Der Impfstoff schützt vor Familienmitgliedern des COVID-Virus

Lange bevor COVID-19 das tägliche Leben veränderte, war Wissenschaftlern die Möglichkeit bewusst, dass ein Coronavirus den Sprung von einer Tierart in die menschliche Bevölkerung schaffen könnte.

Wie anders wären die letzten Jahre verlaufen, wenn Arbeitern auf dem Huanan-Markt in Wuhan, China, ein Impfstoff verabreicht worden wäre, der das SARS-CoV-2-Virus blockieren kann – wo Wissenschaftler vermuten, dass ein Marderhund einen Verkäufer infizierte und losging Pandemie, die hat mehr als 6,3 Millionen Menschen getötet um die Welt.

Eine neue Art von Impfstoff, die am Caltech entwickelt wurde, soll neuartige Coronaviren abwehren, noch bevor die Gesundheitsbehörden wissen, dass sie existieren. Bei Tests an Mäusen und Affen trainierte es das Immunsystem der Tiere darauf, acht Viren gleichzeitig zu erkennen – und induzierte eine Immunität gegen Viren, denen sie noch nie begegnet waren.

Das Ergebnisse, veröffentlicht am Dienstag in der Zeitschrift Science, könnte zu einem wirksamen Werkzeug gegen ein Virus führen, das zu schnell mutiert, um mit aktuellen Impfstoffen eingedämmt zu werden. Eine internationale Impfstoffstiftung hat 30 Millionen US-Dollar zugesagt, um mit klinischen Studien des experimentellen Impfstoffs am Menschen zu beginnen.

„Wir hatten in den letzten 20 Jahren drei Pandemien oder Epidemien: zuerst SARS, dann MERS, dann SARS-CoV-2“, sagte der Biochemiker von Caltech Pamela Björkman, der das neue Werk leitete. Weitere Ausbrüche, die durch „Spillover-Ereignisse“ ausgelöst werden, seien unvermeidlich, sagte sie, und „wir wollen uns jetzt vor dem zukünftigen Spillover schützen“.

Dr. A.S. Anton FauciPräsident Bidens Chefberater für die COVID-19-Pandemie, lobte die Forschung als „einen großen konzeptionellen Schritt in Richtung eines Pan-Coronavirus-Impfstoffs“.

„Es ist ein sehr, sehr wichtiger Proof of Concept“, sagte er und merkte an, dass abzuwarten sei, ob es beim Menschen genauso gut funktioniere wie bei Labortieren. „Deshalb machst du das Experiment.“

Der neue Impfstoff blockiert nicht alle Coronaviren, ein ehrgeiziges Ziel, das die Wissenschaft noch nicht erreichen kann. Stattdessen konzentriert es sich auf die als Betacoronaviren bekannte Gruppe, zu der unter anderem diejenigen gehören, die COVID-19, das schwere akute respiratorische Syndrom und das respiratorische Syndrom des Nahen Ostens verursachen.

Anstatt ein Stück inaktivierten Virus oder ein im Labor hergestelltes Molekül zu verwenden, das ein in der Natur vorkommendes Molekül nachahmt, schufen die Caltech-Forscher einen mikroskopisch kleinen Materiefleck, den sie nach Belieben schmücken konnten. Ihr Nanopartikel besteht aus Proteinen mit klebrigen Stückchen auf ihrer Oberfläche, an denen Forscher noch winzigere Stückchen von Viren anheften können.

Das Team testete drei Versionen des Nanopartikels. Einer war mit Stücken von SARS-CoV-2 bedeckt. Eine „Mosaik“-Version enthielt SARS-CoV-2 plus Proben von sieben anderen Coronaviren, darunter eines, das MERS und andere Stämme verursacht, die in Fledermäusen und Schuppentieren gefunden wurden. Der letzte war leer, um als Kontrolle zu dienen.

Bei der Suche nach Virusstücken zum Abschneiden und Anheften konzentrierte sich das Team auf einen Abschnitt des Spike-Proteins, der als Rezeptorbindungsdomäne oder RBD bezeichnet wird. Dies ist der Teil, auf den normalerweise die neutralisierenden Antikörper des Immunsystems abzielen, unabhängig davon, ob sie als Reaktion auf einen Impfstoff oder eine frühere Infektion erzeugt wurden.

Angesichts der Tatsache, dass die RBDs von Betacoronaviren viele gemeinsame Merkmale aufweisen, hofften die Forscher, dass die Mosaikversion das Immunsystem veranlassen würde, sich auf Teile zu konzentrieren, die allen acht Viren gemeinsam sind. Sie theoretisierten weiter, dass der Impfstoff, wenn diese Teile von den meisten oder allen Betacoronaviren gemeinsam genutzt würden, eine Immunantwort auslösen würde, wenn er einem Mitglied der Virusgruppe präsentiert würde – sogar denjenigen, die nicht unter den Proben waren.

Sie hatten Recht.

Bei der Entwicklung ihres Mosaik-Nanopartikels ließen sie SARS-CoV, das Virus, das für das schwere akute Atemwegssyndrom verantwortlich ist, bewusst aus. Wenn der Impfstoff wie beabsichtigt funktionierte, würden mit dem Mosaik-Nanopartikel geimpfte Tiere, die dann SARS-CoV ausgesetzt wurden, eine Immunantwort auslösen.

Sie taten. Tatsächlich hatten die geimpften Mäuse und Affen trotz der Versuche, sie entweder mit SARS-CoV oder SARS-CoV-2 zu infizieren, wenig bis gar kein nachweisbares Virus in ihren Systemen.

„Darüber freuen wir uns sehr“, sagte Björkman.

Bei den Tieren, denen das nackte Nanopartikel injiziert wurde, war das nicht der Fall – sie konnten keine Viren abwehren und starben. Die Tiere, die den Impfstoff nur mit SARS-CoV-2-Stücken erhielten, waren gegen dieses Virus geschützt, hatten aber keinen Schutz gegen andere Coronaviren, und die meisten von ihnen starben ebenfalls.

Wenn der Mosaik-Impfstoff beim Menschen genauso gut wirkt wie bei Tieren, könnte er Schutz vor den uns bekannten Betacoronaviren sowie vor verwandten Viren bieten, die den Sprung zum Menschen noch schaffen müssen.

Diese Aussicht ist vielversprechend, aber alles andere als sicher.

Der nächste Schritt ist eine klinische Phase-1-Studie am Menschen, die erste Hürde, die es zu überwinden gilt, wenn ein neues Medikament oder ein Impfstoff in den USA auf den Markt gebracht werden soll. Sie wird an der Oxford University stattfinden, der Heimat von Bjorkmans Mitarbeitern an dem Projekt, und wird wahrscheinlich dauern mindestens ein Jahr.

Die Koalition für Innovationen zur Vorbereitung auf Epidemien sagte am Dienstag, dass es die Rechnung für die erste Studie bezahlen werde, mit dem Ziel, Beweise dafür zu erbringen, dass der Impfstoff beim Menschen sicher ist.

“Es ist sicherlich ermutigend”, sagte Dr. Paul Offit, Virologe und Immunologe an der University of Pennsylvania. „Aber das sind Tiermodellstudien, und wie unter Wissenschaftlern bekannt ist, lügen Mäuse und übertreiben Affen.“

„Es ist schwierig, universelle Impfstoffe zum Funktionieren zu bringen“, fügte Offit hinzu. „Es ist nicht aus Mangel an Geld. Es ist nicht aus Mangel an Verlangen oder Anstrengung. Es ist nur eine sehr schwierige Sache.“

Dies ist nicht das einzige Team in den USA, das Nanopartikel-Impfstoffe gegen Coronaviren erforscht. Forscher bei Duke University und die Walter Reed Army Institute of Research untersuchen sie auch.

„Diese allgemeinen Ansätze verwenden alle die Rezeptorbindungsdomäne, um starke Antikörperreaktionen hervorzurufen, die das Virus neutralisieren können, sodass sie alle vielversprechend sind“, sagte er Dr. Stanley Perlmannein Virologe und Immunologe an der University of Iowa, der sich auf Betacoronaviren spezialisiert hat.

„Dies ist ein guter Ansatz, basierend auf dem, was wir wissen“, sagte er, „und man muss hoffen, dass er für Viren nützlich ist, die wir noch nicht identifiziert haben.“

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