Die Wiedergabe der Anatomie eines Virus durch einen Künstler. Anna Tanczos / Wellcome Bilder, CC BY-NC-ND

Niemand will die Grippe bekommen, und die beste Verteidigungslinie ist der saisonale Grippeimpfstoff. Aber die Herstellung einer effektiven jährlichen Grippeimpfung beruht darauf, genau zu prognostizieren, welche Grippestämme die Bevölkerung in einer bestimmten Jahreszeit am wahrscheinlichsten infizieren. Es erfordert die Koordination mehrerer Gesundheitszentren auf der ganzen Welt, während das Virus von Region zu Region reist. Sobald sich die Epidemiologen mit den Zielgrippeviren begnügen, geht die Impfstoffproduktion auf Hochtouren; es braucht ungefähr sechs Monate das generieren mehr als 150 Millionen injizierbare Dosen notwendig für die amerikanische Bevölkerung.

Wie gut funktioniert der jährliche Grippeimpfstoff?

Die Herstellung einer effektiven jährlichen Grippeimpfung beruht auf der genauen Vorhersage, welche Grippestämme die Bevölkerung in einer bestimmten Jahreszeit am wahrscheinlichsten infizieren. Die CDC führt jedes Jahr Beobachtungsstudien durch, um die "Impfstoffwirksamkeit" für die Impfung dieses Jahres zu berechnen.

Falsche oder unvollständige epidemiologische Prognosen können schwerwiegende Folgen haben. In 2009, während Hersteller, einschließlich MedImmune und Sanofi Pasteur, stellten Impfstoffe gegen die erwarteten Belastungen her, a zusätzlicher Influenza-Stamm, H1N1, aufgetaucht. Der vorbereitete Impfstoff schützt nicht vor dieser unvorhergesehenen Belastung, verursacht weltweite Panik und über 18,000 bestätigte Todesfälle - wahrscheinlich nur ein Bruchteil der wahren Zahl, geschätzt, 150,000 zu überschreiten. Besser spät als nie, schließlich wurde gegen H1N1 ein Impfstoff produziert, der in diesem Jahr eine zweite Grippeschutzimpfung erforderte.

Angesichts der Tatsache, dass die Influenza die Mehrheit verursacht hat Pandemien in den vergangenen 100 Jahren - einschließlich der 1918-Grippe, die führte zu so vielen 50 Millionen Todesfälle - Uns bleibt die Frage: Können Wissenschaftler einen "universellen" Impfstoff produzieren, der gegen verschiedene Grippeviren schützen kann, ohne dass jährliche Epidemiologen und ein jährlicher Schuss für Sie benötigt werden?

Impfstoffe bereiten das Immunsystem vor, um zu kämpfen

Um das 18th Jahrhundert, und wohl viel früher in der Geschichte, war allgemein bekannt, dass a Überlebender von Pocken würde nicht wieder mit ihm kommen bei nachfolgender Exposition. Irgendwie verlieh die Infektion Immunität gegen die Krankheit. Und die Menschen erkannten, dass Milchmädchen, die mit von Kuhpocken besetzten Rindern in Kontakt kamen, ebenfalls vor Pocken geschützt werden würden.

In den späten 1700s, Bauer Benjamin Jesty inokulierte seine Familie mit Kuhpockengegen Pocken effektiv immunisieren, trotz zukünftiger Exposition. Arzt Edward Jenner katapultierte die Menschheit in ein neues Zeitalter der Immunologie als er dem Verfahren wissenschaftliche Glaubwürdigkeit verlieh.

Wenn also eine Impfung von Kuhpocken oder eine Exposition gegenüber (und das Überleben von) Pocken eine jahrzehntelange oder sogar lebenslange Immunität verleiht, warum werden Individuen ermutigt, jedes Jahr den Grippeimpfstoff zu erhalten?

Die Antwort liegt darin, wie schnell sich die Anatomie des Influenzavirus verändert. Jedes Virus besteht aus einer annähernd kugelförmigen Membran, die ständig mutierendes genetisches Material einkapselt. Diese Membran ist mit zwei Arten von "Spikes" gespickt: Hämagglutinin oder HA und Neuraminidase oder NA, die jeweils aus einem Stiel und einem Kopf bestehen. HA und NA helfen dem Virus bei der Infektion durch Bindung an Wirtszellen und vermitteln den Eintritt des Virus in die Zelle und schließlich dessen Austritt.

Impfstoffe rufen typischerweise Antikörper hervor, die auf diese zwei Moleküle zielen. Einmal injiziert, beginnt das Immunsystem eines Individuums zu arbeiten. Spezialisierte Zellen sammeln die Impfstoffmoleküle als Eindringlinge; Andere Zellen erzeugen dann Antikörper, die die fremden Moleküle erkennen. Das nächste Mal, wenn die gleichen Eindringlinge auftauchen - ob in Form des gleichen Impfstoffs oder der Viren, die es imitiert -, erkennen die Immunzellen des Körpers sie und bekämpfen sie, um eine Infektion zu verhindern.

Für einen Impfstoffentwickler ist eine frustrierende Eigenschaft des mutierenden Genoms von Influenza, wie schnell sich HA und NA verändern. Diese ständigen Veränderungen sind es, die sie in die Grippesaison zurückbringen, um neue Impfstoffe für jede Grippesaison zu entwickeln.

Verschiedene Methoden, um einen Impfstoff zu entwickeln

Der Pockenimpfstoff war der erste, der das "empirische Paradigma" der Vakzinologie verwendete - die gleiche Strategie, die wir heute weitgehend anwenden. Es beruht auf einem Versuch-und-Irrtum-Ansatz, um die durch natürliche Infektion induzierte Immunität nachzuahmen.

Mit anderen Worten, Impfstoffentwickler glauben, dass der Körper eine Antikörperreaktion auf etwas in der Impfung auslösen wird. Sie konzentrieren sich jedoch nicht darauf, welches spezifische Patch des Virus eine Immunantwort auslöst. Es ist nicht wirklich wichtig, ob es zum Beispiel eine Reaktion auf ein kleines HA-Feld ist, das viele Stämme teilen. Wenn ein ganzes Virus als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist es möglich, viele verschiedene Antikörper zu erhalten, die viele verschiedene Teile des in dem Impfstoff verwendeten Virus erkennen.

Die saisonale Grippeimpfung passt generell in diesen empirischen Ansatz. Jedes Jahr prognostizieren Epidemiologen, welche Grippestämme am wahrscheinlichsten Populationen infizieren, wobei sie sich typischerweise auf drei oder vier setzen. Die Forscher schwächen oder inaktivieren diese Stämme dann, damit sie als Nachahmer in diesem Grippeimpfstoff dienen können, ohne den Empfängern die ausgewachsene Grippe zu geben. Die Hoffnung ist, dass das Immunsystem eines Individuums auf den Impfstoff reagiert, indem es Antikörper erzeugt, die auf diese Stämme abzielen; Wenn er oder sie mit der Grippe in Kontakt kommt, warten die Antikörper darauf, diese Stämme zu neutralisieren.

Aber es gibt einen anderen Weg, einen Impfstoff zu entwickeln. Es wird als rationales Design bezeichnet und repräsentiert einen potenziell bahnbrechenden Paradigmenwechsel in der Vakzinologie.

Das Ziel ist es, ein Molekül - oder "Immunogen" - zu entwerfen, das die Produktion von wirksamen Antikörpern ermöglicht, ohne dass eine Exposition gegenüber dem Virus erforderlich ist. Im Vergleich zu aktuellen Impfstoffen kann das konstruierte Immunogen sogar spezifischere Reaktionen ermöglichen, was bedeutet, dass die Immunreaktion auf bestimmte Teile des Virus zielt und eine größere Breite, was bedeutet, dass es auf mehrere Stämme oder sogar verwandte Viren abzielen könnte.

Diese Strategie zielt darauf ab, spezifische Epitope oder Patches des Virus anzusteuern. Da Antikörper durch das Erkennen von Strukturen arbeiten, möchten die Designer dem Immunsystem die strukturellen Eigenschaften der von ihnen erzeugten Immunogene betonen. Dann können Forscher versuchen, Impfstoffkandidaten mit diesen Strukturen zu entwerfen, in der Hoffnung, dass sie das Immunsystem dazu bringen werden, relevante Antikörper zu produzieren. Auf diesem Weg könnten sie einen Impfstoff zusammenstellen, der eine effektivere und effizientere Immunantwort hervorruft, als dies mit der traditionellen Versuchs- und Irrtumsmethode möglich wäre.

Vielversprechende Fortschritte wurden in. Gemacht Impfstoffdesign für respiratorisches Synzytialvirus mit diesem neuen rationalen Paradigma, aber die Bemühungen, diesen Ansatz für die Influenza zu nutzen, sind noch nicht abgeschlossen.

In Richtung einer universellen Grippeimpfung

In den letzten Jahren haben Forscher eine Reihe von potenten, influenza-neutralisierenden Antikörpern isoliert, die in unserem Körper produziert werden. Während die Antikörperreaktion auf Influenza ist in erster Linie auf den Kopf der HA-Spitze gerichtet, mehrere wurden gefunden, dass Ziel HA's Vorbau. Da der Stamm über Virusstämme hinweg konstanter ist als der Kopf, könnte dies die Achillesferse der Grippe sein, und Antikörper, die auf diese Region abzielen, können eine gute Vorlage für das Impfstoffdesign sein.

Die Forscher verfolgen eine Reihe von Ansätzen, die dazu führen könnten, dass der Körper diese Antikörper produziert, bevor er infiziert wird. Eine Strategie, die als Nanopartikel-Display bekannt ist, beinhaltet das Entwerfen eines Moleküls, das einen Teil des Virus enthält. Im Labor konnten Wissenschaftler eine Kombination aus HA- und NA-Partikeln an der Außenseite eines sphärischen Nanopartikels anbringen, das selbst eine Immunantwort auslösen kann. Wenn das Immunsystem als Teil eines Impfstoffs injiziert wird, kann es diese Moleküle "sehen" und mit etwas Glück Antikörper gegen sie produzieren.

Eine der wichtigsten Fragen, die beantwortet werden muss, ist, was genau auf der Außenseite dieser Nanopartikel angezeigt werden sollte. Einige Strategien zeigen verschiedene Versionen von Voll-HA-Molekülen, während andere nur Stiele enthalten. Während für die Validierung dieser Ansätze mehr Daten über Menschen gesammelt werden müssen, werden die Daten aus Tierversuchen verwendet Nur-Stamm-Immunogene sind ermutigend.

Mit der aktuellen Technologie wird es vielleicht niemals eine Grippeschutzimpfung geben. Und epidemiologische Überwachung wird immer notwendig sein. Es ist jedoch nicht undenkbar, dass wir von einem Modell für ein einmaliges Jahr zu einem Ansatz für einmal alle 10-Jahre übergehen können, und wir sind möglicherweise nur wenige Jahre vor Ort.

Über den Autor

Ian Setliff, Ph.D. Student, Programm in chemischer und physikalischer Biologie, Vanderbilt Vaccine Center, Vanderbilt University und Amyn Murji, Ph.D. Student, Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie, Vanderbilt Vaccine Center, Vanderbilt University

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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