Welche Impfstoffe gibt es?

Abbildung 1: Klassifizierung der Impfstoffe in Lebendimpfstoffe und Totimpfstoffe

Lebendimpfstoffe

Das Prinzip der Lebendimpfstoffe beruht auf abgeschwächten (attenuierten), aber noch vermehrungsfähigen Erregern. Nach der Impfung können sie sich in begrenztem Umfang im Körper vermehren und vom Immunsystem als potenzielle Bedrohung erkannt werden. Dadurch wird eine Immunantwort ausgelöst, die einer natürlichen Infektion in vielen Aspekten ähnelt und häufig einen langanhaltenden Impfschutz ermöglicht. Die Erreger sind so abgeschwächt, dass sie bei immungesunden Personen in der Regel keine Erkrankung auslösen. Da sie jedoch weiterhin vermehrungsfähig sind, sind Lebendimpfstoffe nicht für alle Personen geeignet. Insbesondere bei bestimmten Formen der Immunsuppression („Immunschwäche“) können Einschränkungen oder Kontraindikationen bestehen.

Zu den Lebendimpfstoffen zählen beispielsweise Impfstoffe gegen Masern, Mumps und Röteln (MMR), Varizellen, Rotaviren und Gelbfieber. Auch bestimmte Impfstoffe gegen Chikungunya und Typhus sind Lebendimpfstoffe. 

Eine Sonderrolle nehmen die Lebendimpfstoffe der dritten Generation, auch nicht-replizierende Lebendimpfstoffe genannt, ein. Bei ihn ist das Impfvirus so verändert, dass es menschliche Zellen zwar infizieren und dadurch eine Immunantwort auslösen kann, es ist jedoch nicht mehr in der Lage, sich in menschlichen Zellen vollständig zu vermehren. Dadurch kann es keine natürliche Infektion mehr verursachen und darf auch bei immunsupprimierten Personen eingesetzt werden, bei denen vermehrungsfähige Lebendimpfstoffe kontraindiziert wären. Der derzeit einzige relevante Vertreter ist der nicht-replizierende Lebendimpfstoff gegen Mpox.

Totimpfstoffe

Bei der großen Gruppe der Totimpfstoffe handelt es sich um Impfstoffe, die keine vermehrungsfähigen Krankheitserreger enthalten. Je nach Impfstofftyp nutzen sie vollständige abgetötete Erreger oder nur bestimmte Bestandteile eines Erregers als Antigen. 

Diese Antigene werden vom Immunsystem als fremd erkannt und lösen eine spezifische Immunantwort aus. Bei einem späteren Kontakt mit dem Krankheitserreger kann das Immunsystem dadurch schneller und gezielter reagieren und eine Erkrankung verhindern oder ihren Verlauf abmildern.

Ein Beispiel für Ganzpartikelimpfstoffe, die älteste Form der Totimpfstoffe, bei denen vollständige abgetötete Erreger genutzt werden, sind die bis heute verwendeten Injektionsimpfstoffe gegen Poliomyelitis.

Spalt-, Subunit- und Komponentenimpfstoffe

Bei Spalt-, Subunit- und Komponentenimpfstoffen wird nicht der vollständige Krankheitserreger als Antigen eingesetzt, sondern nur ausgewählte Bestandteile des Erregers.

Bei Spaltimpfstoffen wird der zuvor inaktivierte (abgetötete) Erreger mithilfe chemischer oder enzymatischer Verfahren aufgespalten. Für den Impfstoff werden anschließend viele verschiedene Bestandteile des Erregers, eine Art „Antigen-Mischung“, verwendet. Ein typisches Beispiel sind Influenza-Spaltimpfstoffe.

Subunit- und Komponentenimpfstoffe enthalten hingegen gezielt ausgewählte Antigene, beispielsweise ganz bestimmte Proteine oder Zuckermoleküle („Polysaccharide“) aus der Hülle eines Erregers. Diese können aus dem echten Erreger gewonnen oder mithilfe biotechnologischer Verfahren hergestellt werden. Beispiele sind bestimmte Influenza- und Pneumokokken-Impfstoffe. 

Werden die Antigene mithilfe biotechnologischer Verfahren hergestellt, spricht man auch von rekombinanten Impfstoffen. Dazu wird die genetische Information für das gewünschte Antigen in geeignete Produktionszellen eingebracht. Diese produzieren das Antigen, das anschließend aufgereinigt und für den Impfstoff verwendet wird. Ein Beispiel für einen rekombinanten Protein-Subunit-Impfstoff ist der Impfstoff gegen Herpes zoster.

Nach einem ähnlichen Herstellungsprinzip können virusähnliche Partikel (Virus-like Particles, VLPs) erzeugt werden. Sie ähneln in ihrer Struktur einem Virus, enthalten jedoch kein virales Erbgut und sind daher nicht vermehrungsfähig. Ein Beispiel für diese Gruppe von Impfstoffen sind Impfstoffe gegen Gebärmutterhalskrebs (HPV).

Eine besondere Form der Subunit-Impfstoffe sind Konjugatimpfstoffe: Hier werden bakterielle Polysaccharide an ein Trägerprotein gekoppelt, um eine geeignete Immunantwort hervorzurufen. Dieses Prinzip wird beispielsweise bei Impfstoffen gegen Pneumokokken, Meningokokken und Haemophilus influenzae Typ b (Hib) eingesetzt.

Toxoidimpfstoffe

Bei manchen bakteriellen Erkrankungen sind die von den Bakterien gebildeten Toxine (Giftstoffe) wesentlich für die Krankheitsentstehung. Bei Toxoidimpfstoffen werden diese Toxine so inaktiviert, dass sie ihre krankmachende Wirkung verlieren, vom Immunsystem aber weiterhin erkannt werden können. Die entstandenen Toxoide dienen als Antigene und lösen eine Immunantwort gegen das entsprechende Toxin aus. Typische Beispiele sind Impfstoffe gegen Tetanus und Diphtherie.

Genbasierte Impfstoffe: mRNA-Impfstoffe und Vektorimpfstoffe

Genbasierte Impfstoff enthalten nicht das fertige Antigen, sondern nur dessen genetischen Bauplan. Bei mRNA-Impfstoffen liegt dieser Bauplan in Form von Messenger-RNA (mRNA) vor. Beim Antigen handelt es sich meist um einige ausgewählte Proteine des Erregers, nicht um einen vollständigen, vermehrungsfähigen Erreger. Nach der Impfung nehmen Körperzellen die mRNA auf und stellen anhand der dort gespeicherten Informationen vorübergehend das entsprechende Antigen her. Dieses wird vom Immunsystem erkannt und löst eine spezifische Immunantwort aus. Die mRNA wird anschließend durch natürliche zelluläre Prozesse wieder abgebaut. Ein bekanntes Beispiel sind mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19.

Ein ähnliches Wirkprinzip machen sich die Vektorimpfstoffe zu Nutze. Hier wird die genetische Information für ein ausgewähltes Antigen des Erregers nicht als mRNA, sondern mithilfe eines harmlosen Trägervirus (Vektor) in die Körperzellen eingeschleust. Die Zellen stellen daraufhin vorübergehend das entsprechende Antigen her, das vom Immunsystem erkannt wird und eine spezifische Immunantwort auslöst. Der Vektor kann sich dabei nicht oder nur sehr eingeschränkt vermehren und dient ausschließlich als Transportmittel für die genetische Information. Bekannte Beispiele sind die Vektor-Impfstoffe gegen COVID-19.

Was ist neben dem Antigen noch im Impfstoff enthalten?

Neben dem eigentlichen Antigen oder der genetischen Information für das Antigen können Impfstoffe weitere Bestandteile enthalten. Diese unterstützen beispielsweise die Immunantwort, stabilisieren den Impfstoff oder erleichtern die Aufnahme in die Zellen.

Adjuvanzien

Einige Totimpfstoffe enthalten zusätzlich sogenannte Adjuvanzien (Wirkverstärker). Sie können die Immunantwort auf das enthaltene Antigen gezielt beeinflussen und so zu einer ausreichend starken, langanhaltenden Immunantwort beitragen. Ob und welches Adjuvans eingesetzt wird, hängt vom Antigen, der Impfstoffformulierung und der gewünschten Immunantwort ab. Lebendimpfstoffe benötigen in der Regel keine zusätzlichen Adjuvanzien.

Zu den seit Langem eingesetzten Adjuvanzien gehören beispielsweise Aluminiumverbindungen. Daneben stehen moderne Adjuvanssysteme zur Verfügung, um die gewünschte Immunantwort gezielt zu unterstützen. Solche Adjuvanssysteme kommen beispielsweise in Impfstoffen gegen Herpes Zoster oder RSV zum Einsatz.

Mehr zur Wirkweise und zu verschiedenen Adjuvanzien erfahren Sie in unserem vertiefenden Artikel zu Adjuvanzien.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Immunantwort nach Injektion eines Totimpfstoffs mit Adjuvans im Vergleich zur Injektion desselben Totimpfstoffs ohne Adjuvans.  

Stabilisatoren und weitere Hilfsstoffe

Stabilisatoren tragen dazu bei, die Eigenschaften des Impfstoffs während Lagerung und Transport zu erhalten. Je nach Impfstoff können verschiedene Zuckermoleküle, Aminosäuren oder Proteine eingesetzt werden. Salze und Puffersubstanzen sorgen für geeignete Bedingungen innerhalb der Impfstoffformulierung.

Konservierungsstoffe

Bestimmte Impfstoffe können Konservierungsstoffe enthalten, insbesondere bei Mehrdosenbehältnissen. Sie dienen dazu, eine mikrobielle Verunreinigung nach dem Öffnen zu verhindern.

Lipide in mRNA-Impfstoffen

Bei mRNA-Impfstoffen wird die empfindliche mRNA in Lipidnanopartikel verpackt. Diese schützen die mRNA vor vorzeitigem Abbau und unterstützen ihre Aufnahme in die Zellen.