DNA-Impfstoff

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DNA-Impfstoffe (englisch DNA vaccines) bezeichnen Impfstoffe, die statt eines Eiweißbestandteils (Antigens) eines Krankheitserregers ausschließlich Teile dessen Genoms mit der genetischen Information für den Bauplan des jeweiligen Antigens in Form von DNA enthalten.[1] Diese Art der Impfung wird auch DNA-Vakzinierung genannt.[2] Es gibt bis heute in Deutschland und weltweit noch keine zugelassenen DNA-Impfstoffe im Humanbereich.[1]

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Träger für die genetische Information ist in der Regel ein ringförmiges DNA-Molekül (Plasmid), das in ungefährlichen Bakterien unter kontrollierten Bedingungen hergestellt wird[1] und im Impfstoff als flüssige Nanopartikel (Fetttröpfchen) enthalten ist.[3][4] Zum Überwinden der Zellmembran und Eindringen in die Zellen der geimpften Personen mittels Endozytose bindet das Nanopartikel zunächst an die Zellmembran, die danach über die Partikeloberfläche spreitet, bis sie das Nanopartikel vollständig umhüllt hat.[5] Nach dem dann folgenden Eindringen des Nanopartikels in die Zellen des Impflings wird das Gen des Erregers dort exprimiert, und das entstandene Erregerprotein wird anschließend in der Zelle zu Peptiden proteolysiert, welche an MHC I und in geringem Umfang auch an MHC II präsentiert werden. Membranproteine werden (zusätzlich zur MHC-Präsentation der Peptide) an der Zelloberfläche präsentiert. Durch diesen Vorgang wird auf zellulärer Ebene eine symptomfreie Infektion im Wirtskörper simuliert, die eine Immunantwort auslöst.

DNA-Impfstoffe können intramuskulär injiziert oder bioballistisch verabreicht werden. Für DNA-Impfungen werden nadelfreie Injektionssysteme entwickelt: Dabei wird die DNA an Goldpartikel gebunden und in den Muskel durch eine Impfpistole injiziert.[2] Bei der Injektion in das Muskelgewebe konnte eine höhere Expressionsrate als in anderen Gewebetypen festgestellt werden. Es wird vermutet, dass die Struktur der Muskelzellen dabei eine Rolle spielt.[6] Mögliche weitere nadelfreie Verabreichungsmethoden sind selbstklebende Pflaster, die mit antigen-kodierenden Plasmiden beschichtet sind, oder der Einsatz elektrischer Impulse zur Stimulierung der Aufnahme des Wirkstoffs in das Gewebe.[7]

Die Hauptvorteile dieser Technik gegenüber einer Impfung mit gereinigten oder rekombinanten Antigenen liegen in der einfachen und sehr kostengünstigen[2] Herstellung per Fermentation, der biologischen und chemischen Stabilität, der einfachen Anpassung der Impfstoffe sowie einer Aktivierung der zellulären Immunität. Außerdem könnten Massenimpfungen sicherer und schneller durchgeführt werden.[2] Zudem können Sequenzen pro-inflammatorischer Zytokine (z. B. IL-2 oder GM-CSF) in die Plasmide eingebaut werden bzw. in einem zusätzliches Plasmid enthalten sein, welche dann exprimiert werden.[2][8] Dies verbessert den Effekt der Immunisierung.[8]

Als denkbare Nachteile gelten die schlechte Immunantwort ohne mitexprimierter Zytokine. Außerdem enthält die eingebaute DNA starke Promotoren.[2] Eine mögliche Maßnahme, um zufällige Insertionen zu verhindern, sind RNA-Impfstoffe. Die Proteine sollen direkt aus der mRNA hergestellt werden.

Entwicklungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die ersten DNA-Impfstoffe wurden an HIV-positiven Patienten getestet, weitere Tests fanden an Gesunden statt, um Impfstoffe gegen HIV zu testen. Obschon die Immunantwort im Menschen eher schwach ausfällt, zeigte sich in Verwendung mit rekombinanten Vektoren und Hilfsstoffen eine Schutzwirkung in Primaten.

Neben HIV-Impfstoffen wird auch verstärkt nach Influenza-Vakzinen geforscht. 2002 stellten Forscher die Vermutung auf, dass DNA-Impfungen eine erste Maßnahme gegen Influenza-A/H5N1-Stämme mit hoher Letalität bilden könnten, stellten jedoch auch fest, dass die DNA-Impfung allein nur einen sehr beschränkten Schutz gegen den für Mäuse pandemischen HK/483-Stamm boten.[9] In der Tiermedizin starteten die ersten Versuche der DNA-Impfung 1993 bei Geflügel, getestet wurde der Effekt auf Geflügelpest.[10] Dort gibt es mittlerweile eine DNA-Impfung gegen die Vogelgrippe H5N1 bei Hühnern.[10]

Zur oralen Impfung von Bienen gegen die Varroa-Milbe wurde ein DNA-Impfstoff entwickelt,[11] eine praktische Anwendung ist jedoch nicht bekannt (Stand Mai 2020).

In klinischer Prüfung befindet sich auch DNA-Impfstoffkandidaten zur Behandlung verschiedener Tumoren, wie z. B. Zervix- oder Kopf-Hals-Karzinome.[12]

Das amerikanische Unternehmen Inovio ist dabei, einen DNA-Impfstoff gegen SARS-CoV-2 zu entwickeln.[13], aber bislang gibt es weltweit noch keine zugelassenen DNA-Impfstoffe (Stand 2021).[1]

Abgrenzung zu Impfungen mit Vektorviren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Möglichkeit der Impfung kann auch das Einbringen der DNA mittels eines viralen Vektors sein. Der virale Vektor ist dabei nicht der zu bekämpfende Erreger selbst, sondern ein Trägervirus (Vektor), in den die Antigen-DNA des Erregers eingebaut wurde. Als Trägerviren werden unter anderem abgeschwächte Adenoviren verwendet, die nicht humanpathogen sind. Teilweise wird für diese Form der DNA-Einbringung der Begriff "DNA-basiert" (engl. "DNA-based")[14] oder auch "DNA-Vakzinierung" verwendet.[15] In der Impfstoffentwicklung werden derartige Impfstoffe jedoch als Vektor-Impfstoffe bezeichnet.[3] Ein Beispiel für ein solches Vakzin ist der auf einem nicht-replizierenden Adenovirus basierende Impfstoff AZD1222 gegen SARS-CoV-2 von AstraZeneca.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Jihui Lee et al.: Engineering DNA vaccines against infectious diseases. In: Acta Biomaterialia. Band 80, 15. Oktober 2018, S. 31–47, doi:10.1016/j.actbio.2018.08.033.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d Paul-Ehrlich-Institut: Neuer WHO-Leitfaden zu modernen DNA-Impfstoffen. Auf: pei.de vom 9. Juli 2020; zuletzt abgerufen am 19. Januar 2021.
  2. a b c d e f Barbara Bröker, Christine Schütt, Bernhard Fleischer: Grundwissen Immunologie. Springer-Verlag, 2019, ISBN 978-3-662-58330-2, S. 252.
  3. a b Paul-Ehrlich-Institut: Welche Impfstoffkonzepte werden bei der Entwicklung eines Impfstoffs gegen SARS-CoV-2 verfolgt? Auf: pei.de vom 3. April 2020; zuletzt abgerufen am 19. Januar 2021.
  4. Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik: Die Rettung naht- mRNA-basierte Impfstoffe gegen das neuartige Coronavirus sind vielversprechend, aber schwierig herzustellen. Lässt sich ihre Produktion durch neue Verfahren beschleunigen? Abschnitt "Molekulare Schützenhilfe" Auf: ipk.fraunhofer.de von 2021, zuletzt abgerufen am 19. Januar 2021.
  5. Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung - Reinhard Lipowsky, Jaime Agudo-Canalejo: Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Membranen und Vesikeln. - Forschungsbericht 2016, doi:10.17617/1.5G Auf: mpg.de von 2016; zuletzt abgerufen am 20. Januar 2021.
  6. Impfstoffe. auf: Naturwissenschaften-verstehen.de – Biologie für Schule, Studium und Ausbildung – verständlich erklärt. Abgerufen am 20. Mai 2020.
  7. Bernadette Ferraro et al.: Clinical Applications of DNA Vaccines: Current Progress. In: Clinical Infectious Diseases. Band 53, Nr. 3, 1. August 2011, S. 296–302, doi:10.1093/cid/cir334, PMID 21765081.
  8. a b Kenneth Murphy, Casey Weaver: Die gezielte Beeinflussung der Immunantwort. In: Janeway Immunologie. Springer, Berlin, Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-56004-4, S. 961, doi:10.1007/978-3-662-56004-4_16.
  9. S.L. Epstein, T.M. Tumpey, J.A. Misplon, C.Y. Lo, L.A. Cooper, K. Subbarao et al.: DNA Vaccine Expressing Conserved Influenza Virus Proteins Protective Against H5N1 Challenge Infection in Mice. In: Emerging Infectious Diseases. 2002, PMC 2732511 (freier Volltext).
  10. a b Seyed Davoud Jazayeri und Chit Laa Poh: Recent advances in delivery of veterinary DNA vaccines against avian pathogens. In: Veterinary Research. Band 50, Nr. 1, 10. Oktober 2019, S. 78, doi:10.1186/s13567-019-0698-z, PMID 31601266, PMC 6785882 (freier Volltext).
  11. S. Giese, M. Giese: Oral Vaccination of Honeybees Against Varroa Destructor. In: M. Giese (Hrsg.): Molecular Vaccines: From Prophylaxis to Therapy. Volume 1, Band 1. Springer-Verlag, 2013. S. 269 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
  12. Rebecca Sheets et al.: WHO informal consultation on the guidelines for evaluation of the quality, safety, and efficacy of DNA vaccines, Geneva, Switzerland, December 2019. In: NPJ Vaccines. Band 5, 18. Juni 2020, doi:10.1038/s41541-020-0197-2, PMID 32579135, PMC 7303131 (freier Volltext).
  13. Covid-19 | INOVIO Pharmaceuticals. 8. April 2020, abgerufen am 14. Januar 2021 (englisch).
  14. Sanjay Kumar Mishra, Timir Tripathi: One year update on the COVID-19 pandemic: Where are we now?. In: Acta Tropica. Band 214, Februar 2021. doi:10.1016/j.actatropica.2020.105778. PMC 7695590 (freier Volltext).
  15. genetische Impfung. Spektrum.de, abgerufen am 21. Januar 2021.