Die Schutzwirkung der etablierten Covid-19-Impfstoffe ist anfangs sehr robust, lässt jedoch schnell nach. Dies erfordert regelmäßige Auffrischungsimpfungen, was zu einer gewissen Impfzurückhaltung führt. Vor diesem Hintergrund gewinnt ein am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) entwickelter innovativer Vektorimpfstoff an Bedeutung, der in Tiermodellen eine langanhaltende Immunantwort über deutlich längere Zeiträume zeigt. Ein weiterer Vorteil dieses Impfstoffs liegt im verwendeten Vektor, einem murinen Zytomegalievirus (MCMV), das für den Menschen ungefährlich ist, wie das HZI in einer Pressemitteilung schreibt.
Im Jahr 2022 berichtete eine Forschungsgruppe der Abteilung für Virale Immunologie am HZI erstmals über den neuartigen Vektorimpfstoff. Eine kürzlich veröffentlichte Studie, an der nationale und internationale Forschungspartner wie das Max-Delbrück-Centrum in Berlin und die Universität Rijeka in Kroatien beteiligt waren, hat nun anhaltende und breit gefächerte Immunantworten sowie einen antiviralen Schutz im Mausmodell gezeigt. Die Arbeit wurde im Fachjournal 'Frontiers in Immunology' veröffentlicht.
Besonderheiten bei Vektorimpfstoffen
Die Verwendung eines tierischen Zytomegalievirus als Vektor, das sich in menschlichen Zellen nicht vermehren kann, ist ein überzeugender Ansatz, da es die hohe Immunogenität einer natürlichen Infektion mit der Sicherheit eines nicht replizierenden Vektors kombiniert.
Bei Vektorimpfstoffen werden Viren als Träger genutzt, um Bausteine des Erregers, gegen den sich die Impfung richtet, in den menschlichen Körper einzuschleusen. Bei Covid-19-Impfstoffen wird das Gen für die Bauanleitung für das Spike-Protein, das das Coronavirus an Wirtszellen verankert, in die Vektorviren integriert.
Warum MCMV für Vektorimpfstoffe besonders geeignet ist
Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Vektorimpfstoffen sind nicht völlig unbegründet. Werden menschliche Viren als Vektoren verwendet, müssen sie durch genetische Modifikationen abgeschwächt werden.
Das MCMV hingegen kann unverändert eingesetzt werden, da Zytomegalieviren stark wirtsspezifisch sind. Das bedeutet, dass sich das Virus nur in Mauszellen vermehren kann, nicht aber in humanen Zellen, wie die beiden Erstautoren der Studie, Dr. Kristin Metzdorf und Dr. Henning Jacobsen, erläutern. Aufgrund dieser und weiterer Eigenschaften ist das murine CMV besonders gut als Vektor für Impfstoffe geeignet.
Die Forschenden sehen den entscheidenden Vorteil in der langanhaltenden Impfantwort, die mit dem MCMV-Impfstoff bereits nach einer einzigen Dosis erzielt werden kann. Im Tiermodell konnte gezeigt werden, dass die Konzentration, der zur Abwehr des SARS-CoV-2-Virus verfügbaren Antikörper auch sechs Monate nach der Impfung im Falle einer erneuten Infektion stabil bleibt. Ergebnisse aus Kroatien lassen sogar auf eine noch längere Schutzwirkung schließen.
Die doppelte Strategie des Immunsystems
Die Funktionsweise des Immunsystems beruht auf zwei Mechanismen: Erstens werden hochspezifische Antikörper produziert, die gezielt gegen bestimmte Strukturen des Mikroorganismus gerichtet sind und diese neutralisieren.
Der zweite Teil besteht in der Aktivierung von Immunzellen, die infizierte Zellen erkennen und die Erreger aktiv bekämpfen. Hierbei spielen insbesondere CD8+ T-Zellen eine zentrale Rolle. Nach der Impfung mit dem MCMV-Covid-19-Impfstoff, bleiben die im Blut zirkulierenden Antikörper sowie die gegen infizierte Zellen gerichteten CD8+ T-Zellen dauerhaft vorhanden und einsatzbereit.
Mögliche Gründe für die langanhaltende Schutzwirkung der MCMV-Impfstoffe
Die Gründe für die langanhaltende Schutzwirkung von MCMV-Impfstoffen sind noch Gegenstand weiterer Forschungen. Eine mögliche Erklärung könnte darin liegen, dass Zytomegalieviren sich in bestimmten Bereichen ihres Wirts ansiedeln und dort über längere Zeit in einem inaktiven Zustand verweilen – einem Zustand, der als Latenz bekannt ist. Erst wenn das Immunsystem des Wirts geschwächt ist, wechseln die Viren in den aktiven Modus, replizieren und verbreiten sich, und führen zu Krankheitssymptomen.
Es wird angenommen, dass die MCMV-Vektorviren auch im menschlichen Organismus versuchen, sich anzusiedeln. Da der Mensch jedoch nicht ihr natürlicher Wirt ist, kommt es nicht zur Reaktivierung.
Das menschliche Immunsystem reagiert, sobald die MCMV-Vektorviren Proteine produzieren, noch bevor infektiöse Partikel entstehen. Auf diese Weise, so die Theorie, wird die Immunabwehr wiederholt stimuliert und der Impfeffekt aufrechterhalten.
Wie MCMV-Impfstoffe Virusmutationen entgegenwirken
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass die Immunität gegen Coronaviren nicht nur durch den Verlust von Immunzellen abnimmt, sondern auch durch Virusmutationen, die darauf abzielen, der Erkennung durch Antikörper zu entgehen. MCMV-Impfstoffe können diese evolutionären Veränderungen zumindest teilweise verlangsamen.
Für den neuen Impfstoff verwendeten die Wissenschaftler das Spike-Gen der ursprünglichen SARS-CoV-2-Variante. Nach der Impfung mit dem MCMV-Impfstoff wurden spezifische Antikörper zunächst wie erwartet gegen das ursprüngliche Spike-Protein gebildet.
Einige Monate nach der Impfung entstanden jedoch auch Antikörper gegen SARS-CoV-2-Varianten wie Omikron und ihre Zahl nahm zu. Dies ist wahrscheinlich auf einen Mechanismus des Immunsystems zurückzuführen, der darauf abzielt, die Widerstandskraft gegen Angreifer durch Mutationen in den zuständigen Immunzellen zu erhöhen.
Dass dieser Mechanismus durch den MCMV-Impfstoff besonders effektiv unterstützt wird, stellt einen weiteren Vorteil dieser Technologie dar, so die Forschenden.
Der MCMV-Vektor als Plattform für Kombinationsimpfstoffe
Das vorteilhafte Profil des MCMV-Vektors wird durch seine hohe Kapazität zur Aufnahme fremder Gene vervollständigt. Diese werden gegen Virusgene ausgetauscht, die für die Integrität des Virus nicht essenziell sind. Theoretisch ist es möglich, mehrere verschiedene Gene eines Erregers gleichzeitig in das MCMV einzubringen und damit die Impfwirkung und das Aktivitätsspektrum gegen unterschiedliche Virusvarianten zu erhöhen.
Zusätzlich könnte dieser Vektor für die Entwicklung von Kombinationsimpfstoffen genutzt werden, die gleichzeitig gegen mehrere Krankheiten Immunität bieten. Ein konkretes Beispiel wäre die kombinierte Impfung gegen Covid-19 und Influenza.
