Was haben Sie am 10. Januar 2020 gemacht? Es war ein Freitag, also hast du dich wahrscheinlich mit Freunden verabredet. Die Zeiten völlig uneingeschränkter Normalität scheinen eine ferne Erinnerung zu sein. Aber es ist das Datum, an dem der Wettlauf um die Entwicklung eines Coronavirus-Impfstoffs begann.
An diesem Tag veröffentlichte die chinesische Regierung die genetische Sequenz des für die Pandemie verantwortlichen Virus – SARS-CoV-2. Es ermöglichte Forschern auf der ganzen Welt, in ihren Labors Teile des Virus herzustellen, mit dem Ziel, einen Impfstoff zu entwickeln, der uns immun macht.
Es gibt derzeit rund 35 Forschungsteams auf der ganzen Welt, die an einem Impfstoff arbeiten. Millionen von Pfund werden von Organisationen und wohlhabenden Einzelpersonen in die Impfstoffentwicklung gepumpt, darunter der Microsoft-Milliardär Bill Gates, der zugesagt hat, Fabriken für die sieben (noch nicht angekündigten) führenden Kandidaten zu bauen.
Unterdessen wird eine Handvoll Teams, darunter die US-amerikanischen Biotech-Unternehmen Novavax und Moderna sowie ein Team der Universität Oxford, von einer Stiftung namens Coalition for Epidemic Preparedness Innovation (CEPI) unterstützt.
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Das Team der University of Oxford ist eines der am weitesten auf dem Weg zu einem Impfstoff. „Ich habe die Sequenz am 10. Januar erhalten und dann haben wir das Wochenende damit verbracht, zu entscheiden, was wir in unseren Impfstoff geben sollen“, sagt die Immunologin Dr. Teresa Lambe, die eine der Leiterinnen des Impfstoffteams am Jenner-Institut der Universität ist.
Seitdem war die Arbeit intensiv. „Ich hatte kein Wochenende frei. Ich habe Gastro [ein Magenproblem] durchgearbeitet. Ich habe Geburtstage durchgearbeitet. Ich habe meine Kinder nicht gesehen. Es war anstrengend.“
Seit Ausbruch der Pandemie gibt es eine Frage, die nicht einmal die Experten beantworten können – wann wird sie enden? Angesichts der Verbreitung des Virus erscheint es unwahrscheinlich, dass es einfach verschwindet.
Selbst wenn ein Land es vollständig eliminiert, könnte es nur eine infizierte Person brauchen, die aus einem anderen Land anreist, um die Ausbreitung des Virus wieder anzufachen. Um es endgültig zu stoppen, brauchen wir Immunität. Je früher wir also einen Impfstoff haben, desto schneller kann Gewissheit in unser Leben zurückkehren.
Der Weg zur COVID-Immunität
SARS-CoV-2 gehört zu einer breiteren Gruppe von Viren, die als Coronaviren bezeichnet werden. Viele verursachen nur leichte Symptome – nichts weiter als eine Erkältung. Aber eine Handvoll hat schwere Krankheitsausbrüche verursacht:SARS in den Jahren 2002–2003, MERS ab 2012 und jetzt COVID-19 – die durch SARS-CoV-2 verursachte Krankheit.
Wir haben noch keinen zugelassenen Impfstoff gegen das Coronavirus. Aber die Dringlichkeit dieser Pandemie bedeutet, dass SARS-CoV-2 jetzt höchste Priorität hat.
Das Grundprinzip jedes Impfstoffs besteht darin, dem Körper vorzutäuschen, dass er mit dem Virus (oder Bakterium) infiziert ist, das die Krankheit verursacht. Als Reaktion darauf erzeugt das Immunsystem Proteine, sogenannte Antikörper.
Wenn Sie sich mit dem echten Virus infizieren, produzieren Gedächtniszellen im Immunsystem, sogenannte „B-Lymphozyten“, erneut die Antikörper, die Ihnen helfen, die Infektion zu bekämpfen.
Alle potenziellen COVID-19-Impfstoffe erreichen dies grundsätzlich auf die gleiche Weise, indem sie das Immunsystem den keulenförmigen Proteinspitzen aussetzen, die die kugelförmige Hülle des Virus bedecken. (Diese aus fetten Lipidmolekülen bestehende Hülle umschließt das genetische Material des Virus.)
Wenn das Virus in unseren Körper eindringt, verbinden sich die Spikes mit einem Rezeptor auf der Oberfläche von Zellen, die den Rachen und die Lunge auskleiden, um Zugang zu diesen Zellen zu erhalten, wodurch das Virus eindringen und sich vermehren kann.
Aber indem wir das Immunsystem diesen für sich genommen harmlosen Stacheln aussetzen, trainiert unser Körper, schnell Antikörper auszuschütten, die die Stacheln ersticken und sie daran hindern, sich zu verbinden.
Jedes Team hat seine eigene Variante dieses Ansatzes. Beim Oxford-Coronavirus-Impfstoff wird die genetische Sequenz (die DNA) des Protein-Spikes in das Blut injiziert. Unsere Zellen verwenden diese DNA, um den Spike herzustellen und die Immunantwort auszulösen.
Der Ansatz von Moderna besteht unterdessen darin, das genetische Material des Stachels in einer anderen Form (RNA statt DNA) zu injizieren.
Und ein Impfstoff, der an der University of Pittsburgh entwickelt wird, injiziert das Spike-Protein selbst auf ein Pflaster mit Mikronadeln – das Pflaster würde wie ein Pflaster aufgeklebt werden, und die winzigen Nadeln würden sich auflösen, sobald sie sich befinden. d die Haut durchbohrt.
Um die Spike-DNA an unsere Zellen zu liefern, sind die Oxford-Forscher Verpacken in einem „viralen Vektor“ – im Wesentlichen einem Liefervirus. Dies ist ein modifiziertes Schimpansenvirus, das zu einer Gruppe von Viren gehört, die als „Adenoviren“ bezeichnet werden.
„Der Vektor wurde lahmgelegt“, sagt Lambe. „Es repliziert sich nicht und es verursacht keine Krankheiten.“
Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels haben drei Impfstoffentwickler Versuche am Menschen gestartet:Moderna, Chinas CanSino Biologics (CanSino verwendet auch einen auf Adenoviren basierenden viralen Vektor) und das Oxford-Team.
Testen der Coronavirus-Impfstoffe
Nachdem das Oxford-Team im Januar die genetische Sequenz des Virus erhalten hatte, bestand der erste Schritt darin, die DNA des Stachels zu identifizieren. Diese DNA wurde dann geklont und zur Herstellung eines Impfstoffs für vorklinische Tests verwendet. „Bevor es in die klinische Prüfung geht, muss jeder Impfstoff oder jedes Medikament in Tiermodellen bewertet werden“, sagt Lambe.
Die vorklinischen Tests haben gezeigt, dass der Impfstoff wirksam Antikörper produziert, die verhindern, dass das SARS-CoV-2-Virus an Zellen bindet. Der Impfstoff erhöht auch die Konzentration einer Art weißer Blutkörperchen namens T-Zellen – eine weitere Waffe des Immunsystems, die virusinfizierte Zellen abtötet und die Replikation des Virus verlangsamt.
In der Zwischenzeit stellt die Clinical BioManufacturing Facility der University of Oxford eine größere Menge des Impfstoffs her, der sicher für den Menschen geeignet ist und für die ersten klinischen Studien bereit ist.
In Phase I der Erprobung liegt der Fokus auf der Sicherheit des Impfstoffs. „Sie injizieren einem Freiwilligen eine Dosis, von der Sie wissen, dass sie aus anderen klinischen Studien [mit ähnlichen Impfstoffen] sicher ist“, sagt Lambe, „und Sie überwachen sie die nächsten zwei bis drei Tage sorgfältig.“
Die Forscher prüfen nicht nur, ob der Impfstoff sicher ist, sondern messen auch die T-Zellen- und Antikörperwerte im Blut des Freiwilligen, indem sie nach Nebenwirkungen wie Muskel- und Kopfschmerzen suchen. Bis zum Ende der Phase I sollen 510 Personen im Alter von 18 bis 55 Jahren injiziert werden.
Wenn der Impfstoff sicher und funktionsfähig zu sein scheint, geht es weiter in die Phasen II und III. Phase II wird Phase I auf Personen ab 56 Jahren sowie eine kleine Anzahl von Kindern ausdehnen.
Phase III umfasst 5.000 Freiwillige ab 18 Jahren, von denen die Hälfte den COVID-19-Impfstoff erhält. In dieser Phase wird getestet, ob der Impfstoff in der realen Welt Schutz bietet, indem die geimpften Personen überwacht und ihre COVID-19-Infektionsrate mit der derjenigen verglichen wird, die den Impfstoff in der Studie nicht erhalten.
Impfstofftests brauchen Zeit
Es ist unmöglich, das Beobachten, Messen und Warten, das den Stoff klinischer Studien ausmacht, zu beschleunigen. Aufsichtsbehörden brauchen auch Zeit, um die Sicherheit und Wirksamkeit neuer Impfstoffe zu überprüfen, und selbst wenn ein Impfstoff zugelassen ist, kann es zu Verzögerungen kommen, während die Impfstoffhersteller die Produktion hochfahren.
„Sie wollen erst dann mit der Herstellung beginnen, wenn Sie wissen, dass es tatsächlich funktioniert“, sagt Dr. John Tregoning, Experte für Atemwegsinfektionen und Impfstoffentwicklung am Imperial College London.
Das Oxford-Team versucht, den Weg zur Massenproduktion zu ebnen. „Parallel zu den Studien arbeiten wir sehr hart an der Skalierung, sodass wir wahrscheinlich bis Ende des Jahres in der Lage sind, viele Dosen verfügbar zu haben, wahrscheinlich in Millionenhöhe“, sagt Lambe.
Der Impfstoff wäre zunächst nicht frei verfügbar, würde aber an die als prioritär identifizierten Personen vergeben.
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Die anderen Spitzenreiter arbeiten mit ähnlichen Zeitskalen. Die meisten Schätzungen gehen davon aus, dass COVID-19-Impfstoffe in einem Jahr bis zu 18 Monaten verfügbar sind – eine unglaubliche Leistung, da es in der Regel 10 oder mehr Jahre dauert, einen Impfstoff zu entwickeln und zuzulassen. Das Rennen könnte letztendlich mit mehreren Impfstoffen von mehreren Entwicklern in der Produktion enden.
„Wenn Sie an dem Punkt angelangt sind, an dem die Impfstoffproduktion weltweit auf Milliarden von Dosen erhöht werden muss, ist es besser, nicht nur eine Technologie in einer Fabrik einzusetzen“, sagt Tregoning.
„Sie wollen eine verteilte, lokale Fertigung und einen Prozess, der schnell und einfach zu replizieren ist. Je mehr verschiedene Impfstoffe es also gibt, desto schneller kann man den Menschen einen Impfstoff zur Verfügung stellen.“
Wer bekommt zuerst den Coronavirus-Impfstoff?
Wenn ein Impfstoff gegen SARS-CoV-2 entwickelt wird, wird er zunächst nur begrenzt verfügbar sein, da die Produktion hochgefahren wird. Daher wird wahrscheinlich Mitarbeitern des Gesundheitswesens, die mit COVID-19-Patienten in Kontakt stehen, Priorität eingeräumt.
Ältere Menschen und Menschen mit zugrunde liegenden Gesundheitsproblemen wären ebenfalls eine Priorität, da sie am wahrscheinlichsten ernsthaft krank werden.
Wenn Sie nicht in eine dieser Kategorien passen, müssen Sie etwas länger warten. „Ich bezweifle, dass wir das in einem Jahr Ihnen und mir geschenkt sehen werden“, sagt Dr. Maria Bottazzi, Teil eines Teams, das an der Baylor University in Texas einen COVID-19-Impfstoff entwickelt.
Global gesehen stellt sich auch die Frage, wie gleichmäßig der COVID-19-Impfstoff zwischen den Ländern verteilt wird. Während der H1N1-Pandemie (Schweinegrippe) 2009 gaben reiche Länder Vorbestellungen bei Impfstoffherstellern auf, wodurch ärmere Länder weniger gut versorgt wurden.
Es gibt auch Bedenken, dass Impfstoffhersteller in Entwicklungsländern Schwierigkeiten haben werden, COVID-19-Impfstoffe herzustellen, wenn die ersten zugelassenen Impfstoffe neuere Technologien verwenden. Dies sind alles Fragen, die angegangen werden müssen, wenn wir uns einem zugelassenen Impfstoff nähern.
Was passiert nach der Impfung?
Aber wenn das alles vorbei ist und wir einen Impfstoff haben, wo bleiben wir dann? Tödliche Coronaviren haben die unangenehme Angewohnheit, aus dem Nichts aufzutauchen. Stehen wir vielleicht gerade vor einem neuen Impfstoffwettlauf, wenn der nächste auftaucht?
Dr. Shibo Jiang von der Fudan-Universität in China sagt, er habe eine Lösung. In Zusammenarbeit mit Kollegen in China und dem New York Blood Center in den USA hat er eine Art von Molekül namens Peptid entwickelt, das sich an eine bestimmte Region der SARS-CoV-2-Proteinspitze anheften kann und das Virus daran hindert, in die Zellen einzudringen .
Die Forschungsarbeit wird in der Zeitschrift Cellular &Molecular veröffentlicht Immunologie . Entscheidend ist, dass diese Region der Proteinspitze bei anderen Coronaviren ähnlich ist, was bedeutet, dass dieses Molekül möglicherweise auch als Impfstoff oder Behandlung für zukünftige Coronaviren wirken könnte.
„Diese Behandlung wird nicht injiziert; es würde eingeatmet werden“, sagt Jiang zu BBC Science Focus . „Sie könnten das zu Hause verwenden – Sie müssten nicht ins Krankenhaus.“ Er sagt, dass das einzige, was die Forschung derzeit aufhält, das Geld ist, das für die vorklinische Forschung benötigt wird.
Aber wenn das Geld verfügbar ist und sich die Forschung auszahlt, könnte dies bedeuten, dass Wissenschaftler nicht wieder mit einem weiteren hektischen Kampf gegen ein Coronavirus konfrontiert werden. Und wir auch nicht.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 349 von BBC Science Focus