Mögliches Universalvakzin: Einmal sprühen und vor allen Atemwegsinfekten geschützt?

Ergebnisse einer experimentellen Studie an Mäusen deuten darauf hin, dass ein potenzieller neuer Impfstoff vor einer ganzen Reihe respiratorischer Krankheitserreger schützen könnte. Dabei halte seine Wirkung lange an, berichten Forschende.

Ein universeller Impfstoff, der vor allen respiratorischen Krankheitserregern schützt, ist so etwas wie der Heilige Gral auf dem Gebiet der medizinischen Forschung. Wissenschaftler aus den USA glauben nun, auf der Suche danach einen Schritt nach vorn gemacht zu haben.

Das Forscherteam war von seinem Forschungserfolg selbst überrascht. In einer Untersuchung an Mäusen entwickelte es eine universelle Impfstoff-Formel, die vor einer Vielzahl von Atemwegsviren, Bakterien und sogar Allergenen schützen soll. Das Vakzin wird intranasal verabreicht und soll laut den Wissenschaftlern mehrere Monate lang einen umfassenden Schutz der Lunge bieten.

Die Studie wurde im Februar in „Science“ publiziert und zeigt, dass mit dem neu entwickelten Vakzin geimpfte Mäuse vor SARS-CoV-2 und anderen Coronaviren sowie vor Staphylococcus aureus und Acinetobacter baumannii und Hausstaubmilben geschützt waren. Tatsächlich habe der neue Impfstoff bei einem bemerkenswert breiten Spektrum getesteter Atemwegsinfektionen Wirkung gezeigt, berichtet Prof. Bali Pulendran, Immunologe an der Stanford Medicine und Seniorautor der Arbeit.

Eine Utopie könnte Wirklichkeit werden

Nach Aussage der Wissenschaftler unterscheidet sich der neue Impfstoff von allen bisher verwendeten. Seit Ende des 18. Jahrhunderts basieren alle Impfstoffe auf demselben Grundprinzip: der Antigen-Spezifität. „Antigenspezifische Impfstoffe versagen jedoch, wenn ein Erreger mutiert oder neue Erreger auftreten – der Grund für regelmäßige Auffrischungsimpfung beispielsweise gegen SARS-CoV-19 oder Influenza“, sagt Pulendran und betont: „Es wird immer deutlicher, dass viele Erreger schnell mutieren können. Wie der sprichwörtliche Leopard, der seine Flecken ändert, kann ein Virus die Antigene auf seiner Oberfläche verändern.“

Die meisten Versuche, einen Universalimpfstoff zu entwickeln, verfolgen das bescheidene Ziel, Immunität gegen eine ganze Virusfamilie zu erzeugen. Sie ahmen dafür evolutionär konservierte Virusbestandteile nach, die weniger wahrscheinlich mutieren. Ein wirklich universeller Impfstoff, der gegen verschiedenste Krankheitserreger wirksam ist, schien bislang eine Utopie zu sein. „Wir waren von dieser Idee fasziniert, weil sie etwas gewagt klang“, gibt Pulendran zu. „Ich glaube, niemand hatte ernsthaft in Erwägung gezogen, dass so etwas jemals möglich sein könnte.“

Was das Universalvakzin  unterscheidet

Der neue Impfstoff versucht nicht, einen Teil eines Krankheitserregers nachzuahmen. Stattdessen imitiert er die Signale, über die Immunzellen im Verlauf einer Infektion miteinander kommunizieren. Diese neuartige Strategie integriert die beiden Zweige der Immunität – die angeborene und die adaptive – und schafft so einen Rückkopplungsmechanismus, der eine breite Immunantwort aufrechterhält.

Das adaptive Immunsystem ist der Hebel der aktuellen Impfstoffe. Es produziert spezialisierte Substanzen wie Antikörper und T-Zellen, die spezifische Krankheitserreger angreifen und sich diese über Jahre hinweg merken. Das angeborene Immunsystem, das innerhalb von Minuten nach einer Infektion aktiv wird, hat bisher weniger Beachtung gefunden. Der Grund: Es ist in der Regel nur wenige Tage aktiv, bevor es dem adaptiven Immunsystem Platz macht.

Pulendrans Team war fasziniert von der Vielseitigkeit des angeborenen Immunsystems, das aus Generalisten (wie dendritischen Zellen, Neutrophilen und Makrophagen) besteht, die alles zerstören, was als Krankheitserreger eingestuft wird. „Das Bemerkenswerte am angeborenen System ist, dass es vor einer Vielzahl verschiedener Mikroben schützen kann“, betont Pulendran. Die angeborene Immunität sei zwar kurzlebig, biete aber einen nahezu universellen Schutz.

Monatelang anhaltender Kreuzschutz

Es gab schon lange Hinweise darauf, dass die angeborene Immunität unter bestimmten Umständen länger anhalten kann. Das am besten untersuchte Beispiel ist der BCG-Impfstoff (Bacillus Calmette-Guérin) gegen Tuberkulose, der jährlich etwa 100 Millionen Neugeborenen verabreicht wird. Epidemiologische und klinische Studien haben gezeigt, dass er die Säuglingssterblichkeit aufgrund anderer Infektionen senken kann, was darauf hindeutet, dass der Kreuzschutz monatelang anhalten könnte. Das Phänomen tritt jedoch nicht einheitlich auf, und welche Mechanismus dahintersteckt, war lange ein Rätsel.

Im Jahr 2023 veröffentlichte Pulendrans Team Ergebnisse aus einer Untersuchung an Mäusen, die den Mechanismus aufklärte. Wie andere Impfstoffe löste auch der Tuberkuloseimpfstoff bei den Mäusen sowohl eine angeborene als auch eine adaptive Immunantwort aus. Ungewöhnlicherweise hielt die angeborene Immunantwort in Pulendrans Studie jedoch mehrere Monate an. Die Forschenden entdeckten, dass die im Rahmen der adaptiven Immunantwort in die Lunge rekrutierte T-Zellen Signale an das angeborene Immunsystem aussandten.

„Diese T-Zellen lieferten ein entscheidendes Signal, um die Aktivierung des angeborenen Immunsystems aufrechtzuerhalten. Normalerweise hält diese Aktivierung einige Tage bis eine Woche an, in diesem Fall waren es jedoch bis zu drei Monate“, erklärte Pulendran. Die Wissenschaftler konnten belegen, dass die Mäuse, solange die angeborene Immunantwort aktiv blieb, vor SARS-CoV-2 und anderen Coronavirus-Infektionen geschützt waren. Die Forschenden identifizierten die von den T-Zellen ausgesendeten Signale als Zytokine, die sogenannte Toll-like-Rezeptoren (TLR) auf Zellen des angeborenen Immunsystems aktivieren.

„In der damaligen Studie spekulierten wir, dass es – da wir nun wissen, wie der Tuberkuloseimpfstoff seine kreuzprotektive Wirkung vermittelt – möglich sein könnte, einen synthe­tischen Impfstoff (vielleicht ein Nasenspray) zu entwickeln, der die richtige Kombination aus TLR-Stimuli und einem Antigen enthält, um die T-Zellen in die Lunge zu bringen“, erläutert Pulendran. „Zweieinhalb Jahre später haben wir gezeigt, dass genau das, was wir vermuteten, bei Mäusen realisierbar ist.“

Impfung mit Doppelwirkung

Der neue Impfstoff, vorläufig als GLA-3M-052-LS+OVA bezeichnet, ahmt die T-Zell-Signale nach, die angeborene Immunzellen in der Lunge direkt stimulieren. Er enthält außerdem ein harmloses Antigen, ein Eiprotein namens Ovalbumin (OVA), das T-Zellen in die Lunge lockt, um die angeborene Immunantwort über Wochen bis Monate aufrechtzuerhalten.

In der Studie wurden den Mäusen ein Tropfen des Impfstoffes in die Nase appliziert. Einige der Tiere erhielten mehrere Dosen im Abstand von einer Woche. Anschließend wurde jede Maus einem bestimmten Atemwegsvirus ausgesetzt. Mit drei Impfdosen waren die Mäuse mindestens drei Monate lang gegen SARS-CoV-2 und andere Coronaviren geschützt.

Bei ungeimpften Mäusen verursachten diese Viren einen dramatischen Gewichtsverlust und häufig den Tod. Ihre Lungen waren entzündet und voller Viren. Geimpfte Mäuse verloren deutlich weniger Gewicht und überlebten alle – zudem waren ihre Lungen nahezu virusfrei. Der Impfstoff versetze Virusinfektionen einen „Doppelschlag, so Pulendran: Die verlängerte angeborene Immunantwort reduziert die Virusmenge in der Lunge um das 700-Fache. Viren, die diese erste Abwehr durchbrechen, werden in der Lunge mit einer schnellen adaptiven Immunantwort konfrontiert.

„Das Immunsystem der Lunge ist so wachsam, dass es die ty­pischen adap­tiven Immunantworten – virusspezi­fische T-Zellen und Antikörper – innerhalb von nur drei Tagen auslösen kann. Das ist eine außergewöhnlich kurze Zeitspanne“, merkt Pulendran an. „Normalerweise dauert es bei einer ungeimpften Maus zwei Wochen.“

Begeistert von der Fähigkeit des Impfstoffes, verschiedene Arten von Virusinfektionen abzuwehren, weiteten die Forscher ihre Tests auf bakterielle Atemwegsinfektionen, S. aureus und A. baumannii aus. Auch gegen diese Erreger waren die geimpften Mäuse etwa drei Monate lang geschützt. „Dann fragten wir uns: ‚Was könnte sonst noch in die Lunge gelangen?‘“ Die Antwort lautete natürlich: „Allergene.“

Pulendran und seine Mitforschenden setzten die Mäuse einem Protein der Hausstaubmilbe aus. Ungeimpfte Mäuse zeigten eine starke Th2-Antwort und Mukusansammlungen in ihren Atemwegen. Der Impfstoff unterdrückte die Th2-Antwort, und die Atemwege der geimpften Mäuse blieben frei.

Marktreif in fünf bis sieben Jahren?

„Ich denke, wir haben einen univer­sellen Impfstoff gegen verschiedene Atemwegserkrankungen entwickelt“, bilanziert Pulendran. Die Forschenden hoffen, den Impfstoff als Nächstes an Menschen testen zu können: zunächst in einer Phase-I-Sicherheitsstudie und anschließend, bei Erfolg, in einer ­größeren Studie, in der geimpfte Personen Infektionen ausgesetzt werden. Pulendran geht davon aus, dass zwei Dosen eines Nasensprays ausreichen würden, um Menschen zu schützen.

Im besten Fall, bei ausreichender Finanzierung, schätzt Pulendran, dass ein universeller Atemwegsimpfstoff in fünf bis sieben Jahren verfügbar sein könnte. Er könnte ein Bollwerk gegen neue Pandemien darstellen und saisonale Impfungen vereinfachen, gibt sich der Wissenschaftler überzeugt.

„Stellen Sie sich vor, Sie bekämen im Herbst ein Nasenspray, das Sie vor allen Atemwegsviren schützt, einschließlich SARS-CoV-2, Influenza, respiratorische Synzytialviren und der herkömmlichen Erkältung, sowie vor bakterieller Lungenentzündung und Frühjahrsallergenen“, sagt Pulendran. „Das würde die Medizin revolutio­nieren.“

(ac)