Impfungen sind die wirksamste medizinische Maßnahme zur Vorbeugung von Viruserkrankungen und können schätzungsweise 2 bis 3 Millionen Todesfälle pro Jahr verhindern. Virale Impfstoffe wirken, indem sie dem Immunsystem Antigene präsentieren, die einen Krankheitserreger nachahmen, und so ein immunologisches Gedächtnis induzieren, das einen schnellen Schutz bei natürlicher Exposition ermöglicht. Die Vielfalt der Impfstoffplattformen spiegelt die unterschiedlichen Herausforderungen wider, die unterschiedliche Viren mit sich bringen, einschließlich Sicherheit, Wirksamkeit, Dauerhaftigkeit des Schutzes und logistische Überlegungen für die weltweite Verteilung.
Lebendimpfstoffe
Abgeschwächte Lebendimpfstoffe enthalten lebende Viren, die durch serielle Passage in Zellkulturen oder durch Gentechnik geschwächt wurden, sodass sie sich beim Menschen schlecht oder gar nicht vermehren und gleichzeitig ihre Immunogenität beibehalten. Diese Impfstoffe induzieren typischerweise nach einer oder zwei Dosen eine starke, dauerhafte Immunität, da sie eine natürliche Infektion nachahmen und sowohl humorale als auch zelluläre Immunantworten, einschließlich CD8+-T-Zell-Reaktionen, stimulieren. Zu den erfolgreichen abgeschwächten Lebendimpfstoffen gehören der Impfstoff gegen Masern, Mumps und Röteln (MMR), der orale Polio-Impfstoff (Sabin), der Gelbfieberimpfstoff (Stamm 17D), der Varizellen-Impfstoff (Windpocken) und der intranasale Grippeimpfstoff (FluMist). Der orale Polioimpfstoff hat wesentlich dazu beigetragen, die Polio nahezu vollständig auszurotten, wobei das wilde Poliovirus Typ 2 im Jahr 2015 und Typ 3 im Jahr 2019 für ausgerottet erklärt wurde. Die größte Sorge bei attenuierten Lebendimpfstoffen ist das Risiko einer Umkehrung der Virulenz, die beim oralen Polioimpfstoff sehr selten auftritt und bei etwa 1 von 2,4 Millionen Dosen impfassoziierte paralytische Polio verursacht. Attenuierte Lebendimpfstoffe sind bei immungeschwächten Personen grundsätzlich kontraindiziert.
Inaktivierte Impfstoffe
Inaktivierte Impfstoffe enthalten Viren, die durch chemische Behandlung (Formaldehyd oder β-Propiolacton) oder Hitze abgetötet wurden, wodurch sie nicht infektiös werden und gleichzeitig die Antigenstruktur erhalten bleiben. Inaktivierte Impfstoffe sind sicherer als Lebendimpfstoffe, da sie sich nicht vermehren oder zur Virulenz zurückkehren können, was sie für immungeschwächte Personen geeignet macht. Sie erfordern jedoch typischerweise mehrere Dosen und Adjuvanzien, um eine schützende Immunität auszulösen, und sie lösen überwiegend humorale (Antikörper-)Reaktionen mit schwächeren T-Zell-Reaktionen im Vergleich zu Lebendimpfstoffen aus. Beispiele hierfür sind der inaktivierte Polio-Impfstoff (Salk), inaktivierte Grippeimpfstoffe, der Tollwutimpfstoff, der Hepatitis-A-Impfstoff und die meisten Ganzviren-COVID-19-Impfstoffe (CoronaVac, Sinopharm). Um die schützenden Antikörperspiegel aufrechtzuerhalten, sind häufig Auffrischungsdosen erforderlich. Inaktivierte Impfstoffe mit ganzen Virionen enthalten den vollständigen Satz viraler Strukturproteine, während es sich bei einigen inaktivierten Präparaten möglicherweise um Spalt- oder Untereinheitsimpfstoffe handelt, die nur ausgewählte Antigenkomponenten enthalten.
Impfstoffe gegen Untereinheiten und virusähnliche Partikel
Subunit-Impfstoffe enthalten gereinigte virale Antigene anstelle des gesamten Virus, wodurch das mit Vollvirus-Impfstoffen verbundene Infektionsrisiko und die Reaktogenität eliminiert werden. Der 1986 erstmals zugelassene Hepatitis-B-Impfstoff war der erste Untereinheitenimpfstoff, der durch rekombinante DNA-Technologie hergestellt wurde und aus dem in Hefezellen produzierten Hepatitis-B-Oberflächenantigen (HBsAg) bestand. Virusähnliche Partikel (VLP)-Impfstoffe sind eine spezielle Klasse von Untereinheiten-Impfstoffen, bei denen sich virale Strukturproteine selbst zu Partikeln zusammenlagern, die die Größe und Struktur nativer Virionen nachahmen, denen aber genetisches Material fehlt, was sie nicht infektiös macht. Bei den Impfstoffen gegen das humane Papillomavirus (HPV) (Gardasil, Cervarix) handelt es sich um VLP-Impfstoffe, die aus rekombinantem L1-Kapsidprotein bestehen, das zu VLPs zusammengesetzt ist. Sie sind hoch immunogen und haben eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei der Vorbeugung von HPV-Infektionen und Gebärmutterhalskrebs gezeigt. Die VLP-Technologie wurde auch bei der Entwicklung von Impfstoffen gegen Hepatitis E, Norovirus und Influenza eingesetzt. Untereinheitenimpfstoffe erfordern typischerweise Adjuvanzien, um die Immunogenität zu erhöhen. Der Hepatitis-B-Impfstoff verwendet Aluminiumsalze (Alaun), während neuere Adjuvanzien wie AS04 (Alaun mit Monophosphoryl-Lipid A) und MF59 (Öl-in-Wasser-Emulsion) in HPV- bzw. Influenza-Impfstoffen verwendet werden.
Virale Vektorimpfstoffe
Virale Vektorimpfstoffe verwenden ein harmloses Virus (den Vektor), um genetisches Material, das das Antigen von Interesse kodiert, in Wirtszellen zu transportieren, wo das Antigen endogen produziert und dem Immunsystem präsentiert wird. Adenovirus-basierte Vektoren gehören zu den am weitesten verbreiteten, darunter das Schimpansen-Adenovirus ChAdOx1, das im COVID-19-Impfstoff von Oxford-AstraZeneca verwendet wird, und das humane Adenovirus Typ 26 (Ad26), das im COVID-19-Impfstoff von Johnson & Johnson verwendet wird. Vesikuläre Stomatitis-Virus (VSV)-Vektoren werden im Ebola-Impfstoff (rVSV-ZEBOV) verwendet, der in klinischen Studien eine Wirksamkeit von 100 % zeigte. Virale Vektoren können starke T-Zell- und Antikörperreaktionen auslösen, und eine bereits bestehende Immunität gegen den Vektor (insbesondere menschliche Adenoviren) kann die Immunogenität des Impfstoffs verringern, eine Einschränkung, die durch die Verwendung seltener Serotypen oder nichtmenschlicher Primaten-Adenoviren behoben wird. Modifizierte Vaccinia Ankara (MVA) und Kanarienpockenvektoren (ALVAC) sind weitere auf Pockenviren basierende Plattformen mit hervorragenden Sicherheitsprofilen, die in in der Entwicklung befindlichen Impfstoffen gegen HIV, Malaria und Tuberkulose verwendet werden.
Nukleinsäure-Impfstoffe
Nukleinsäureimpfstoffe liefern genetisches Material (DNA oder RNA), das das Antigen kodiert, direkt an Wirtszellen und nutzen dabei die zelluläre Maschinerie, um das Antigen in situ zu produzieren. Boten-RNA-Impfstoffe (mRNA), die während der COVID-19-Pandemie in beispielloser Geschwindigkeit validiert wurden, bestehen aus synthetischer mRNA, die das virale Antigen kodiert und in Lipid-Nanopartikeln (LNPs) zur Abgabe und zum Schutz vor Nukleasen eingekapselt ist. Die COVID-19-Impfstoffe Pfizer-BioNTech (BNT162b2) und Moderna (mRNA-1273) erreichten in klinischen Studien eine Wirksamkeit von über 90 % und wurden Milliarden von Menschen weltweit verabreicht. mRNA-Impfstoffe bieten mehrere Vorteile: Sie können schnell allein auf der Grundlage genomischer Sequenzinformationen entwickelt und hergestellt werden, sie werden vollständig in zellfreien Systemen hergestellt und sie integrieren sich nicht in das Wirtsgenom. Modifizierte Nukleoside (wie N1-Methylpseudouridin) reduzieren die Wahrnehmung des angeborenen Immunsystems und verbessern die Translation. Die LNP-Formulierung ist entscheidend für die Abgabe, Stabilität und Immunogenität. DNA-Impfstoffe bestehen aus Plasmid-DNA, die das Antigen kodiert, durch Elektroporation oder nadelfreie Injektion verabreicht wird und eine höhere Stabilität als mRNA, aber im Allgemeinen eine geringere Immunogenität beim Menschen bietet.
Impfstrategien und Herdenimmunität
Impfstrategien zielen darauf ab, eine Herdenimmunität zu erreichen, also die Schwelle, bei der ein ausreichender Anteil der Bevölkerung immun ist, sodass die Übertragung unterbrochen wird, und selbst ungeimpfte Personen durch eine verringerte Zirkulation von Krankheitserregern zu schützen. Die Herdenimmunitätsschwelle hängt von der Basisreproduktionszahl (R₀) des Erregers und der Wirksamkeit des Impfstoffs ab und setzt bei Masern (R₀ = 12–18) voraus, dass etwa 95 % der Bevölkerung immun sind. Routinemäßige Impfprogramme für Kinder bilden die Grundlage für Impfungen im öffentlichen Gesundheitswesen und erreichen eine hohe Abdeckung von Krankheiten wie Masern, Polio, Diphtherie, Tetanus, Keuchhusten und Hepatitis B. Auffrischungsdosen sind erforderlich, wenn die Immunität mit der Zeit nachlässt oder wenn Antigenvariationen das Entweichen von Krankheitserregern ermöglichen, wie etwa bei saisonalen Grippeimpfstoffen, die jährlich aktualisiert werden, um den zirkulierenden Stämmen gerecht zu werden. Die mütterliche Impfung, bei der schwangere Frauen geimpft werden, um sich selbst zu schützen und schützende Antikörper auf das Neugeborene zu übertragen, ist wirksam gegen Influenza, Keuchhusten und neuerdings auch gegen RSV. Die Ringimpfung, eine gezielte Impfung von Kontaktpersonen bestätigter Fälle, wurde erfolgreich zur Ausrottung der Pocken und zur Bekämpfung des Ebola-Ausbruchs eingesetzt.
