Wie ein Coronavirus-Impfstoff hergestellt wird und eine Pandemie stoppen kann

Dutzende Biotechnologieunternehmen und wissenschaftliche Institute kämpfen gegen die Pandemie, um verschiedene Impfstoffoptionen für das neue SARS-CoV-2-Coronavirus zu entwickeln. Wir finden heraus, mit welchen Technologien sie entwickelt werden, wie lange es dauern wird, bis COVID-19 geimpft werden kann und ob der zukünftige Impfstoff aufhören kann Pandemie.

Jedes Mal, wenn die Menschheit mit einer neuen Infektion konfrontiert wird, beginnen drei Rennen gleichzeitig: für ein Medikament, ein Testsystem und einen Impfstoff. Die Vorwoche in Russland begannDas Rospotrebnadzor Scientific Center begann mit dem Testen eines Impfstoffs gegen ein neues Coronavirus Anti-Coronavirus-Impfstoffversuche bei Tieren und in den USA - bereits beim MenschenDie klinische NIH-Studie zum Prüfimpfstoff gegen COVID-19 beginnt. Bedeutet das den Sieg über Epidemie schließen?

Nach Angaben der WHO haben weltweit rund 40 Laboratorien erklärt

ENTWURF einer COVID-Landschaft - 19 Impfstoffkandidaten - 20. März 2020 dass sie Impfstoffe gegen Coronavirus entwickeln. Und trotz der Tatsache, dass es unter ihnen klare Führer gibt - zum Beispiel das chinesische Unternehmen CanSino Biologics, das erhalten hatREKOMBINANTER NEUER CORONAVIRUS-IMPFSTOFF (ADENOVIRUS-VEKTOR TYP 5) FÜR KLINISCHE VERSUCHE ZUGELASSEN Die Erlaubnis für menschliche Versuche und die amerikanische Moderna, die sie bereits begonnen hat, ist jetzt schwierig sagen Sie voraus, welches Unternehmen dieses Rennen gewinnen wird und vor allem, ob die Impfstoffentwicklung die Proliferation überholen wird Coronavirus. Der Erfolg in diesem Rennen hängt nicht zuletzt von der Wahl der Waffe ab, dh von dem Prinzip, auf dem der Impfstoff aufgebaut ist.

Ein toter Virus ist ein schlechter Virus

In Schulbüchern schreiben sie normalerweise, dass ein getöteter oder geschwächter Erreger für Impfungen verwendet wird. Diese Informationen sind jedoch etwas veraltet. "Inaktiviert (" getötet "). - Ca. N + 1.) Und gedämpft (gedämpft. - Ca. N + 1.) Impfstoffe wurden Mitte des letzten Jahrhunderts erfunden und eingeführt, und es ist schwierig, sie als modern zu betrachten, - erklärt in einem Gespräch mit N + 1 Olga Karpova, Leiterin der Abteilung für Virologie, Fakultät für Biologie, Moskauer Staatliche Universität Lomonosov. - Ist es teuer. Es ist schwierig zu transportieren und zu lagern, viele Impfstoffe erreichen die Orte, an denen sie benötigt werden (wenn wir zum Beispiel über Afrika sprechen), in einem Staat, in dem sie niemanden mehr schützen. "

Darüber hinaus ist es nicht sicher. Um eine hohe Dosis des "Getöteten" zu bekommen VirusZunächst müssen große Mengen an Lebewesen beschafft werden, was die Anforderungen an Laborgeräte erhöht. Dann muss es neutralisiert werden - dafür verwenden sie beispielsweise Ultraviolett oder Formalin.

Aber wo ist die Garantie, dass es unter der Vielzahl "toter" Viruspartikel keine mehr gibt, die Krankheiten verursachen können?

Mit einem geschwächten Erreger ist es noch schwieriger. Um nun zu schwächen, muss das Virus mutieren, und dann werden die am wenigsten aggressiven Stämme ausgewählt. Dies führt jedoch zu einem Virus mit neuen Eigenschaften, und nicht alle können im Voraus vorhergesagt werden. Wo ist wiederum die Garantie, dass das Virus im Körper nicht weiter mutiert und keine "Nachkommen" hervorbringt, die noch "böser" sind als das Original?

Daher werden heutzutage sowohl "getötete" als auch "nicht getötete" Viren selten verwendet. Zum Beispiel sind unter modernen Influenza-Impfstoffen "abgeschwächte Krankheitserreger"Influenza-Impfstoffe der nächsten Generation: Chancen und Herausforderungen in der Minderheit - nur 2 von 18 Impfstoffen, die bis 2020 in Europa und den USA zugelassen sind, sind so konzipiert. Von mehr als 40 Impfstoffprojekten gegen Coronavirus ist nur eines nach diesem Prinzip organisiert - das Indian Institute of Serum ist daran beteiligt.

Teilen und impfen

Es ist viel sicherer einzuführen immun System nicht mit dem gesamten Virus, sondern mit einem separaten Teil davon. Dazu müssen Sie ein Protein auswählen, anhand dessen die „interne Polizei“ einer Person das Virus genau erkennen kann. Dies ist in der Regel ein Oberflächenprotein, mit dessen Hilfe der Erreger in die Zellen eindringt. Dann benötigen Sie eine Zellkultur, um dieses Protein im industriellen Maßstab zu produzieren. Dies geschieht mit Hilfe der Gentechnik, weshalb solche Proteine ​​als gentechnisch verändert oder rekombinant bezeichnet werden.

"Ich glaube, dass Impfstoffe rekombinant sein müssen und sonst nichts", sagt Karpova. - Darüber hinaus müssen dies Impfstoffe auf Trägern sein, dh die Proteine ​​des Virus müssen sich auf einer Art Träger befinden. Tatsache ist, dass sie (Proteine) für sich genommen nicht immunogen sind. Wenn niedermolekulare Proteine ​​als Impfstoff verwendet werden, entwickeln sie keine Immunität, der Körper reagiert nicht auf sie, daher sind Trägerpartikel unbedingt erforderlich.

Forscher der Moskauer Staatsuniversität schlagen vor, das Tabakmosaikvirus als solchen Träger zu verwenden.Tabakmosaikvirus - "Wikipedia" (Dies ist übrigens das allererste Virus, das von Menschen entdeckt wurde). Es sieht normalerweise aus wie ein dünner Stock, aber wenn es erhitzt wird, nimmt es die Form einer Kugel an. „Es ist stabil, hat einzigartige Adsorptionseigenschaften und zieht Proteine ​​an“, sagt Karpova. "Auf seiner Oberfläche kann man kleine Proteine ​​platzieren, genau die Antigene." Wenn Sie das Tabakmosaikvirus mit Coronavirus-Proteinen bedecken, wird es für den Körper zur Nachahmung eines Viruspartikels SARS-CoV-2. „Das Tabakmosaikvirus“, bemerkt Karpova, „ist ein wirksames Immunstimulans für den Körper. Da Pflanzenviren keine Tiere, einschließlich Menschen, infizieren können, stellen wir gleichzeitig ein absolut sicheres Produkt her. "

Die Sicherheit verschiedener Methoden im Zusammenhang mit rekombinanten Proteinen hat sie zu den beliebtesten gemacht - mindestens ein Dutzend Unternehmen versuchen nun, ein solches Protein für das Coronavirus zu erhalten. Darüber hinaus verwenden viele andere Trägerviren - zum Beispiel Adenovirusvektoren oder sogar modifizierte "lebende" Masern und Pockenviren, die menschliche Zellen infizieren und sich dort zusammen mit vermehren Proteine ​​des Coronavirus. Diese Methoden sind jedoch nicht die schnellsten, da eine Inline-Produktion von Proteinen und Viren in Zellkulturen hergestellt werden muss.

Nackte Gene

Die Proteinproduktion in der Zellkultur kann verkürzt und beschleunigt werden, indem die Körperzellen selbst virale Proteine ​​produzieren. Gentherapie-Impfstoffe arbeiten nach diesem Prinzip - „nacktes“ genetisches Material - virale DNA oder RNA - kann in menschliche Zellen eingeführt werden. DNA wird normalerweise durch Elektroporation in Zellen injiziert, dh zusammen mit einer Injektion erhält eine Person eine Lichtentladung, wodurch die Permeabilität der Zellmembranen zunimmt und DNA-Stränge ins Innere gelangen. Die RNA wird unter Verwendung von Lipidvesikeln abgegeben. Auf die eine oder andere Weise beginnen Zellen, ein virales Protein zu produzieren und es dem Immunsystem zu demonstrieren, das selbst in Abwesenheit eines Virus eine Immunantwort entfaltet.

Diese Methode ist ziemlich neu, es gibt weltweit keine Impfstoffe, die nach diesem Prinzip funktionieren würden.

Dennoch versuchen laut WHO sieben Unternehmen gleichzeitig, einen Impfstoff gegen diesen Impfstoff herzustellen Coronavirus basierend darauf. Dies ist der Weg, den Moderna Therapeutics, der amerikanische Marktführer im Impfstoffrennen, eingeschlagen hat. Er wurde auch von drei weiteren Teilnehmern des Rennens aus Russland für sich ausgewählt: dem wissenschaftlichen Zentrum "Vector" in Nowosibirsk (laut Rospotrebnadzor prüft er ebenso viele Impfstoffdesigns zur gleichen Zeit, und eines davon basiert auf RNA), Biocad und dem Wissenschaftlichen und Klinischen Zentrum für Präzisions- und Regenerative Medizin in Kasan.

„Im Prinzip ist es nicht so schwierig, einen Impfstoff herzustellen“, sagt Albert Rizvanov, Direktor des Zentrums, Professor der Abteilung für Genetik am Institut für Grundlagenmedizin und Biologie der Bundesuniversität Kasan. "Gentherapeutische Impfstoffe entwickeln sich am schnellsten, weil es ausreicht, ein genetisches Konstrukt zu erstellen." Der Impfstoff, an dem im Zentrum gearbeitet wird, sollte auf mehrere Ziele gleichzeitig schießen: Ein DNA-Strang mit mehreren viralen Genen wird gleichzeitig in Zellen injiziert. Infolgedessen produzieren Zellen nicht ein virales Protein, sondern mehrere gleichzeitig.

Laut Rizvanov sind DNA-Impfstoffe möglicherweise billiger als andere in der Produktion. "Wir sind im Wesentlichen wie Space X", scherzt der Wissenschaftler. - Unsere Prototypenentwicklung kostet nur wenige Millionen Rubel. Prototyping ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs, und das Testen mit einem lebenden Virus ist eine völlig andere Reihenfolge. “

Wechselfälle und Tricks

Sobald Impfstoffe von theoretischen Entwicklungen in Forschungsobjekte umgewandelt werden, beginnen Hindernisse und Einschränkungen wie Pilze zu wachsen. Und die Finanzierung ist nur eines der Probleme. Laut Karpova verfügt die Moskauer Staatsuniversität bereits über eine Probe des Impfstoffs, weitere Tests erfordern jedoch die Zusammenarbeit mit anderen Organisationen. Im nächsten Schritt planen sie, die Sicherheit und Immunogenität zu testen, und dies kann innerhalb der Mauern der Universität erfolgen. Sobald Sie jedoch die Wirksamkeit des Impfstoffs bewerten müssen, müssen Sie mit dem Erreger arbeiten, was in der Bildungseinrichtung verboten ist.

Außerdem sind spezielle Tiere erforderlich. Tatsache ist, dass gewöhnliche Labormäuse nicht an allen menschlichen Viren erkranken und das Bild der Krankheit auch sehr unterschiedlich sein kann. Daher werden Impfstoffe häufig an Frettchen getestet. Wenn das Ziel darin besteht, mit Mäusen zu arbeiten, werden gentechnisch veränderte Mäuse benötigt, die tragen auf ihren Zellen genau die gleichen Rezeptoren, an denen das Coronavirus im Körper "haftet" der Patient. Diese Mäuse sind nicht billigAce2 CONSTITUTIVE KNOCKOUT (zehn oder zwei Zehntausende Dollar pro Zeile). Zwar kann man manchmal Geld sparen - nur wenige Individuen kaufen und im Labor züchten -, aber dies verlängert die präklinische Testphase.

Und wenn wir das Finanzierungsproblem noch lösen können, bleibt die Zeit eine unüberwindliche Schwierigkeit. Laut Rizvanov dauert die Entwicklung von Impfstoffen normalerweise Monate und Jahre. "Selten weniger als ein Jahr, normalerweise mehr", sagt er. Die Leiterin des Bundesamtes für Medizin und Biologie (sie entwickelt einen Impfstoff auf der Basis eines rekombinanten Proteins), schlug Veronika Skvortsova vorDie russische FMBA wird im Juni 2020 die ersten Testergebnisse für Prototypen von Coronavirus-Impfstoffen erhaltendass ein fertiger Impfstoff in 11 Monaten erscheinen kann.

Es gibt mehrere Stufen, in denen der Prozess beschleunigt werden kann. Das offensichtlichste ist die Entwicklung. Das amerikanische Unternehmen Moderna hat die Führung übernommen, weil es seit langem mRNA-Impfstoffe entwickelt. Und um ein weiteres zu machen, hatten sie genug vom entschlüsselten Genom des neuen Virus. Russische Teams aus Moskau und Kasan arbeiten ebenfalls seit mehreren Jahren an ihrer Technologie und verlassen sich auf die Ergebnisse von Tests ihrer früheren Impfstoffe gegen andere Krankheiten.

Ideal wäre eine Plattform, mit der Sie schnell einen neuen Impfstoff aus einer Vorlage erstellen können. Forscher der Moskauer Staatsuniversität schlüpfen in solche Pläne.

„Auf der Oberfläche unserer Partikel“, sagt Karpova, „können wir die Proteine ​​mehrerer Viren platzieren und gleichzeitig vor COVID-19, SARS und MERS schützen. Wir glauben sogar, dass wir solche Ausbrüche in Zukunft verhindern können. Es gibt 39 Coronaviren, von denen einige nahe an menschlichen Coronaviren liegen, und es ist völlig klar, was es heißt, die Artenbarriere zu überwinden (ein Virus von Fledermäusen auf Menschen zu übertragen. - Ca. N + 1.). Aber wenn es einen Impfstoff wie Lego gibt, können wir das Protein eines Virus, das irgendwo entstanden ist, darauf setzen. Wir werden dies innerhalb von zwei Monaten tun - wir werden diese Proteine ​​ersetzen oder hinzufügen. Wenn ein solcher Impfstoff im Dezember 2019 verfügbar gewesen wäre und die Menschen zumindest in China geimpft worden wären, hätte sich dies nicht weiter verbreitet. "

Die nächste Stufe sind präklinische Tests, dh die Arbeit mit Labortieren. Es ist nicht der längste Prozess, aber es kann auf seine Kosten gewonnen werden, wenn es mit klinischen Studien am Menschen kombiniert wird. Moderna hat genau das getan - das Unternehmen beschränkte sich auf eine schnelle Sicherheitsüberprüfung und ging direkt zur Forschung am Menschen über. Es sei jedoch daran erinnert, dass das Medikament, das sie versucht, eines der sichersten ist. Da Moderna keine Viren oder rekombinanten Proteine ​​verwendet, besteht nur eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass die Freiwilligen Nebenwirkungen haben - das Immunsystem hat einfach nichts, worauf es aggressiv reagieren kann. Das Schlimmste, was passieren kann, ist, dass der Impfstoff unwirksam ist. Dies muss jedoch noch überprüft werden.

Die Herstellung von Impfstoffen ist jedoch offenbar keine einschränkende Phase. „Dies ist nicht komplizierter als die übliche biotechnologische Herstellung rekombinanter Proteine“, erklärt Rizvanov. Ihm zufolge kann die Pflanze in wenigen Monaten eine Million Dosen eines solchen Impfstoffs produzieren. Olga Karpova gibt eine ähnliche Schätzung: drei Monate für eine Million Dosen.

Benötigen Sie einen Impfstoff?

Ob klinische Studien zurückgefahren werden sollten, ist ein strittiger Punkt. Erstens ist es ein langsamer Prozess an und für sich. In vielen Fällen muss der Impfstoff in mehreren Stufen verabreicht werden: Wenn sich das Virus im Körper nicht von selbst vermehrt, wird es schnell ausgeschieden und seine Konzentration ist unzureichendAviäre Influenza-A-Virus-Pandemie-Vorbereitung und Impfstoffentwicklungeine schwere Immunantwort auslösen. Daher wird selbst ein einfacher Test der Wirksamkeit mindestens einige Monate dauern, und die Ärzte werden die Sicherheit des Impfstoffs für die Gesundheit von Freiwilligen ein ganzes Jahr lang überwachen.

Zweitens ist COVID-19 genau dann der Fall, wenn es unpraktisch erscheint, Versuche am Menschen auf viele zu beschleunigen.

Die Sterblichkeit aufgrund der Krankheit wird heute auf einige Prozent geschätzt, und dieser Wert wird wahrscheinlich weiter sinken, sobald klar wird, wie viele Menschen asymptomatisch an der Krankheit gelitten haben. Aber wenn der Impfstoff jetzt erfunden wird, muss er Millionen von Menschen verabreicht werden, und selbst kleine Nebenwirkungen können zu einer Anzahl von Krankheiten und Todesfällen führen, die mit der Infektion selbst vergleichbar sind. Und das neue Coronavirus ist weit davon entfernt, "wütend" genug zu sein, um nach den Worten von Rizvanov "alle Sicherheitsaspekte vollständig beiseite zu werfen". Der Wissenschaftler glaubt, dass in der aktuellen Situation die effektivste Quarantäne.

Karpova zufolge besteht jedoch in naher Zukunft kein dringender Bedarf an einem Impfstoff. „Während einer Pandemie müssen keine Menschen geimpft werden. Dies entspricht nicht den epidemischen Regeln“, erklärt sie.

Galina Kozhevnikova, Leiterin der Abteilung für Infektionskrankheiten der RUDN-Universität, stimmt ihr zu. „Während einer Epidemie wird überhaupt keine Impfung empfohlen, auch keine routinemäßige, die im Impfplan enthalten ist. Weil es keine Garantie gibt, dass sich eine Person nicht in der Inkubationszeit befindet und wenn dies zu diesem Zeitpunkt zutrifft Impfstoff, unerwünschte Ereignisse und eine verminderte Wirksamkeit des Impfstoffs sind möglich ", beantwortete Kozhevnikova die Frage N + 1.

Es gebe Fälle, in denen aus gesundheitlichen Gründen eine Notfallimpfung erforderlich sei, in einer Situation, in der es um Leben und Tod gehe. Während des Ausbruchs von Anthrax in Swerdlowsk im Jahr 1979 wurden beispielsweise alle geimpft, Tausende von Menschen wurden dringend geimpft und 1959 in Moskau während eines Ausbruchs von Pocken gebrachtKokorekin, Alexey Alekseevich - "Wikipedia" aus Indien vom Künstler Alexey Kokorekin.

„Aber das Coronavirus ist absolut keine solche Geschichte. Aus dem Geschehen geht hervor, dass sich diese Epidemie nach den klassischen Gesetzen der akuten Atemwegserkrankung entwickelt “, sagt Kozhevnikova.

Daher befinden sich Impfstoffentwickler immer in einer schwierigen Situation. Obwohl es kein Virus gibt, ist es fast unmöglich, einen Impfstoff herzustellen. Sobald das Virus aufgetreten ist, stellt sich heraus, dass es vorgestern hätte geschehen sollen. Und wenn es nachlässt, verlieren die Hersteller ihre Kunden.

Es muss jedoch ein Impfstoff gegeben werden. Dies ist bei früheren Ausbrüchen von Coronavirus-Infektionen nicht geschehen - sowohl MERS als auch SARS endeten zu schnell, und die Forschung verlor finanzielle Mittel. Wenn jedoch seit 2004 weltweit keine SARS-Fälle mehr beobachtet wurden, ist der letzte Fall von MERS auf 2019 datiert, und niemand kann garantieren, dass der Ausbruch nicht erneut auftritt. Darüber hinaus könnte ein Impfstoff gegen frühere Infektionen eine strategische Plattform für die künftige Impfstoffentwicklung bieten.

Karpova stellt fest, dass auch nach dem Verfall dieser Fackel COVID-19 ein anderer ist möglich. Und in diesem Fall sollte der Staat einen Impfstoff bereithalten. "Dies ist nicht die Art von Impfstoff, mit der alle Menschen wie die Grippe geimpft werden", sagt sie. "Aber im Notfall mit einem neuen Ausbruch sollte der Staat einen solchen Impfstoff sowie ein Testsystem haben."