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Corona: In fünf Schritten zum Impfstoff

Die Entwicklung eines Impfstoffs dauert bis zu zehn Jahre. Bei SARS-CoV-2 könnte diese Zeit auf ein Jahr verkürzt werden. Ein Überblick über die Phasen von der Suche eines Impfstoffkandidaten bis zur Zulassung

von Dr. Christian Heinrich, 17.06.2020

Eine Schulstunde für das Immunsystem. Ein Schutzschild. Ein Wendepunkt. All dies ist eine Impfung: Sie bereitet das Immunsystem auf einen Erreger gut vor; so sorgt sie dafür, dass man gar nicht erst krank werden kann. Deshalb kann mit einer Impfung eine Krankheit nachhaltig besiegt werden. Im 20. Jahrhundert noch starben an den Pocken weltweit mehr als 300 Millionen Menschen, dank der Impfung gibt es die Krankheit seit 1980 offiziell nicht mehr: ein Wendepunkt.

Doch ein Impfstoff wird nicht einfach so erfunden und verkauft - von der Idee bis zum verfügbaren Impfstoff vergehen in der Regel acht und mehr Jahre, manchmal Jahrzehnte. Welche fünf Schritte in der Impfstoffentwicklung wesentlich sind – und warum manches bei der Entwicklung eines Impfstoffs gegen das neuartige Coronavirus anders ist als sonst. 

1. Präklinische Phase: Was kommt als Impfstoff infrage? 

"Das menschliche Immunsystem lernt bei einer Impfung den Erreger oder Teile davon kennen und bildet Antikörper dagegen", erklärt Professor Peter Palese, Leiter des Bereichs Mikrobiologie an der Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York. Beim Kontakt mit dem echten Erreger kann die Abwehr dann direkt reagieren und ihn bekämpfen.

Deshalb ist bei jeder Krankheit auch der Auslöser selbst immer ein möglicher Impfstoffkandidat. "Dabei sollte der Impfstoff aber auf keinen Fall die krankmachenden Wirkungen des Erregers haben", sagt Palese. Um das auszuschließen, müsse man einen Erreger abtöten oder zumindest "inaktivieren". Inaktivierte Erreger, sogenannte Lebendimpfstoffe, kommen zum Beispiel bei den Impfungen gegen Mumps, Masern und Röteln zum Einsatz. 

Als Impfstoff können auch verschiedene Bruchstücke eines Erregers infrage kommen. Dieser Ansatz wird bei SARS-CoV-2 verfolgt. Ein Vorteil, wenn man sich auf Bruchstücke eines Virus konzentriert: Man braucht im Labor weniger hohe Sicherheitsstandards, weil das Risiko einer Infektion kleiner ist.

Es gibt drei verschiedene Ansätze, die bei der Entwicklung eines Impfstoffes gegen SARS-CoV-2 verfolgt werden:

  • Virus-Fragmente: Man führt dem Körper Fragmente des Virus zu, damit das Immunsystem "lernt", wie bestimmte Teile des Virus aussehen, und Antikörper dagegen ausbilden kann. Es entsteht eine Immunität.
  • Vektor-Impfstoffe: Es werden Fragmente des Erbmaterials von SARS-CoV-2 in abgeschwächte Viren einer anderen, unbedenklichen Virusart gebracht. Weil diese nur als Vehikel dienen, um einen kleinen Teil der genetischen Information von SARS-CoV-2 in den Menschen zu bringen, werden sie auch als Vektor-Viren bezeichnet. Die Zellen nehmen dann diese Erbinformationen in die Zelle auf und stellen die verschlüsselten Strukturen her, das Immunsystem "lernt" so die Struktur kennen, und man entwickelt eine Immunität gegen das Virus.
  • Nuklein-Säuren: Hier werden dem Menschen Nukleinsäuren verabreicht, das sind Moleküle, die den genetischen Bauplan für die Oberflächenproteine des Virus verschlüsseln. Ähnlich wie bei den Vektor-Impfstoffen übersetzen Körperzellen diese Information dann in die entsprechenden Proteine, der Körper produziert also Virus-Fragmente. So lernt auch hier das Immunsystem, wie diese Oberflächenmoleküle des Virus aussehen, und kann eine Immunität entwickeln.

"Die Substanzen werden zunächst mit molekularmedizinischen Methoden hergestellt und untersucht, man experimentiert mit verschiedenen Variationen der Struktur", erklärt Dr. Peter Burkhard, Biologe und Leiter der Schweizer Firma Alpha-O Peptides, die bereits seit mehr als 15 Jahren an Impfstoffen forscht und aktuell auch einen Impfstoff gegen SARS-CoV-2 entwickelt. Findet sich ein aussichtsreicher Impfstoff-Kandidat, wird er in Tierversuchen weiter auf seine mögliche Wirksamkeit hin untersucht.

Erst wenn es Hinweise darauf gibt, dass der Impfstoff funktioniert und gut verträglich ist, kann man mit der Impfstoffentwicklung fortfahren. Normalerweise dauert diese sogenannte "präklinische" Phase mindestens ein Jahr. Doch bei der Forschung an einem Impfstoff für SARS-CoV-2 laufen bereits mehrere klinische Untersuchungen – also Studien am Menschen. Das liegt auch daran, dass die Zulassungsbehörden bei manchen Impfstoffkandidaten erlaubt hat, schon vor Abschluss der Tierversuche an Menschen weiter zu forschen.

"Wenn mir jemand vor der Pandemie erzählt hätte, dass man die vorklinische Phase in zwei, drei Monaten schaffen kann, dann hätte ich laut gelacht. Inzwischen halte ich es sogar für realistisch, dass wir schon 2021 einen ersten, zugelassenen Impfstoff haben", sagt Burkhard. 

2. Erste klinische Phase: Testung auf Verträglichkeit

Der Impfstoffkandidat wird das erste Mal mehreren Menschen verabreicht, in dieser Phase sind das höchstens hundert freiwillige Probanden – in der Regel jüngere und gesunde Menschen, die sorgfältig überwacht werden. "In der ersten klinischen Phase wird vor allem ermittelt, ob der Impfstoff sicher und verträglich ist", sagt Palese.

Das heißt, es geht darum, mögliche Nebenwirkungen zu erkennen und die Dosierung des Impfstoffs festzulegen. Erste Impfstoffkandidaten von SARS-CoV-2 befinden sich aktuell in diesem Stadium. Normalerweise dauert diese Phase ein bis zwei Jahre, allerdings dürfte auch hier bei SARS-CoV-2 mit einer erheblichen Beschleunigung zu rechnen sein.

3. Zweite klinische Phase: Tritt die gewünschte Immunreaktion ein?

Nun wird der Impfstoffkandidat an bis zu 1000 Freiwilligen darauf getestet, ob er die gewünschte Immunantwort erzeugt. Dabei blicken die Ärzte vor allem darauf, ob die Probanden Antikörper bilden. Natürlich achtet man auch weiter auf eventuelle Nebenwirkungen, und man versucht, die ideale Konzentration und die Anzahl der notwendigen Impfungen zu ermitteln. Diese Phase dauert normalerweise ebenfalls ein bis zwei Jahre. 

4. Dritte klinische Phase: Schützt der Impfstoff vor einer Infektion?

Wenn es ein Impfstoff bis hierher geschafft hat, ist weitgehend sicher: Er ist ungefährlich und verträglich, und er ruft die gewünschte Immunreaktion hervor. Doch wird man durch ihn tatsächlich immun gegen die "echte" Erkrankung? Und ist diese Immunität auch von Dauer? Das sind die Hauptfragen, die in der dritten klinischen Phase mithilfe von mehreren Tausend gesunden Probanden beantwortet werden sollen. Die Probanden werden mit dem Impfkandidaten geimpft, und es wird beobachtet, ob sie nicht doch die Krankheit, gegen die geimpft wurde, erleiden.

Die dritte klinische Phase dauert normalerweise vier bis sieben Jahre. "Das klingt lang, aber man weiß eben erst nach ein paar Jahren, ob ein Impfschutz wirklich dauerhaft ist", sagt Burkhard. Die Herausforderung besteht darin, dass der Immunschutz nur nach einer wirklichen Infektion mit dem Erreger, um den es geht, nachgewiesen werden kann. Beschleunigen ließe sich das, indem man die Geimpften anschließend gezielt mit dem Erreger infiziert.

Bei Krankheiten, die gut medikamentös behandelt werden können, etwa Malaria, wäre das womöglich ethisch vertretbar. Bei Covid-19 hingegen wäre ein solches Vorgehen ethisch äußerst problematisch. Alternativ muss man also abwarten, wie viele Teilnehmer sich im Laufe der Jahre mit der Krankheit infizieren und trotzdem gesund bleiben. Dafür wiederum ist eine sehr große Teilnehmerzahl notwendig, damit aussagekräftige Ergebnisse entstehen.

"Mit den mittlerweile glücklicherweise sehr niedrigen Infektionszahlen in Europa kann eine solche Studie hier praktisch nicht mehr durchgeführt werden", gibt Burkhard zu bedenken. Dass Covid-19 in vielen Fällen symptomlos oder symptomarm verläuft, erschwert die Untersuchung außerdem. Die dritte klinische Phase könnte also für die Entwicklung eines Impfstoffs gegen SARS-CoV-2 zumindest zeitlich ein Nadelöhr werden.

5. Zulassung: Zusammentragen und Prüfen der Studienergebnisse

Sind die Daten aus den klinischen Phasen überzeugend, werden alle Informationen zusammengetragen und aufbereitet, um schließlich bei den Zulassungsbehörden – in Europa zum Beispiel die EMA, in den USA die FDA – die Zulassung zu beantragen. Die Behörden prüfen die eingereichten Unterlagen eingehend, was einige Monate bis Jahre dauern kann. "Oft sollen noch bestimmte Informationen nachgereicht werden, in manchen Fällen muss man sogar nochmal eine Zusatzstudie machen", erklärt Burkhard.

Auch hier ist davon auszugehen, dass die Behörden besonders schnell prüfen werden, wenn für einen Impfstoffkandidat gegen SARS-CoV-2 die Zulassung beantragt wird. Aber bis dahin wird es noch dauern. Normalerweise dauert es von der Entdeckung einer Impfsubstanz bis zu ihrer Zulassung insgesamt acht bis 15 Jahre. Eine lange Zeit, die bei SARS-CoV-2 auf etwa ein Jahr beschleunigt werden könnte, doch auch das ist noch nicht sicher.

Der Preis für diese Beschleunigung steht schon jetzt fest: in einem kürzeren Zeitraum könnten Sicherheit und Wirksamkeit weniger intensiv geprüft werden. Andererseits könnten womöglich Hunderttausende Menschenleben durch eine rasche Impfstoffentwicklung gerettet werden. Eine Gratwanderung.