Unterschiedliche Impfstoffe und deren Einsatz

Impfungen zählen zu den höchsten Errungenschaften der Medizin. Um einen wirksamen Impfschutz aufzubauen, ist jedoch ein entsprechender Impfstoff erforderlich.

Wirkungsweise, Einsatzgebiete und mögliche Risiken verschiedener Impfstoffe

In der Medizin bezeichnet man Impfstoffe auch als Vakzine. Gemeint sind damit Antigene, die entweder auf biologische oder gentechnische Weise hergestellt werden. In der Regel bestehen Impfstoffe aus abgeschwächten oder abgetöteten Krankheitserregern.

Ziel und Zweck von Impfstoffen

Mithilfe eines Impfstoffes soll der Organismus gegen schädliche und gefährliche Krankheitserreger wie Viren und Bakterien immunisiert werden. Den Stoff bringt man per

in den Körper ein. Dort sorgt er dafür, dass der Organismus sich gegen spezielle Krankheitserreger zur Wehr setzt. Dabei baut das körpereigene Abwehrsystem gegen die Erreger eine Immunität auf.

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise des Impfstoffes basiert darauf, dass er einen körperfremden Stoff enthält, den man als Antigen bezeichnet. Das Antigen ruft eine spezifische Immunreaktion des Organismus hervor. Diese Reaktion fällt ähnlich aus wie bei einer Infektion mit Krankheitskeimen. So stellt das Immunsystem Antikörper und Gedächtniszellen her, die sich speziell gegen den Erreger wenden.

Kommt es später einmal tatsächlich zu einer Infektion mit den Viren oder Bakterien, sind die Antikörper und Gedächtniszellen zur Stelle, um die Erreger wirksam zu bekämpfen, bevor es zum Ausbruch der Krankheit kommt. Die Abwehrvorgänge im Körper sind dieselben wie bei einer herkömmlichen Infektion.

Je nachdem, welcher Impfstoff verabreicht oder gegen welchen Erreger geimpft wird, hält die Immunisierung mehrere Jahre oder sogar das ganze Leben lang an. Gegen manche Viren oder Bakterien muss nach einer gewissen Zeit eine Auffrischungsimpfung durchgeführt werden, damit der Impfschutz auch weiterhin besteht.

Besonders wichtig ist natürlich, dass der Geimpfte durch den verabreichten Impfstoff nicht ernsthaft krank wird. Aus diesem Grund sind in den Impfstoffen lediglich kleine Mengen von abgeschwächten oder abgetöteten Erregern bzw. Erregerteilen vorhanden. Diese können keine gefährliche Erkrankung mehr auslösen.

Die meisten modernen Impfstoffe gelten als gut verträglich und weisen nur selten Nebenwirkungen auf.

Verschiedene Impfstoffe

Bei Impfstoffen unterscheidet man zwischen zwei Hauptgruppen. Dies sind die so genannten:

  1. Lebendimpfstoffe
  2. Totimpfstoffe

Eine Sonderform stellen Konjugatimpfstoffe und rekombinante Impfstoffe dar. Darüber hinaus enthält ein Impfstoff auch bestimmte Hilfsstoffe (Adjuvantien).

Im Folgenden stellen wir Ihnen die unterschiedlichen Impfstoffe im Detail vor.

Lebendimpfstoffe

Bei den ersten Impfstoffen, die zum Einsatz kamen, handelte es sich um Lebendimpfstoffe. In einem Lebendimpfstoff verwendet man kleine Mengen von vermehrungsfähigen Bakterien oder Viren. Diese werden jedoch durch ein spezielles Verfahren so abgeschwächt, dass sie zwar eine Immunantwort des Körpers hervorrufen, aber keine Erkrankung mehr auslösen.

Impfkrankheiten

Lediglich in seltenen Fällen kann es zu einer leichten Impfkrankheit kommen. Dazu gehören vor allem die so genannten Impfmasern. Dabei handelt es sich um einen Hautausschlag, der Masern ähnelt, aber deutlich leichter verläuft. Außerdem sind die Impfmasern nicht ansteckend.

Allerdings traten in der Vergangenheit mitunter auch schwere Erkrankungen durch Lebendimpfstoffe auf, wie zum Beispiel die Impfpoliomyelitis (Kinderlähmung), die durch die Schluckimpfung gegen Polio ausgelöst wurde. Aus diesem Grund gab man die Polio-Schluckimpfung in Europa mittlerweile auf.

Unterteilung von Lebendimpfstoffen

In der Medizin unterteilt man Lebendimpfstoffe in:

  1. kälte-adaptierte Stämme
  2. temperatur-sensitive Stämme

Kälte-adaptierte Stämme vermehren sich nur bei Temperaturen um 25 Grad Celsius, wodurch sich Viren ausschließlich auf die oberen Atemwege beschränken. Bei temperatur-sensitiven Stämmen begrenzt sich deren Vermehrung auf Temperaturen von 38–39 Grad Celsius, sodass die unteren Atemwege nicht befallen werden können.

Vor- und Nachteile von Lebendimpfstoffen

Zu den Vorteilen von Lebendimpfstoffen gehört, dass sie wirksamer sind als Totimpfstoffe. So lösen sie eine Immunantwort aus, die zu einer effektiven und lang anhaltenden Immunität gegen die jeweiligen Erreger führt. Diese Unempfindlichkeit kann sogar das ganze Leben lang anhalten.

Von Nachteil ist allerdings, dass Lebendimpfstoffe weniger gut verträglich sind. In seltenen Fällen können sie unerwünschte Nebenwirkungen und Impfkomplikationen zur Folge haben.

Außerdem dürfen Lebendimpfstoffe nach Empfehlungen der STIKO (Ständige Impfkommission des Robert-Koch-Instituts) schwangeren Frauen nicht verabreicht werden.

Einsatzgebiete von Lebendimpfstoffen

Lebendimpfstoffe kommen gegen verschiedene Krankheiten zur Anwendung. Dazu gehören vor allem:

Totimpfstoffe

Totimpfstoffe werden auch inaktivierte Impfstoffe genannt. In einem Totimpfstoff befinden sich nur Krankheitserreger, die zuvor abgetötet wurden oder inaktiv sind und sich nicht mehr vermehren können. Es ist aber auch möglich, für einen Totimpfstoff Bestandteile von Bakterien, Viren oder Toxinen zu verwenden. Auf diese Weise erreicht man, dass der Körper eine Immunreaktion auslöst, ohne dass es dadurch zu Schäden kommt.

Zur Bildung von Antikörpern durch das Immunsystem ist es meist schon ausreichend, ein bestimmtes Merkmal eines Erregers zu verwenden.

Arten von Totimpfstoffen

Es gibt verschiedene Arten von Totimpfstoffen. Dabei handelt es sich um:

  1. Toxoide
  2. inaktivierte Ganzpartikelstoffe
  3. Teilpartikelstoffe
  4. Untereinheitsimpfstoffe

Toxioide

Als Toxoide bezeichnet man Giftstoffe von Bakterien, die entgiftet wurden. Solche speziellen Impfstoffe kommen gegen Krankheiten zum Einsatz, die nicht von den Bakterien, sondern von deren abgesonderten Giftstoffen ausgelöst werden, wie zum Beispiel Diphtherie oder Tetanus.

Inaktivierter Ganzpartikelimpfstoff und Teilpartikelimpfstoff

Bei einem inaktivierten Ganzpartikelimpfstoff werden Viren durch die Anwendung von Psoralen, beta-Propiolacton und Formaldehyd deaktiviert. Von einem Teilpartikelimpfstoff ist die Rede, wenn die Oberfläche von Viren mithilfe von starken organischen Lösungsmitteln oder Detergentien zerstört wird.

Untereinheitsimpfstoffe

Bei Untereinheitsimpfstoffen, auch Spaltvakzine genannt, löst man die Oberfläche der Erreger vollständig auf und reinigt spezifische Komponenten wie Neuraminidase- und Hämagglutinin-Proteine heraus.

Vor- und Nachteile von Totimpfstoffen

Ein großer Vorteil von Totimpfstoffen ist, dass sie keine Erkrankung auslösen können. So gelten sie als deutlich verträglicher als Lebendimpfstoffe. Ein Minuspunkt ist jedoch, dass der Impfschutz kürzer ist als bei Lebendimpfstoffen, sodass regelmäßig eine Auffrischungsimpfung erfolgen muss, um die Immunität gegen die Erreger weiterhin zu gewährleisten.

Einsatzgebiete von Totimpfstoffen

Totimpfstoffe werden häufig verabreicht. So verwendet man sie zum Schutz vor Krankheiten wie:

Konjugatimpfstoffe

Als Konjugatimpfstoffe oder konjugierte Impfstoffe bezeichnet man rekombinante und nicht-zelluläre Impfstoffe. Sie bestehen aus verschiedenen aneinandergereihten Bausteinen.

Bei diesem speziellen Impfstoff bindet man den Teil eines Krankheitserregers, von dem die Bildung von Antikörpern ausgelöst wird, an ein Eiweiß. Dieses hat die Funktion eines Transporters und bewirkt eine stärkere Immunantwort.

Konjugatimpfstoffe bei Kindern und Erwachsenen

Konjugatimpfstoffe eignen sich besonders gut zur Immunisierung von kleinen Kindern. In den ersten Lebensjahren eines Kindes ist dessen Abwehrsystem noch nicht gut genug entwickelt. Dadurch kann ein herkömmlicher Impfstoff mit einem Antigen keine ausreichende Immunantwort auslösen.

Anders verhält sich dies bei erwachsenen Menschen. Da sie über ein ausgereiftes Immunsystem verfügen, genügt bei ihnen eine Impfung mit dem Antigen, damit es zur Herstellung von Antikörpern kommt.

Bestimmte Bakterien sind mit einer Polysaccharid-Außenhülle ausgestattet. Diese rufen nur schwache Immunreaktionen hervor. Verbindet man jedoch die Außenhülle mit Proteinen, stuft das Immunsystem des Körpers die Polysaccharide wie Proteinantigene ein.

Vor- und Nachteile sowie Einsatzgebiete von Konjugatimpfstoffen

Konjugierte Impfstoffe haben im Vergleich zu unkonjugierten Antigenen den Vorteil, dass sie eine stärkere und längere Immunreaktion bewirken. Der Impfschutz hält also länger an.

Außerdem können auch Kinder unter zwei Jahren dank Konjugatimpfstoffen gegen bestimmte Infektionskrankheiten geimpft werden, was zuvor nicht möglich war.

Ein kleiner Nachteil sind gelegentlich auftretende Nebenwirkungen wie Fieberkrämpfe oder allergische Reaktionen, die jedoch nur sehr selten vorkommen.

Eingesetzt werden Konjugatimpfstoffe derzeit vor allem gegen bakterielle Erkrankungen wie:

  • Meningokokken-Infektionen
  • Pneumokokken-Infektionen
  • Haemophilus influenzae Typ B

Rekombinante Impfstoffe

Impfstoffe werden vor allem durch chemische und physikalische Verfahren hergestellt. Durch die Anwendung der Gentechnik ist es möglich, auch rekombinante Impfstoffe zu erzeugen. Unter einem rekombinanten Impfstoff versteht man eine Kombination aus zwei Mikroorganismen. Dabei handelt es sich um den Krankheitserreger oder seine DNA sowie eine Zelle.

In manchen Fällen genügt bereits ein einziges bestimmtes Merkmal, das von der Oberfläche des Erregers stammt, um das Immunsystem zu aktivieren und einen Impfschutz aufzubauen. Lässt sich solch ein Antigen identifizieren und ein genetischer Bauplan erstellen, ist es mithilfe der Gentechnik möglich, es gezielt nachzubauen und als Impfstoff einzusetzen.

Um dies zu erreichen, baut man die entsprechende DNA in Zellen wie beispielsweise Hefezellen ein, die in der Lage sind, die Informationen, die sich verschlüsselt in der DNA befinden, zu lesen. Die Informationen, die die Zellen dabei erhalten, verwenden sie zum Aufbau eines Antigens, welches sich zur Produktion eines rekombinanten Impfstoffes nutzen lässt.

Vorteile und Einsatzgebiete von rekombinanten Impfstoffen

Zu den größten Vorteilen von rekombinanten Impfstoffen gehört ihre Risikolosigkeit. So können sie keine Impfkrankheiten hervorrufen, da der Erreger in ihnen nur teilweise enthalten ist. Daher gelten Impfungen mit rekombinanten Impfstoffen als sehr sicher.

Des Weiteren ist die Herstellung dieser Impfstoffe weniger kostspielig als die Inaktivierung von Bakterien oder Viren.

Verabreicht werden rekombinante Impfstoffe vor allem gegen:

  • HPV (Humanes Papillomvirus)
  • Cholera
  • Hepatitis A
  • Hepatitis B

Auf einer ähnlichen Grundlage basiert die Anwendung von DNA-Impfstoffen im Rahmen einer genetischen Immunisierung.

Merkmale der genetischen Immunisierung mit DNA-Impfstoffen

Bei einer genetischen Immunisierung, die auch als DNA-Immunisierung oder genetische Vakzinierung bezeichnet wird, kommen DNA-Impfstoffe zum Einsatz. Die neue Methode gilt als schonend und eignet sich zugleich, Antikörper zu produzieren.

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) enthält die Erbinformationen von Lebewesen. Im Rahmen einer DNA-Immunisierung soll durch das Verabreichen von genetischen Vakzinen eine Immunantwort des Organismus erreicht werden.

Vor allem für die Behandlung von Allergien und Krebserkrankungen hat die genetische Immunisierung eine große Bedeutung. So vermuten Wissenschaftler, dass Allergene, die der Körper selbst herstellt, nicht mehr von ihm angegriffen werden, was dazu führt, dass allergische Reaktionen ausbleiben.

DNA-Impfstoffe

Ähnlich wie bei rekombinanten Impfoffen beruht die Grundlage von DNA-Impfstoffen auf Teilstücken des Erbguts von Viren oder Bakterien. Dabei handelt es sich um die DNA der Erreger, durch die das Abwehrsystem aktiviert werden soll.

Allerdings schleust man die DNA nicht erst in andere Zellen ein, von denen anschließend die Antigene für einen rekombinanten Impfstoff gebildet werden, sondern bringt sie unmittelbar in die menschlichen Zellen ein. Auf diese Weise können die menschlichen Zellen den Impfstoff selbst erzeugen. Dazu wird die DNA in einen Muskel injiziert. Prinzipiell ist aber auch eine Aufnahme durch die Haut möglich.

Gegenüber einer herkömmlichen Impfung hat eine genetische Immunisierung den Vorteil, dass die injizierten Antigene mehrere Wochen im Körper zirkulieren, denn der Organismus bildet sie selbst nach. Eiweiße oder Antigene, die man passiv zuführt, verschwinden meist wenige Stunden später wieder aus der Blutbahn.

In Tierversuchen gelang es, mithilfe von DNA-Impfstoffen

  • die Infektabwehr des Immunsystems anzuregen und
  • das Entstehen von Allergien zu verringern.

Ein weiterer Vorteil der genetischen Immunisierung ist eine schnelle und simple Herstellung der Antikörper. Auch deren Lagerung stellt kein Problem dar. Darüber hinaus entfallen komplizierte Aufreinigungsschritte.

Ablauf einer genetischen Immunisierung

Bis jetzt beschränkte man sich bei der genetischen Immunisierung darauf, DNA-Impfstoffe gegen Allergien, Versuchstieren wie Mäusen zu verabreichen. Der Ablauf der Immunisierung ist einfach.

Zuerst konstruiert man eine DNA, in der die Kodierung für ein Allergen enthalten ist. Im Anschluss daran wird dem Versuchstier dass Allergen injiziert. Dessen Körper beginnt nun selbst mit der Produktion des allergenen Proteins.

Fazit

Bis jedoch klar ist, ob sich Allergien beim Menschen auf diese Weise tatsächlich erfolgreich behandeln lassen, ist noch viel Forschungsarbeit nötig. Darüber hinaus müssen gewisse Risiken abgeklärt werden. So handelt es sich bei den verabreichten DNA-Impfstoffen um fremdes Erbgut, was möglicherweise zu Problemen führen kann.

Außerdem besteht eventuell die Gefahr, dass Krebs-Gene durch die Impfung aktiviert werden. Bis jetzt liegt dazu allerdings noch keine endgültige wissenschaftliche Bestätigung vor.

Die Gentechnik macht man sich auch zunutze, um essbare Impfstoffe herzustellen.

Essbare Impfstoffe - die Gentechnik macht's möglich

Obst und Gemüse sind gesund. Das wissen wir. Sie beherbergen Mineralstoffe, Vitamine und sekundäre Pflanzenstoffe und sollten daher auf keinem Speiseplan fehlen. Aber die grünen Vitalquellen sollen auch im Kampf gegen Infektionskrankheiten eingesetzt werden.

Gentechnik im Namen der Gesundheit

Charles Arntzen von der Cornell Universität Ithaka/New York war einer der Vorreiter in Sachen essbare Impfstoffe. Er manipulierte Pflanzen genetisch so, dass sie selbst Impfstoffe (Vakzine) produzierten.

Der Vorteil dieser Vakzin-Gewinnung ist immens: Die Pflanzen können überall dort angebaut werden, wo die Vakzine gebraucht werden. Ein großes Problem der herkömmlichen Impfstoffe ist die nötige kühle Lagerung. In vielen heißen Erdteilen, gerade in Entwicklungsländern, machte dieser Umstand eine Anwendung mitunter unmöglich.

Ein weiteres Plus gegenüber klassischen Impfungen sind die mit der einfachen Herstellung verbundenen geringen Herstellungskosten.

Tomaten und Co. im Kampf gegen Viren

Die bisherigen Resultate können sich sehen lassen. In der Vergangenheit gelang bereits die Entwicklung von:

Gentechnische Veränderungen

Damit die Pflanzen gegen diese Viren Antikörper bilden kann, die dann als Vakzine eingesetzt werden können, müssen sie im Vorfeld genetisch verändert werden.

Zunächst muss ein Gen für ein so genanntes Antigen in das Erbgut der Pflanzen eingebracht werden. Dieses Antigen kann ein spezielles Protein sein, an dem unser Körper einen Krankheitserreger ausmachen kann. Letztendlich liegt dieses Fremdprotein in jeder Zelle der Pflanze vor.

Nachteile der neuen Impfmethode

Ein großes Problem bereitete die Konzentration der Vakzine. Anders als bei Injektionen muss der Wirkstoff hier den Magen-Darmtrakt passieren. Ein Großteil wird daher schlichtweg verdaut. Daher müssen viel größere Mengen der Vakzine eingenommen werden, damit eine ausreichend große Immunisierung erreicht wird.

Sehr problematisch ist auch der Umstand, dass die genetisch veränderten Pflanzen unbeabsichtigt in den Handel gelangen können. Niemand kann kontrollieren, wer die veränderten Nahrungsmittel konsumiert und vor allem, wie hoch die eingenommene Dosis der Vakzine ist. Aus diesem Grund wurden weitere Forschungen an Nahrungsmitteln zunächst eingestellt.

Hoffnungsträger genetisch veränderte Tabakpflanze

Eine neue Hoffnung könnten genetisch veränderte Tabakpflanzen sein, die den großen Vorteil haben, dass sie nicht ungewollt auf den Lebensmittelmarkt gelangen. Aktuell forschen Wissenschaftler weltweit an den Möglichkeiten der Tabakpflanzen bei der Produktion von Impfstoffe.

Adjuvantien (Hilfsstoffe)

Als Adjuvantien werden in der Immunologie Hilfsstoffe bezeichnet, die die Wirkung eines Impfstoffes steigern sollen. Oftmals ist ihr Einsatz sogar erforderlich, um eine wirksame Immunantwort des Organismus hervorzurufen.

Ein Problem bei vielen Impfstoffen ist, dass die verwendeten Antigene oftmals nicht ausreichen, um eine effiziente Immunantwort des Körpers zu erzielen. Da sie also alleine nicht wirksam genug sind, müssen sie von bestimmten Hilfsstoffen unterstützt werden. Vor allem für Totimpfstoffe setzt man Adjuvantien ein.

Als Hilfsstoff bei einem Impfstoff gegen Tetanus (Wundstarrkrampf) verwendet man beispielsweise Aluminiumsalz. Dieses sorgt dafür, dass es zu einer gezielten Immunantwort des Organismus kommt. Je kleiner ein Antigen ist, desto mehr benötigt man von dem Hilfsstoff. Bei Lebendimpfstoffen sowie Stoffen aus bakteriellen Ganzkeimen kann dagegen auf den Einsatz von Adjuvantien für eine Immunantwort verzichtet werden.

Vor- und Nachteile von Adjuvantien

Größter Vorteil der Adjuvantien ist, dass sie die Wirksamkeit einer Impfung erhöhen. Allerdings gibt es auch einen Nachteil. So ergaben Studien, dass nach Grippeimpfungen durch die Hilfsstoffe mehr Nebenwirkungen auftraten als bei Impfstoffen ohne Adjuvantien.

So führen die Hilfsstoffe nicht nur zu Verstärkung der Immunantwort, sondern auch zur Steigerung von Impfreaktionen. So kommt es u.a. zu:

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  • Closeup of a doctors hand holding syringe © Yuri Arcurs - www.fotolia.de

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