Impfstoff

Hintergrund

Die Entwicklung von Impfstoffen zum Schutz vor Viruserkrankungen ist eines der Markenzeichen der modernen Medizin. Der erste Impfstoff wurde 1796 von Edward Jenner hergestellt, um Schutz vor Pocken zu bieten. Jenner bemerkte, dass Milchmädchen, die an Kuhpocken, einer relativ harmlosen Infektion, erkrankt waren, resistent gegen Pocken zu sein schienen, eine Krankheit des Menschen, die regelmäßig epidemische Ausmaße mit extrem hoher Sterblichkeitsrate erreichte.

Jenner stellte (richtig) die Theorie auf, dass Kuhpocken, eine Tierkrankheit, den Pocken ähnlich war. Er kam zu dem Schluss, dass die menschliche Reaktion auf eine Injektion des Kuhpockenvirus den menschlichen Körper irgendwie lehren würde, auf beide Viren zu reagieren, ohne schwere Krankheiten oder den Tod zu verursachen. Heute ist die Pocken vollständig ausgerottet. Es gibt nur zwei gefrorene Proben dieses virulenten Virus (eine in den Vereinigten Staaten, die andere in Russland), und seit Mitte 1995 gibt es ernsthafte wissenschaftliche Debatten darüber, ob die Proben vernichtet oder für weitere Laboruntersuchungen aufbewahrt werden sollen.

Ein Virus ist ein kleines Stück RNA (Ribonukleinsäure) und/oder DNA (Desoxyribonukleinsäure), das Material in allen lebenden Zellen, das die Zelle anweist, zu wachsen und sich zu vermehren. Viren können sich nicht selbst vermehren, sondern nur, indem sie den Zellkern einer Wirtszelle übernehmen und die Zelle anweisen, weitere Viren herzustellen. Wenn ein Virus erfolgreich in einen Organismus eindringt, übernimmt es den Zellwachstumsprozess im Wirt.

Unter normalen Umständen reagiert der menschliche Körper auf verschiedene Weise auf eine Virusinvasion. Eine generalisierte Immunität gegen ein Virus kann von den Zellen im Körper entwickelt werden, die Ziele einer Virusinvasion sind. In dieser Situation wird verhindert, dass Viren Zugang zu Wirtszellen erhalten. Ein häufigerer Schutz ist die Fähigkeit des Körpers, Blut- und Lymphzellen zu entwickeln, die die Wirksamkeit des eindringenden Virus zerstören oder einschränken. Häufig wird ein infizierter menschlicher Körper "lernen", wie er in Zukunft auf ein bestimmtes Virus reagieren soll, so dass eine einzelne Infektion, insbesondere durch ein relativ gutartiges Virus, dem Körper normalerweise beibringt, wie er auf zusätzliche Invasionen desselben Virus reagieren soll. Die Erkältung zum Beispiel wird durch einen von mehreren hundert Viren verursacht. Nach der Genesung von einer Erkältung sind die meisten Menschen resistent gegen das jeweilige Virus, das die jeweilige Erkältung verursacht hat, obwohl ähnliche Erkältungsviren immer noch ähnliche oder identische Symptome verursachen. Bei einigen harmlosen Viren kann eine Person sogar eine Immunität entwickeln, ohne sichtbar zu erkranken.

Virusfamilien

Es gibt normalerweise mehrere Variationen oder Stämme eines bestimmten Virus. Abhängig von der Anzahl der Sorten kann ein Biologe Viren als Typen oder Stämme einteilen. Impfstoffe werden häufig aus mehr als einer Gruppe verwandter Viren hergestellt; eine präventive Reaktion auf die multivalente Impfung führt wahrscheinlich zu einer Immunität gegen fast alle Varianten der Gruppe oder zumindest gegen die Varianten, denen eine Person wahrscheinlich begegnen wird. Die Auswahl der spezifischen Mitglieder der Gruppe, die in einem Impfstoff verwendet werden sollen, wird mit größter Sorgfalt und Überlegung getroffen.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Herstellung eines Antivirus-Impfstoffs ist heute selbst nach den mühsamen ein komplizierter Prozess Aufgabe der Entwicklung eines potenziellen Impfstoffs im Labor. Der Wechsel von der Herstellung eines potenziellen Impfstoffs in kleinen Mengen zur Herstellung von Gallonen eines sicheren Impfstoffs in einer Produktionssituation ist dramatisch, und ein einfaches Laborverfahren ist möglicherweise nicht für eine "Scale-Up"-Situation geeignet.

Der Samen

• 1 Die Herstellung beginnt mit kleinen Mengen eines bestimmten Virus (oder Samens). Das Virus muss frei von Verunreinigungen sein, einschließlich anderer ähnlicher Viren und sogar Variationen desselben Virustyps. Außerdem muss das Saatgut unter "idealen" Bedingungen aufbewahrt werden, normalerweise gefroren, um zu verhindern, dass das Virus stärker oder schwächer wird als gewünscht. In kleinen Glas- oder Plastikbehältern aufbewahrt, ergeben nur 5 oder 10 Kubikzentimeter kleine Mengen, die aber Tausende, wenn nicht Millionen Viren enthalten, schließlich mehrere Hundert Liter Impfstoff. Gefrierschränke werden bei bestimmten Temperaturen gehalten; Diagramme und/oder Zifferblätter außerhalb des Gefrierschranks zeichnen die Temperatur kontinuierlich auf. Sensoren lösen akustische Alarmsignale und/oder Computeralarme aus, wenn die Gefriertemperatur außerhalb des zulässigen Bereichs liegt.

Den Virus wachsen lassen

• 2 Nach dem Auftauen und Erwärmen des Saatvirus unter sorgfältig festgelegten Bedingungen (dh bei Raumtemperatur oder in einem Wasserbad) wird die kleine Menge Viruszellen in eine "Zellfabrik" gebracht, eine kleine Maschine, die mit dem die Zugabe eines geeigneten Mediums ermöglicht die Vermehrung der Viruszellen. Jeder Virustyp wächst am besten in einem für ihn spezifischen Medium, das in Laborverfahren vor der Herstellung etabliert wurde, aber alle enthalten Proteine ​​von Säugetieren in der einen oder anderen Form, wie beispielsweise gereinigtes Protein aus Kuhblut. Das Medium enthält auch andere Proteine ​​und organische Verbindungen, die die Vermehrung der Viruszellen fördern. Für das Virus ist das Medium in einer Zellfabrik ein Wirt für die Reproduktion. Vermischt mit dem geeigneten Medium, bei geeigneter Temperatur und mit einer vorbestimmten Zeitdauer vermehren sich Viren.
• 3 Neben der Temperatur müssen andere Faktoren überwacht werden, einschließlich des pH-Werts der Mischung. Der pH-Wert ist ein Maß für Säure oder Basizität, gemessen auf einer Skala von 0 bis 14, und die Viren müssen innerhalb der Zellfabrik auf einem definierten pH-Wert gehalten werden. Einfaches Wasser, das ist weder sauer noch basisch (neutral) hat einen pH-Wert von 7. Obwohl der Behälter, in dem die Zellen wachsen, ist nicht sehr groß (vielleicht die Größe eines 4-8-Quart-Topfs), es gibt eine beeindruckende Anzahl von Ventilen, Schläuchen und Sensoren, die daran angeschlossen sind. Sensoren überwachen pH und Temperatur, und es gibt verschiedene Anschlüsse für die Zugabe von Medien oder Chemikalien wie Sauerstoff zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes, Entnahmestellen für Proben für die mikroskopische Analyse und sterile Anordnungen für die Zugabe der Komponenten der Zellfabrik und die Entnahme des Zwischenprodukts, wenn es ist bereit.
• 4 Das Virus aus der Zellfabrik wird dann vom Medium getrennt und zum weiteren Wachstum in ein zweites Medium gegeben. Frühe Methoden vor 40 oder 50 Jahren verwendeten eine Flasche, um die Mischung zu halten, und das resultierende Wachstum bestand aus einer einzigen Virusschicht, die auf dem Medium schwamm. Es stellte sich bald heraus, dass, wenn die Flasche während des Wachstums der Viren gedreht wurde, noch mehr Viren produziert werden konnten, da eine Virusschicht auf allen Innenflächen der Flasche wuchs. Eine wichtige Entdeckung in den 1940er Jahren war, dass das Zellwachstum durch die Zugabe von Enzymen zu einem Medium stark stimuliert wird, von denen das am häufigsten verwendete Trypsin ist. Ein Enzym ist ein Protein, das auch als Katalysator bei der Ernährung und dem Wachstum von Zellen fungiert.

  In der gegenwärtigen Praxis werden Flaschen überhaupt nicht verwendet. Das wachsende Virus wird in einem Behälter aufbewahrt, der größer ist als die Zellfabrik, aber mit "Perlen" vermischt, in der Nähe von mikroskopisch kleinen Partikeln, an die sich die Viren anheften können. Die Verwendung der Kügelchen versieht das Virus mit einer viel größeren Fläche, an der es sich anheften kann, und folglich ein viel größeres Viruswachstum. Wie in der Zellfabrik werden Temperatur und pH-Wert streng kontrolliert. Die Zeit, die für das Wachstum des Virus aufgewendet wird, variiert je nach Art des produzierten Virus und ist in jedem Fall ein streng gehütetes Geheimnis des Herstellers.

Trennung

• 5 Wenn eine ausreichende Anzahl von Viren vorhanden ist, werden sie auf eine oder mehrere Arten von den Kügelchen getrennt. Die Brühe könnte durch einen Filter mit Öffnungen gepresst werden, die groß genug sind, um die Viren durchzulassen, aber klein genug, um die Kügelchen am Durchtritt zu hindern. Die Mischung kann mehrmals zentrifugiert werden, um das Virus von den Kügelchen in einem Behälter zu trennen, aus dem sie dann abgezogen werden können. Eine weitere Alternative könnte darin bestehen, die Perlenmischung mit einem anderen Medium zu fluten, das das Virus von den Perlen wäscht.

Auswahl der Sorte

Der letztendliche Impfstoff wird entweder aus einem abgeschwächten (abgeschwächten) Virus oder einem abgetöteten Virus bestehen. Die Wahl des einen oder anderen hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Wirksamkeit des resultierenden Impfstoffs und seiner sekundären Wirkungen. Der Ru-Impfstoff, der fast jedes Jahr als Reaktion auf neue Varianten des verursachenden Virus entwickelt wird, ist immer ein abgeschwächter Impfstoff. Die Virulenz eines Virus kann die Wahl bestimmen; Tollwutimpfung zum Beispiel ist immer ein Totimpfstoff.

• 6 Wenn der Impfstoff abgeschwächt ist, wird das Virus normalerweise abgeschwächt, bevor es den Produktionsprozess durchläuft. Sorgfältig ausgewählte Stämme werden in verschiedenen Medien wiederholt kultiviert (gezüchtet). Es gibt Virenstämme, die mit zunehmendem Wachstum stärker werden. Diese Stämme sind für einen attenuierten Impfstoff eindeutig unbrauchbar. Andere Stämme werden zu schwach, wenn sie wiederholt kultiviert werden, und auch diese sind für die Verwendung im Impfstoff nicht akzeptabel. Wie der Haferbrei, der Stuhl und das Bett, die Goldlöckchen mochten, sind nur einige Viren "genau richtig", erreichen einen Grad an Abschwächung, der sie für die Verwendung von Impfstoffen akzeptabel macht, und ändert sich nicht in ihrer Stärke. Die neuere molekulare Technologie hat die Abschwächung lebender Viren durch molekulare Manipulation ermöglicht, aber diese Methode ist noch selten.
• 7 Das Virus wird dann von dem Medium getrennt, in dem es gezüchtet wurde. Impfstoffe, die (wie die meisten) von mehreren Typen sind, werden vor dem Verpacken kombiniert. Die einem Patienten tatsächlich verabreichte Menge an Impfstoff ist im Vergleich zu dem Medium, in dem er verabreicht wird, relativ gering. Entscheidungen darüber, ob beispielsweise Wasser, Alkohol oder eine andere Lösung für einen injizierbaren Impfstoff verwendet werden sollen, werden nach wiederholten Tests auf Sicherheit, Sterilität und Stabilität getroffen.

Qualitätskontrolle

Um sowohl die Reinheit des Impfstoffs als auch die Sicherheit der Arbeiter, die den Impfstoff herstellen und verpacken, zu schützen, werden während des gesamten Verfahrens die Bedingungen der Laborsauberkeit eingehalten. Alle Übertragungen von Viren und Medien werden unter sterilen Bedingungen durchgeführt und alle verwendeten Instrumente werden in einem Autoklaven sterilisiert (eine Maschine, die Organismen durch Hitze tötet und die so klein wie ein Schmuckkästchen oder so groß wie ein Aufzug sein kann). vor und nach dem Gebrauch. Arbeiter, die die Verfahren durchführen, tragen Schutzkleidung, die Einweg-Tyvek-Kittel, Handschuhe, Stiefeletten, Haarnetze und Gesichtsmasken umfasst. Die Fertigungsräume selbst sind speziell klimatisiert, damit die Luft möglichst partikelfrei ist.

Der Genehmigungsprozess

Damit verschreibungspflichtige Medikamente in den USA verkauft werden können, muss ein Arzneimittelhersteller strenge gesetzliche Zulassungsanforderungen erfüllen und von der Food and Drug Administration (FDA) durchgesetzt werden.

Alle verschreibungspflichtigen Medikamente müssen drei Testphasen durchlaufen, obwohl Daten aus der zweiten Phase manchmal verwendet werden können, um die Anforderungen der dritten Phase zu erfüllen. Phase-1-Tests müssen beweisen, dass ein Arzneimittel sicher ist oder zumindest keine unerwünschten oder unerwarteten Wirkungen bei seiner Verabreichung auftreten. Wenn ein Medikament die Phase-I-Tests besteht, muss es als nächstes auf Wirksamkeit getestet werden – es muss tun, was es tun soll; Medikamente dürfen nicht verkauft werden, die nutzlos sind oder eine Wirkung beanspruchen, die sie nicht hat. Schließlich sollen Phase-III-Tests die Wirksamkeit eines Arzneimittels oder Arzneimittels quantifizieren. Obwohl von Impfstoffen eine Wirksamkeit von nahezu 100 % erwartet wird, können bestimmte Medikamente auch bei begrenzter Wirksamkeit akzeptabel sein, solange der verschreibende Arzt die Chancen kennt.

Der gesamte Herstellungsprozess wird von der FDA sorgfältig überprüft, die Protokolle der Verfahren überprüft und den Herstellungsstandort selbst besucht. Jeder Schritt im Herstellungsprozess muss dokumentiert werden, und der Hersteller muss einen „State of Control“ für den Herstellungsprozess nachweisen. Dies bedeutet, dass für jeden Schritt des Prozesses genaue Aufzeichnungen geführt werden müssen und es für jeden Schritt des Prozesses schriftliche Anweisungen geben müssen. Außer bei schwerwiegenden Fehlern bestimmt die FDA nicht, ob jeder Schritt in einem Prozess korrekt ist, sondern nur, dass er sicher ist und ausreichend dokumentiert ist, um gemäß den Herstellervorgaben durchgeführt zu werden.

Die Zukunft

Die Herstellung eines verwendbaren, sicheren antiviralen Impfstoffs umfasst eine Vielzahl von Schritten, die leider nicht immer für jedes einzelne Virus durchgeführt werden können. Es gibt noch viel zu tun und zu lernen. Die neuen Methoden der molekularen Manipulation haben mehr als einen Wissenschaftler zu der Annahme veranlasst, dass die Impfstofftechnologie erst jetzt in ein "goldenes Zeitalter" eintritt. Verfeinerungen bestehender Impfstoffe sind in Zukunft möglich. Tollwut-Impfstoff erzeugt zum Beispiel Nebenwirkungen, die den Impfstoff für eine Massenimmunisierung unbefriedigend machen; In den Vereinigten Staaten wird der Tollwutimpfstoff heute nur noch bei Patienten eingesetzt, die sich bei einem infizierten Tier mit dem Virus infiziert haben und die ohne Impfung wahrscheinlich die tödliche Krankheit entwickeln werden.

Das HIV-Virus, von dem Biologen glauben, dass es AIDS verursacht, ist derzeit für traditionelle Methoden der Impfstoffherstellung nicht zugänglich. Das AIDS-Virus mutiert schnell von einem Stamm zum anderen, und ein bestimmter Stamm scheint keine Immunität gegen andere Stämme zu verleihen. Außerdem kann weder im Labor noch bei Versuchstieren eine begrenzte immunisierende Wirkung von abgeschwächten oder abgetöteten Viren nachgewiesen werden. Es wurde noch kein HIV-Impfstoff entwickelt.