Impfstoffe: Welche Arten gibt es?

Allgemeines

Impfstoffe stoßen die aktive Immunisierung (Vakzination) des Körpers gegen bestimmte Krankheitserreger an: Wenn der Impfstoff in den Körper gelangt (z.B. per Spritze oder Schluckimpfung), bringt er ihn dazu, sich aktiv gegen bestimmte Krankheitserreger zu wehren, indem das körpereigene Abwehrsystem selbst eine Immunität speziell gegen diese Erreger aufbaut. Dies funktioniert, weil der Impfstoff einen körperfremden Stoff (ein sog. Antigen – wie den Bestandteil eines Krankheitserregers) enthält, der im Körper eine spezifische Immunreaktion auslöst:

Das Immunsystem reagiert auf eindringende Antigene (d.h. auf eine Ansteckung mit Krankheitserregern ebenso wie auf Impfstoffe), indem es gegen diese Antigene gerichtete Antikörper und Gedächtniszellen bildet. Diese stehen dann bei einer erneuten Ansteckung mit dem Erreger sofort bereit, um ihn abzuwehren und auszuschalten. Nach einer Impfung laufen also dieselben Abwehrmechanismen ab, mit denen sich der Körper auch gegen "normale" Infektionen wehrt.

Je nach Erreger beziehungsweise eingesetztem Impfstoff-Typ verleiht die aktive Schutzimpfung eine länger andauernde bis lebenslange Immunität gegen die jeweilige Infektionskrankheit. Bei Impfungen ist es jedoch wichtig, dass die eingesetzten Impfstoffe nicht wirklich krank machen oder auf andere Art schädigen.

Nach ihren Bestandteilen lassen sich Impfstoffe in drei Hauptgruppen unterteilen:

• Lebendimpfstoffe
• Totimpfstoffe
• mRNA-Impfstoffe

Man kann sie einzeln oder teilweise auch in Kombination verabreichen (sog. Kombinationsimpfstoffe zur Mehrfachimpfung). Darüber hinaus eröffnen sich – zum Beispiel durch rekombinante Impfstoffe – alternative Verfahren zur Herstellung von Impfstoffen und zur Immunisierung.

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Lebendimpfstoff

Die frühesten zur aktiven Immunisierung verwendeten Impfstoffe waren sogenannte Lebendimpfstoffe: Ein Lebendimpfstoff enthält geringe Mengen vermehrungsfähiger Krankheitserreger, die man durch verschiedene Verfahren abgeschwächt hat (sog. Attenuierung).

Ein großer Vorteil von Schutzimpfungen mit einem Lebendimpfstoff besteht darin, dass sie eine echte Krankheit sozusagen im Kleinen durchspielen und daher oft zu einer guten und lang anhaltenden Unempfindlichkeit gegenüber Krankheitserregern (Immunität) führen. Der Nachteil ist, dass Lebendimpfstoffe in sehr seltenen Fällen ernsthafte und sogar schwerwiegende Nebenwirkungen auslösen können.

Ein Lebendimpfstoff kann zum Beispiel bei der Impfung gegen folgende Erkrankungen zum Einsatz kommen:

• Mumps
• Masern
• Röteln
• Windpocken
• Gelbfieber

Totimpfstoff

Impfstoffe, die abgetötete oder nicht vermehrungsfähige Krankheitserreger oder nur Teile von Krankheitserregern enthalten, bezeichnet man als Totimpfstoffe. Trotz seiner Zusammensetzung sorgt ein Totimpfstoff für eine ausreichende aktive Immunisierung: Oft genügt ein einziges typisches Merkmal eines Erregers im Impfstoff, um das Immunsystem dazu anzuregen, Antikörper zu bilden und so einen Impfschutz aufzubauen.

Ein Vorteil der Impfung mit einem Totimpfstoff besteht darin, dass eine Erkrankung durch den Impfstoff ausgeschlossen ist. Allerdings haben Totimpfstoffe den Nachteil, dass ihre immunisierende Wirkung nicht so lange anhält wie die Immunisierung durch einen Lebendimpfstoff.

Bei der Totimpfstoff-Herstellung kommen chemische oder physikalische Maßnahmen zur Anwendung, welche die Krankheitserreger oder ihre Bestandteile inaktivieren: Beispielsweise werden die Erreger mit Formalin behandelt oder erhitzt. Die für die Aktivierung des Impfschutzes verantwortlichen Antigene sind inzwischen auch gentechnisch herstellbar, wie etwa das Hepatitis-B-Oberflächen-Antigen.

Bei der Impfung gegen folgende Erkrankungen kann jeweils ein Totimpfstoff zum Einsatz kommen:

• Keuchhusten
• Grippeimpfung
• Cholera
• Tollwut
• Pneumokokkeninfektionen
• Meningokokkeninfektionen

Nicht-zelluläre Impfstoffe

Wenn Impfstoffe vom Totimpfstoff-Typ nur Bruchstücke eines Krankheitserregers enthalten, bezeichnet man sie als nicht-zelluläre Impfstoffe. Die darin enthaltenen Bruchstücke müssen nur ein einziges typisches Merkmal des Erregers enthalten, um das Immunsystem dazu zu bringen, gegen diesen Erreger gerichtete Antikörper zu bilden. Ein Beispiel für nicht-zelluläre (oder azelluläre) Impfstoffe ist die Impfung gegen Keuchhusten.

Toxoidimpfstoff

Toxoidimpfstoffe sind Impfstoffe, die als wirksame Bestandteile Toxoide enthalten – das sind Gifte (bzw. Toxine), deren giftige Eigenschaften man künstlich zerstört hat. Ein Toxoidimpfstoff stellt eine Sonderform der Totimpfstoffe dar. Toxoidimpfstoffe eignen sich dann zur Immunisierung, wenn nicht der Krankheitserreger selber, sondern sein Gift die hauptsächlichen Krankheitssymptome hervorruft. Ein Toxoidimpfstoff kommt beispielsweise zum Einsatz bei der Impfung gegen:

• Diphtherie
• Tetanus

mRNA-Impfstoff

In Deutschland sind derzeit (Stand Oktober 2021) zwei mRNA-Impfstoffe zugelassen. Beide schützen vor dem Coronavirus Sars-CoV-2, das Anfang 2020 eine weltweite Pandemie auslöste. Im Gegensatz zu Lebend- oder Totimpfstoffen werden bei mRNA-Impfstoffen keine Krankheitserreger oder Bestandteile davon genutzt. Sie enthalten, wie der Name schon sagt, mRNA (messenger RNA) des Virus. Dieses auch als Boten-RNA bezeichnete Erbgut enthält Informationen über den Bauplan einzelner Proteine des Virus.

Nach Injektion des mRNA-Impfstoffes lesen die menschlichen Zellen den Bauplan und übersetzen dies in Proteine (Translation). Dieser natürliche Prozess läuft in den Zellen auch mit zelleigener mRNA ab. Bei der Impfung besteht der Unterschied darin, dass Virusproteine (im Fall von Sars-CoV-2 Spikeproteine) hergestellt werden. Das im Körper selbst hergestellte Virusprotein stellt dann ein Antigen dar, gegen welches der Körper Antikörper produziert. Kommt der Organismus wieder in Kontakt mit dem Virus, erkennt er es wieder und bekämpft es direkt.

Die mRNA wird nach kurzer Zeit wieder abgebaut, menschliche DNA wird nicht beeinflusst. Der Vorteil mRNA-basierter Impfstoffe besteht darin, dass sie sehr schnell, innerhalb weniger Wochen produziert werden können.

Mit der Entwicklung von mRNA-Impfstoffen wurden neue Möglichkeiten in der Bekämpfung von verschiedenen Krankheiten eröffnet. So laufen bereits viele Studien und Forschungsarbeiten, die Hoffnung geben, Krankheiten wie Krebs, Autoimmunerkrankungen oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Zukunft heilen zu können. Auch eine Impfung gegen Zika und Grippe könnte schon bald auf Basis von mRNA zugelassen werden.

DNA-Impfstoffe

Wie die mRNA- gehört auch die DNA-Impfung zu den genbasierten Impfungen. Grundlage von DNA-Impfstoffen sind – ebenso wie mRNA- und rekombinanten Impfstoffen – Teilstücke des Erbguts (DNA) von Bakterien oder Viren, die den Bauplan von Erregermerkmalen enthalten, die das Immunsystem aktivieren können (Antigene). Anstatt jedoch diese DNA erst in andere Zellen (z.B. Bakterien) einzuschleusen, welche dann die Antigene für die rekombinanten Impfstoffe bilden, kann man die DNA auch direkt in die Zellen des Menschen einschleusen. Normalerweise ist es für diese genetische Immunisierung nötig, die DNA in den Muskel zu spritzen; grundsätzlich kann der Körper sie jedoch sogar durch die Haut aufnehmen. Biologisch gesehen setzt diese Impfung einen Schritt vor der mRNA-Impfung an: Die DNA mit dem Bauplan wird zunächst zu mRNA umgeschrieben (transkribiert) und dann weiter verarbeitet – so, wie es bei der mRNA-Impfung abläuft.

Ein großer Vorteil einer genetischen Immunisierung durch DNA-Impfstoffe: Das Antigen kann mehrere Wochen im Organismus zirkulieren, da der Organismus es ja selber nachbildet. Passiv zugeführte Eiweiße beziehungsweise Antigene verschwinden hingegen oft nach nur wenigen Stunden aus der Blutbahn.

Auch hier laufen derzeit Studien, die mögliche DNA-Impfstoffe gegen Aids, Gebärmutterhalskrebs oder Grippe auf den Markt bringen sollen. Insgesamt sollen ungefähr 20 Krankheiten damit bekämpft beziehungsweise eingedämpft werden.

Rekombinante Impfstoffe

Neben den chemischen oder physikalischen Verfahren zur Herstellung klassischer Impfstoffe besteht die Möglichkeit, mithilfe der Gentechnik sogenannte rekombinante Impfstoffe zu entwickeln. Ein rekombinanter Impfstoff basiert auf einer Kombination aus zwei Mikroorganismen:

1. dem Krankheitserreger (bzw. seiner DNA) und
2. einer Zelle.

Oft reicht ein einziges markantes Merkmal von der Oberfläche eines Krankheitserregers aus, um das Immunsystem zu aktivieren und so den Organismus später vor der durch den Erreger verursachten Krankheit zu schützen. Ist ein solches sogenanntes Antigen identifiziert und sein genetischer Bauplan (die DNA = Desoxyribonukleinsäure) aufgeklärt, so kann man es mithilfe gentechnischer Methoden gezielt nachbauen und als Impfstoff verwenden.

Hierzu wird die entsprechende DNA in Zellen eingebaut – zum Beispiel in Bakterien oder Hefezellen. Diese Zellen lesen die in der DNA verschlüsselten Informationen und bauen anhand dieser Informationen das Antigen auf. Mit diesem Antigen kann man dann den rekombinanten Impfstoff herstellen.

Da rekombinante Impfstoffe die Erreger nicht mehr als Ganzes enthalten, besteht kein Risiko mehr, dass sie bei den Geimpften die Krankheit auslösen. Außerdem ist diese Impfung nicht nur sicherer, sondern die Herstellung des Impfstoffs auch billiger als die Inaktivierung ganzer Bakterien und Viren, die für die Geimpften und in der Herstellung Restrisiken bergen.

Rekombinante Impfstoffe kommen beispielsweise bei Impfungen gegen folgende Krankheiten beziehungsweise Erreger zum Einsatz:

• Hepatitis A und B
• Cholera
• humanes Papillomvirus (HPV), das zu Genitalwarzen und zu Gebärmutterhalskrebs führen kann

Konjugatimpfstoff

Konjugierte Impfstoffe oder Konjugatimpfstoffe (lat. coniunctus = verbunden) sind nicht-zelluläre, rekombinante Impfstoffe, die aus mehreren aneinandergekoppelten Bausteinen bestehen: Bei einem Konjugatimpfstoff ist ein Teil des Krankheitserregers, der die Antikörperbildung auslöst (sog. Antigen, z.B. ein Baustein aus der Zellwand), an ein Eiweiß gebunden. Das Eiweiß dient als eine Art Transportmittel, das eine verstärkte Immunreaktion auslöst.

Der Konjugatimpfstoff ist vor allem für die Immunisierung von Kindern wichtig: Da das Immunsystem von Kindern in den ersten beiden Lebensjahren noch unzureichend entwickelt ist, lösen Impfstoffe, die nur das Antigen des Erregers enthalten, keine wirksame Immunantwort bei einem Kind aus. Bei Erwachsenen dagegen reicht die Impfung mit dem Antigen aus, um das Immunsystem zur Bildung von Antikörpern anzuregen, da ihr Immunsystem voll entwickelt ist.

Konjugierte Impfstoffe stehen zum Beispiel gegen folgende Krankheitserreger zur Verfügung:

• Haemophilus influenzae Typ B (Erreger der Epiglottitis)
• Meningokokken Typ C
• Pneumokokken

Hilfsstoffe (Adjuvantien)

Eine Möglichkeit, die Reaktion des Immunsystems auf Impfstoffe zu verstärken, bieten sogenannte Hilfsstoffe oder Adjuvantien: Dies sind Stoffe, welche die Fähigkeit, im geimpften Organismus eine Immunantwort auszulösen, erhöhen.

Der Grund für die Notwendigkeit solcher Hilfsstoffe: Viele der bei Impfungen eingesetzten Antigene lösen keine wirksame Immunantwort aus, das heißt, alleine sind sie als Impfstoffe ungeeignet. Für die meisten Totimpfstoffe ist es daher notwendig, Adjuvantien zuzusetzen: So enthält zum Beispiel der Impfstoff gegen Wundstarrkrampf (Tetanus) als Hilfsstoff Aluminiumsalz, das eine gezielte Immunantwort auslöst.

Als natürliche Adjuvantien enthalten Impfstoffe oft nicht-infektiöse Bestandteile von Bakterien, besonders der Zellwand. Dies erklärt auch, warum Lebendimpfstoffe, die ganze Organismen enthalten (sog. zelluläre Impfstoffe), meist weitaus wirksamer sind als Totimpfstoffe: Sie können eine größere Anzahl an Wirkungsmechanismen auslösen und damit eine verstärkte Immunantwort hervorrufen, ohne dass hierzu zusätzliche Hilfsstoffe nötig sind.

Kombinationsimpfstoffe

Impfstoffe kann man einzeln verabreichen, aber teilweise auch zur Mehrfachimpfung in Kombination: Solche sogenannten Kombinationsimpfstoffe enthalten eine Mischung aus Impfstoffen gegen bis zu sechs Krankheitserreger. Das heißt: Eine einzige Spritze mit einem Kombinationsimpfstoff reicht aus, um gleichzeitig gegen mehrere Krankheiten zu impfen – den Geimpften bleiben also mehrfache Injektionen erspart. Entsprechend erhöhen Kombinationsimpfstoffe die Impfakzeptanz besonders bei Kindern, aber auch bei Erwachsenen.

In Deutschland sind zum Beispiel folgende Kombinationsimpfstoffe zugelassen:

• Impfstoffe zur Zweifachimpfung gegen:
  • Hepatitis A und B
  • Hepatitis A und Typhus
• Impfstoffe zur Dreifachimpfung gegen:
  • Masern, Mumps und Röteln
  • Diphterie, Keuchhusten und Wundstarrkrampf (Tetanus)
• Impfstoffe zur Vierfachimpfung gegen:
  • Masern, Mumps, Röteln und Windpocken
  • Diphtherie, Keuchhusten, Wundstarrkrampf und Haemophilus influenzae Typ B
  • Diphtherie, Keuchhusten, Wundstarrkrampf und Polio (Poliomyelitis, Kinderlähmung)
• Impfstoffe zur Sechsfachimpfung gegen Polio, Diphtherie, Wundstarrkrampf, Keuchhusten, Infektionen mit Haemophilus influenzae Typ B und Hepatitis B