Und um noch einen zu machen, hatten sie genug vom entschlüsselten Genom des neuen Virus. Auch russische Teams aus Moskau und Kasan arbeiten seit mehreren Jahren an ihrer Technologie und verlassen sich auf die Testergebnisse ihrer bisherigen Impfstoffe gegen andere Krankheiten.

Ideal wäre eine Plattform, mit der Sie schnell einen neuen Impfstoff aus einer Vorlage erstellen können. Forscher der Moskauer Staatlichen Universität schmieden solche Pläne.

„Auf der Oberfläche unseres Partikels“, sagt Karpova, „können wir die Proteine mehrerer Viren platzieren und gleichzeitig vor COVID-19, SARS und MERS schützen. Wir denken sogar, dass wir solche Ausbrüche in Zukunft verhindern können. Es gibt 39 Coronaviren, einige von ihnen sind menschlichen Coronaviren sehr nahe, und es ist völlig klar, was es heißt, die Artenbarriere zu überwinden ("ein Virus von Fledermäusen auf den Menschen springen". - Anmerkung N + 1.). Aber wenn es einen Impfstoff wie Lego gibt, können wir ihm das Protein eines Virus auftragen, das irgendwo seinen Ursprung hat. Wir werden dies innerhalb von zwei Monaten tun - wir werden diese Proteine ersetzen oder hinzufügen. Wäre ein solcher Impfstoff im Dezember 2019 verfügbar gewesen und die Menschen zumindest in China geimpft worden, hätte sich das nicht weiter verbreitet."

Die nächste Stufe sind präklinische Tests, also die Arbeit mit Versuchstieren. Es ist nicht das längste Verfahren, aber in Kombination mit klinischen Studien am Menschen kann es auf seine Kosten gewonnen werden. Moderna hat genau das getan – das Unternehmen beschränkte sich auf einen schnellen Sicherheitscheck und ging direkt in die Humanforschung. Es sei jedoch daran erinnert, dass das Medikament, das sie versucht, eines der sichersten ist. Da Moderna keine Viren oder rekombinanten Proteine verwendet, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Freiwilligen Nebenwirkungen haben, sehr gering – das Immunsystem hat einfach nichts, worauf es aggressiv reagieren kann. Das Schlimmste, was passieren kann, ist, dass der Impfstoff wirkungslos ist. Aber dies muss noch überprüft werden.

Aber die Herstellung von Impfstoffen ist anscheinend kein limitierendes Stadium. „Das ist nicht komplizierter als die übliche biotechnologische Herstellung rekombinanter Proteine“, erklärt Rizvanov. Ihm zufolge kann die Pflanze innerhalb von Monaten eine Million Dosen eines solchen Impfstoffs produzieren. Olga Karpova gibt eine ähnliche Schätzung ab: drei Monate für eine Million Dosen.

Brauchen Sie einen Impfstoff?

Ob es sich lohnt, klinische Studien zu kürzen, ist umstritten. Erstens ist es ein langsamer Prozess an sich. In vielen Fällen muss der Impfstoff in mehreren Phasen verabreicht werden: Wenn sich das Virus im Körper nicht selbst vermehrt, wird es schnell eliminiert und seine Konzentration reicht nicht aus, um eine ernsthafte Immunabwehr zu induzieren Antwort. Daher dauert selbst ein einfacher Test der Wirksamkeit mindestens mehrere Monate, und die Ärzte werden die Sicherheit des Impfstoffs für die Gesundheit der Freiwilligen ein ganzes Jahr lang überwachen.

Zweitens ist COVID-19 genau der Fall, in dem eine Beschleunigung von Studien am Menschen für viele unpraktisch erscheint.

Die Sterblichkeit durch die Krankheit wird heute auf wenige Prozent geschätzt, und dieser Wert dürfte weiter gesenkt werden, sobald klar wird, wie viele Menschen die Krankheit asymptomatisch erlitten haben. Aber wenn der Impfstoff jetzt erfunden wird, muss er Millionen von Menschen verabreicht werden, und selbst kleine Nebenwirkungen können zu einer mit der Infektion selbst vergleichbaren Anzahl von Krankheiten und Todesfällen führen. Und das neue Coronavirus ist bei weitem nicht "wütend" genug, um nach Rizvanovs Worten "alle Sicherheitsüberlegungen komplett beiseite zu legen". Quarantäne sei in der aktuellen Situation am effektivsten, glaubt der Wissenschaftler.

Laut Karpova besteht jedoch in naher Zukunft kein dringender Bedarf an einem Impfstoff. „Während einer Pandemie besteht keine Notwendigkeit, Menschen zu impfen, das entspricht nicht den Seuchenregeln“, erklärt sie.

Galina Kozhevnikova, Leiterin der Abteilung für Infektionskrankheiten der RUDN-Universität, stimmt ihr zu. „Während einer Epidemie wird überhaupt keine Impfung empfohlen, auch keine Routineimpfung, die im Impfplan enthalten ist. Da es keine Garantie dafür gibt, dass sich eine Person nicht in der Inkubationszeit befindet, und wenn in diesem Moment ein Impfstoff angewendet wird, sind unerwünschte Ereignisse und eine verringerte Impfeffizienz möglich “, sagte Kozhevnikova zur Beantwortung der N + 1-Frage.

Es gebe Fälle, in denen eine Notimpfung aus gesundheitlichen Gründen notwendig sei, wenn es um Leben und Tod gehe. Zum Beispiel während des Milzbrand-Ausbruchs in Swerdlowsk 1979 wurden alle geimpft, Tausende von Menschen wurden dringend geimpft und 1959 in Moskau während eines von Kokorekin mitgebrachten Pockenausbruchs Alexei Alekseevich - "Wikipedia" aus Indien des Künstlers Alexei Kokorekin.

„Aber das Coronavirus ist absolut keine solche Geschichte. Aus dem, was passiert, sehen wir, dass sich diese Epidemie nach den klassischen Gesetzen der akuten Atemwegserkrankung entwickelt “, sagt Kozhevnikova.

Daher befinden sich Impfstoffentwickler immer in einer schwierigen Situation. Solange kein Virus vorhanden ist, ist es fast unmöglich, einen Impfstoff zu entwickeln. Sobald das Virus auftauchte, stellte sich heraus, dass es vorgestern hätte erfolgen sollen. Und wenn es nachgibt, verlieren Hersteller ihre Kunden.

Allerdings muss ein Impfstoff verabreicht werden. Dies ist bei früheren Ausbrüchen von Coronavirus-Infektionen nicht passiert – sowohl MERS als auch SARS endeten zu schnell, und die Forschung verlor finanzielle Mittel. Aber wenn es seit 2004 weltweit keine SARS-Fälle mehr gegeben hat, dann stammt der letzte Fall von MERS aus dem Jahr 2019, und niemand kann garantieren, dass der Ausbruch nicht erneut auftritt. Darüber hinaus könnte ein Impfstoff gegen frühere Infektionen eine strategische Plattform für die Entwicklung zukünftiger Impfstoffe bieten.

Karpova stellt fest, dass auch nach dem Abklingen dieses Ausbruchs von COVID-19 ein weiterer Ausbruch möglich ist. Und in diesem Fall sollte der Staat einen Impfstoff parat haben."Dies ist nicht die Art von Impfstoff, mit der alle Menschen wie die Grippe geimpft werden", sagt sie. "Aber im Notfall mit einem neuen Ausbruch sollte der Staat einen solchen Impfstoff sowie ein Testsystem haben."

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