Malariaimpfstoff

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Ein Malariaimpfstoff ist ein Impfstoff gegen Plasmodien, die Erreger der Malaria. Die Entwicklung von Malariaimpfstoffen stellt in der Forschung eine besondere Herausforderung dar, da Malariaerkrankungen in Menschen keine vollständige Immunität gegen weitere Erkrankungen hervorrufen. Die Strategie, Menschen mit abgeschwächten oder getöteten Erregern zu injizieren um eine Immunreaktion auszulösen, ist somit deutlich weniger praktikabel, als es bei etablierten Impfungen wie zum Beispiel der Grippe oder Polio der Fall ist.[1]

Aktuell gibt es weltweit nur einen einzigen im Zulassungsverfahren befindlichen Malariaimpfstoff, genannt RTS,S. Die Effektivität des Impfstoffes ist zwar vergleichsweise niedrig, stellt aber dennoch einen wesentlichen Fortschritt dar und wurde deshalb 2015 von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für ein vorläufiges Impfprogramm empfohlen, welches 2019 in Ghana, Kenia, und Malawi begann.[2] Basierend auf den Pilotversuchen empfahl die WHO im Oktober 2021 die breite Anwendung des Vakzins RTS,S für den Kampf gegen Malaria.[3]

Allgemeines

Lebenszyklus der Plasmodien in Mensch und Moskito. Präerythrozytäre Impfstoffe richten sich gegen den Erreger außerhalb der Erythrozyten (A), erythrozytäre dagegen innerhalb der Erythrozyten (B) und transmissionsblockierende Impfstoffe gegen die Parasiten im Mückenmagen (C).

Es werden vier für Menschen gefährliche Spezies von Malaria-Erregern unterschieden. Theoretisch müsste gegen jede Spezies ein eigener Impfstoff entwickelt werden. Da Plasmodium falciparum jedoch 80 % aller Erkrankungen und 90 % aller Todesfälle weltweit verursacht, konzentriert sich die Forschung vor allem auf diese Spezies.[4]

Plasmodium bietet innerhalb seines Lebenszyklus verschiedene Ansatzpunkte für die Wirkung von Impfstoffen:[5]

  • Die sog. präerythrozytären Impfstoffe sind am weitesten entwickelt. Hierbei richtet der Impfstoff gegen die Parasiten in der Phase auf dem Weg von der Einstichstelle in die Leber (Sporozoiten) und während ihres Aufenthaltes in der Leber (Übergang vom Sporozoit zum Leberschizonten) – die Erreger befinden sich damit noch nicht in den Erythrozyten.
  • Dagegen sollen erythrozytäre Impfstoffe gegen die Parasiten immunisieren, die sich in einer späteren Phase im Blut in asexueller Weise zyklisch vermehren (Merozoiten, Trophozoiten, Schizonten).
  • Gegen die sexuellen Formen des Parasiten (Gametozyten, hierbei ist der Wirkort der Mückenmagen) werden sog. transmissionsblockierende Impfstoffe entwickelt.
  • Schließlich kombinieren Multistadiumimpfstoffe (multistage vaccines) Impfstoffe mit Impfantigenen aus den verschiedenen Stadien des Zyklus des Marlariaerregers.

RTS,S

Der präerythrozytäre Impfstoff RTS,S (vermarktet als Mosquirix) besteht aus Teilen des Circumsporozoitproteins (CSP) aus P. falciparum, das an HBsAg gekoppelt wurde und einem Adjuvans,[6] wodurch neutralisierende Antikörper induziert werden.[7] Der Pharmakonzern GlaxoSmithKline (GSK) hat RTS,S zusammen mit der PATH Malaria Vaccine Initiative über einen Zeitraum von rund 30 Jahren entwickelt und erprobt. Die Bill & Melinda Gates Foundation finanzierte die Forschung mit.[8] Die Effizienz liegt je nach Alter der geimpften Kinder zwischen 36,3 und 25,9 % bei drei Impfungen plus einer Boosterimpfung. Der Schutz ist dabei in den ersten 2 Jahren am größten und fällt kontinuierlich ab.[9]

Die Pilotierung durch ein von der WHO koordiniertes Programm in Ghana, Kenia und Malawi startete 2019.[10] Nach Pilotversuchen mit 800.000 Kindern, bei denen tödliche Krankheitsverläufe laut der WHO um 30 % zurückgegangen waren, sprach die WHO im Oktober 2021 eine Empfehlung für eine breite Anwendung von RTS,S bei Kindern in Subsahara-Afrika und in anderen Malaria-Regionen aus.[11]

Historie

Erste Impfversuche gegen Malaria wurden 1948 mit inaktivierten Merozoiten von Plasmodium falciparum durchgeführt.[12] Jedoch existierte keine zuverlässige Methode zur Zählung der Plasmodien und die Nebenwirkungen des Adjuvans waren ausgeprägt. Ab 1967 wurden röntgenbestrahlte Sporozoiten von P. berghei eingesetzt, die zuvor aus den Speicheldrüsen infizierter Mosquitos isoliert worden waren.[13][14] Eine Beschränkung der Methode war die Gewinnung ausreichender Mengen an Sporozoiten.

Als einer der ersten Impfstoffkandidaten wurde SPf66 (Serum Plasmodium falciparum version 66) in den 1990er Jahren ausgiebig in Endemiegebieten in Afrika, Asien und Südamerika erprobt.[15] Bei SPf66 handelt es sich um einen synthetischen Peptidimpfstoff, er wurde von Manuel Elkin Patarroyo und Kollegen an der Universidad Nacional de Colombia entwickelt.[16] SPf66 besteht aus drei Peptid-Epitopen aus P. falciparum von verschiedenen Malariaproteinen der asexuellen Entwicklungsphase im Blut. Die Peptide sind durch die Linkersequenz Pro-Asn-Ala-Asn-Pro (PNANP) aus dem Circumsporozoitprotein von P. falciparum verbunden. In klinischen Versuchen zeigte der Impfstoff aber eine unbefriedigende bzw. gar keine Wirkung.[15] Zudem erkrankten geimpfte Kinder mit hohen Antikörpertitern gegen SPf66 bis zu 2 Jahre nach Impfung häufiger als Malaria als ungeimpfte Kinder.[5]

Impfstoffe in der Entwicklung

Lebendimpfstoffe

In den 1970er Jahren wurde bei röntgenbestrahlten Sporozoiten beobachtet, dass diese zur Ausbildung einer sterilen Immunität führen.[5][17] Dies passiert auch bei natürlich vorkommenden Sporozoiten.[18] Sporozoiten werden während des Blutsaugens einer infizierten Anophelesmücke übertragen. Für einen praktischen Einsatz als Impfstoff müssen Sporozoiten aber auf ihre Entwicklungsphase in der Leber beschränkt werden, damit sich eine u. U. lebensgefährliche Erkrankung klinisch nicht manifestiert und Malaria nicht ausbricht (Parasitämie).[18] Das Arretieren in der präerythrozytären Entwicklungsphase kann chemoprophylaktisch durch malariaspezifische Medikamente, durch Röntgenbestrahlung der Sporozoiten (Attenuierung) oder via gentechnische Verfahren erreicht werden.

Für die Herstellung solcher Impfstoffe müssen daher lebende Sporozoiten isoliert werden, die aus den Speicheldrüsen infizierter Anophelesmücken stammen – eine in-vitro-Kultivierung ist nicht möglich.[19] In Labors werden hierfür Anophelesmücken gezüchtet, mit Plasmodien infiziert, die herangereiften Sporozoiten aus den Mücken extrahiert, gereinigt und dann für die weitere Verwendung bzw. den Transport eingefroren.[5]

Selbst wenn auf Sporozoiten-basierende Impfstoffkandidaten eine hohe Wirksamkeit zeigen sollten, wirken sich verschiedene Faktoren für eine breite Anwendung bzw. eine Aufnahme in nationalen Impfprogramme malariaendemischer Länder sehr nachteilig aus. So ist die Herstellung des Impfstoffes aufwendig und teuer, er muss bei −180 °C in flüssigen Stickstoff gelagert werden.[5] Herausfordernd ist zudem die Art der Impfung, sie erfolgt im Gegensatz zu vielen (Tot-)Impfstoffen intravenös (direct venous inoculation).

PfSPZ

Ab 2003 wird der präerythrozytäre Impfstoff PfSPZ untersucht, bestehend aus röntgenbestrahlten Sporozoiten von P. falciparum; er wird intravenös injiziert.[20][5] Der Impfstoffname setzt sich zusammen aus dem Namen des Parasiten, gegen den er gerichtet ist (Pf), sowie dessen Entwicklungsphase als Sporozoit (SPZ).[21] Der Impfschutz wird durch zytotoxische T-Zellen vermittelt.[22] Nach positiven Ergebnissen im Labor sollte im Jahr 2020 eine Studie mit 2.100 Teilnehmern auf Bioko starten.[21]

PfSPZ-CVac

Im Juli 2021 wurden die Ergebnisse einer Phase-I-Studie mit einem PfSPZ-CVac genannten Lebendimpfstoff des Herstellers Sanaria veröffentlicht. Der Impfstoff enthält ebenso wie PfSPZ die Sporozoiten von P. falciparum. Anders als bei PfSPZ werden die kryokonservierten Erreger hier nicht bestrahlt und sind daher vermehrungsfähig. Das mit dem Verabreichen eines Lebendimpfstoffs (intravenös, „Vac“) verbundene Infektionsrisiko soll stattdessen mit einer gleichzeitigen medikamentösen Chemoprophylaxe („C“) unterbunden werden.[23] In der einer kleinen Phase-I-Studie wurden Pyrimethamin und Chloroquin als Chemoprophylaxe verwendet.[17]

PfGAP3KO

Bei dem Impfstoffkandiaten PfGAP3KO wurden die Sporozoiten gentechnisch so verändert, dass sie sich nicht mehr in der Leber vermehren können.[18][19] In der Literatur werden die so attenuierten Sporozoiten als genetisch attenuierte Parasiten (genetically-attenuated parasites, GAP) bezeichnet. Bei PfGAP3KO wurden die drei Gene p52, p36 und sap1 inaktiviert (Gen-Knockout), daher „3KO“.[18]

mRNA-Impfstoffe

Unterstützt von der Bill & Melinda Gates Foundation kündigte CureVac im Jahr 2018 an, einen mRNA-basierten Impfstoff zu erforschen, der ebenfalls auf Plasmodium falciparum abzielt.[24] 2021 kündigte mit BioNTech ein weiteres Unternehmen die Entwicklung eines Malaria-Impfstoffs auf mRNA-Basis an. Eine erste klinische Studie solle bis Ende 2022 starten.[25]

R21/Matrix-M

Vergleich der Konstrukte RTS,S und R21, die aus Teilen des Circumsporozoitenproteins und HBsAg zusammengesetzt sind.

R21/Matrix-M ist eine Weiterentwicklung von RTS,S,[26] kombiniert mit einem Saponin-Adjuvans (Matrix-M) des Unternehmens Novavax.[27] Im Vergleich zu RTS,S ist der Anteil des verwendeten Circumsporozoitenprotein (CSP)-Antigens gegenüber dem ebenfalls enthaltenen Hepatitis B-Antigen größer.[18]

Im September 2022 wurden die Daten des Impfstoffkandidaten R21/Matrix-M in einer Phase-I/IIb-Studie an 5 bis 17 Monate alten Säuglingen und Kleinkindern ausgewertet. Hierbei sind vierfach geimpfte Kinder (Boosterimpfung ein Jahr nach dreifacher Grundimmunisierung) ca. 80 Prozent besser vor Erkrankungen geschützt als Probanden in der Kontrollgruppe (Tollwutimpfstoff Rabivax-S). Damit überschreitet R21/Matrix-M erstmals eine von der WHO gesetzten Schwelle von 75 % Wirksamkeit.[28]

Die Wirksamkeit und Verträglichkeit des Impfstoffkandidaten wird in einer Phase III-Studie mit 4800 Probanden an fünf Orten in Ost- und Westafrika untersucht.[28]

Immunologie

Experimentelle Ansätze untersuchen im Zuge der Impfstoffentwicklung als Antigene unter anderem das Circumsporozoitprotein CSP, MSP-1, PfEMP1, RIFIN, STEVOR, SURFIN, EBA, PfRh2 und PfRh4.[29][30] Antigene des Leberstadiums der Plasmodien sind z. B. LSA-3, STARP und SALSA.[31] Experimentelle Anwendungsformen umfassen DNA-Impfstoffe[30] und fliegende Spritzen.

Literatur

  • Camila Marques-da-Silva et al.: Pre-Erythrocytic Vaccines against Malaria. In: Vaccines. Band 8, Nr. 3, September 2020, S. 400, doi:10.3390/vaccines8030400, PMID 32708179, PMC 7565498 (freier Volltext) – (englisch).
  • Liriye Kurtovic et al.: Recent clinical trials inform the future for malaria vaccines. In: Communications Medicine. Band 1, 2021, S. 26, doi:10.1038/s43856-021-00030-2, PMID 35602185, PMC 9053263 (freier Volltext) – (englisch).
  • Wolfram Gottfried Metzger et al.: Entwicklung von Impfstoffen gegen Malaria – aktueller Stand. In: Bundesgesundheitsblatt - Gesundheitsforschung - Gesundheitsschutz. Band 63, Nr. 1, Januar 2020, S. 45–55, doi:10.1007/s00103-019-03070-1, PMID 31828371, PMC 7223738 (freier Volltext).

Einzelnachweise

  1. ↑ CDC-Centers for Disease Control and Prevention: CDC - Malaria - Malaria Worldwide - How Can Malaria Cases and Deaths Be Reduced? - Vaccines. 28. Januar 2019, abgerufen am 14. März 2021 (englisch).
  2. ↑ Karen McVeigh: Malawi starts landmark pilot of first ever child malaria vaccine. In: The Guardian. 23. April 2019, abgerufen am 15. März 2021 (englisch).
  3. ↑ WHO recommends groundbreaking malaria vaccine for children at risk, Pressemitteilung der Weltgesundheitsorganisation vom 6. Oktober 2021.
  4. ↑ Bruno Douradinha, Maria M. Mota, Adrian J. F. Luty, Robert W. Sauerwein: Cross-Species Immunity in Malaria Vaccine Development: Two, Three, or Even Four for the Price of One? In: Infection and Immunity. Band 76, Nr. 3, 1. März 2008, ISSN 0019-9567, S. 873–878, doi:10.1128/IAI.00431-07, PMID 18056479.
  5. ↑ a b c d e f Wolfram Gottfried Metzger et al.: Entwicklung von Impfstoffen gegen Malaria – aktueller Stand. In: Bundesgesundheitsblatt - Gesundheitsforschung - Gesundheitsschutz. Band 63, Nr. 1, Januar 2020, S. 45–55, doi:10.1007/s00103-019-03070-1, PMID 31828371, PMC 7223738 (freier Volltext).
  6. ↑ P. Graves, H. Gelband: Vaccines for preventing malaria (pre-erythrocytic). In: The Cochrane database of systematic reviews. Nummer 4, 2006, S. CD006198, doi:10.1002/14651858.CD006198, PMID 17054280.
  7. ↑ L. Foquet, C. C. Hermsen, G. J. van Gemert, E. Van Braeckel, K. E. Weening, R. Sauerwein, P. Meuleman, G. Leroux-Roels: Vaccine-induced monoclonal antibodies targeting circumsporozoite protein prevent Plasmodium falciparum infection. In: The Journal of clinical investigation. Band 124, Nummer 1, Januar 2014, S. 140–144, doi:10.1172/JCI70349, PMID 24292709, PMC 3871238 (freier Volltext).
  8. ↑ Spiegel.de: EU-Arzneimittelbehörde: Erster Malaria-Impfstoff kurz vor der Zulassung, abgerufen am 24. Juli 2015.
  9. ↑ Tinto H. et al. Efficacy and safety of RTS,S/AS01 malaria vaccine with or without a booster dose in infants and children in Africa: final results of a phase 3, individually randomised, controlled trial In: Lancet. N2015 Jul 4;386(9988), doi:10.1016/S0140-6736(15)60721-8, PMID 25913272.
  10. ↑ Wolfgang Geissel: WHO startet Pilotprojekt zur Malaria-Impfung. Ärztezeitung, 30. April 2019, abgerufen am 21. September 2019.
  11. ↑ tagesschau.de: Kampf gegen Infektionskrankheit: WHO empfiehlt Malaria-Impfstoff für Kinder. In: tagesschau.de. Abgerufen am 6. Oktober 2021.
  12. ↑ Jules Freund et al.: Immunization of monkeys against malaria by means of killed parasites with adjuvants. In: The American journal of tropical medicine and hygiene. Band 28, Nr. 1, Januar 1948, doi:10.4269/ajtmh.1948.s1-28.1, PMID 18898694 (englisch).
  13. ↑ Ruth Sonntag Nussenzweig et al.: Protective immunity produced by the injection of x-irradiated sporozoites of plasmodium berghei. In: Nature. Band 216, Nr. 5111, 14. Oktober 1967, S. 160–162, doi:10.1038/216160a0, PMID 6057225 (englisch).
  14. ↑ Karl H. Rieckmann et al.: Letter: Sporozoite induced immunity in man against an Ethiopian strain of Plasmodium falciparum. In: Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene. Band 68, Nr. 3, 1974, S. 258–259, doi:10.1016/0035-9203(74)90129-1, PMID 4608063 (englisch).
  15. ↑ a b Patricia M. Graves, Hellen Gelband: Vaccines for preventing malaria (SPf66). In: The Cochrane Database of Systematic Reviews. Band 2006, Nr. 2, 19. April 2006, S. CD005966, doi:10.1002/14651858.CD005966, PMID 16625647, PMC 6532709 (freier Volltext) – (englisch).
  16. ↑ Manuel Elkin Patarroyo et al.: Induction of protective immunity against experimental infection with malaria using synthetic peptides. In: Nature. Band 328, Nr. 6131, 13. August 1987, S. 629–632, doi:10.1038/328629a0, PMID 3302727 (englisch).
  17. ↑ a b Agnes Mwakingwe-Omari et al.: Two chemoattenuated PfSPZ malaria vaccines induce sterile hepatic immunity. In: Nature. Band 595, Nr. 7866, Juli 2021, S. 289–294, doi:10.1038/s41586-021-03684-z, PMID 34194041 (englisch).
  18. ↑ a b c d e Camila Marques-da-Silva et al.: Pre-Erythrocytic Vaccines against Malaria. In: Vaccines. Band 8, Nr. 3, September 2020, S. 400, doi:10.3390/vaccines8030400, PMID 32708179, PMC 7565498 (freier Volltext) – (englisch).
  19. ↑ a b Liriye Kurtovic et al.: Recent clinical trials inform the future for malaria vaccines. In: Communications Medicine. Band 1, 2021, S. 26, doi:10.1038/s43856-021-00030-2, PMID 35602185, PMC 9053263 (freier Volltext) – (englisch).
  20. ↑ Thomas C. Luke, Stephen L. Hoffman: Rationale and plans for developing a non-replicating, metabolically active, radiation-attenuated Plasmodium falciparum sporozoite vaccine. In: The Journal of Experimental Biology. Band 206, Pt 21, November 2003, S. 3803–3808, doi:10.1242/jeb.00644, PMID 14506215 (englisch).
  21. ↑ a b Declan Butler: Promising malaria vaccine to be tested in first large field trial. In: Nature. 16. April 2019, doi:10.1038/d41586-019-01232-4 (englisch).
  22. ↑ J. E. Epstein, K. Tewari, K. E. Lyke, B. K. Sim, P. F. Billingsley, M. B. Laurens, A. Gunasekera, S. Chakravarty, E. R. James, M. Sedegah, A. Richman, S. Velmurugan, S. Reyes, M. Li, K. Tucker, A. Ahumada, A. J. Ruben, T. Li, R. Stafford, A. G. Eappen, C. Tamminga, J. W. Bennett, C. F. Ockenhouse, J. R. Murphy, J. Komisar, N. Thomas, M. Loyevsky, A. Birkett, C. V. Plowe, C. Loucq, R. Edelman, T. L. Richie, R. A. Seder, S. L. Hoffman: Live attenuated malaria vaccine designed to protect through hepatic CD8⁺ T cell immunity. In: Science. Band 334, Nummer 6055, Oktober 2011, S. 475–480, doi:10.1126/science.1211548, PMID 21903775.
  23. ↑ Malaria: Lebendimpfstoff überzeugt in Phase-1-Studie. In: Ärzteblatt. 1. Juli 2021, abgerufen am 26. Juli 2021.
  24. ↑ Amber Tong: CureVac to develop mRNA-based flu, malaria vaccines with new Gates Foundation grants. In: Endpoint News. 15. Februar 2018, abgerufen am 14. März 2018 (englisch).
  25. ↑ Tödliche Infektionskrankheit: BioNTech kämpft gegen Malaria. In: faz.net. 26. Juli 2021, abgerufen am 26. Juli 2021.
  26. ↑ Katharine A. Collins et al.: Enhancing protective immunity to malaria with a highly immunogenic virus-like particle vaccine. In: Scientific Reports. Band 7, 19. April 2017, S. 46621, doi:10.1038/srep46621, PMID 28422178, PMC 5395940 (freier Volltext) – (englisch).
  27. ↑ Malaria vaccine becomes first to achieve WHO-specified 75% efficacy goal. In: eurekalert.org. 23. April 2021, abgerufen am 25. April 2021.
  28. ↑ a b Mehreen S. Datoo et al.: Efficacy and immunogenicity of R21/Matrix-M vaccine against clinical malaria after 2 years' follow-up in children in Burkina Faso: a phase 1/2b randomised controlled trial. In: The Lancet Infectious Diseases. Band 0, Nr. 0, 7. September 2022, doi:10.1016/S1473-3099(22)00442-X, PMID 36087586 (englisch).
  29. ↑ J. A. Chan, F. J. Fowkes, J. G. Beeson: Surface antigens of Plasmodium falciparum-infected erythrocytes as immune targets and malaria vaccine candidates. In: Cellular and molecular life sciences : CMLS. Band 71, Nummer 19, Oktober 2014, S. 3633–3657, doi:10.1007/s00018-014-1614-3, PMID 24691798, PMC 4160571 (freier Volltext).
  30. ↑ a b V. Lorenz, G. Karanis, P. Karanis: Malaria vaccine development and how external forces shape it: an overview. In: International journal of environmental research and public health. Band 11, Nummer 7, Juli 2014, S. 6791–6807, doi:10.3390/ijerph110706791, PMID 24983392, PMC 4113845 (freier Volltext).
  31. ↑ W. N. Chia, Y. S. Goh, L. Rénia: Novel approaches to identify protective malaria vaccine candidates. In: Frontiers in microbiology. Band 5, 2014, S. 586, doi:10.3389/fmicb.2014.00586, PMID 25452745, PMC 4233905 (freier Volltext).
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