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Die zentralen Thesen
- Ein neuartiger Messenger-RNA (mRNA) -Impfstoff wurde der erste COVID-19-Impfstoff, der in den USA für den Notfall zugelassen ist
- Die Forscher arbeiten an 10 verschiedenen bestehenden Impfstoffmodellen, um COVID-19-Impfstoffe herzustellen
- Ein Impfstoff muss zu mindestens 70% wirksam sein, um COVID-19 auszurotten
- Das schnelle Verfolgen eines Impfstoffs bedeutet, Sicherheitsvorkehrungen zu umgehen
Der Wettlauf um einen sicheren und wirksamen Impfstoff gegen COVID-19 (Coronavirus-Krankheit 2019) ist in der modernen Krankengeschichte beispiellos. Nicht seit der AIDS-Pandemie, wenn in den 1980er und 90er Jahren Wissenschaftler, Regierungen und Unternehmen zusammenkommen, um Wissen und Ressourcen auszutauschen, die eines Tages zur Entwicklung eines vollständig schützenden Impfstoffs führen könnten.
Wie bei der AIDS-Pandemie müssen Wissenschaftler viel über das Virus lernen.
Aber es gibt Hoffnung. Bis Dezember 2020 befanden sich in Nordamerika, Europa und Asien nicht weniger als 233 Impfstoffkandidaten in der aktiven Entwicklung, mit dem Ziel, bis 2021 mindestens einen vollständig auf den Markt zu bringen.
Am 11. Dezember erteilte die Food and Drug Administration (FDA) die Genehmigung zur Notfallverwendung für einen von Pfizer und BioNTech gemeinsam entwickelten COVID-19-Impfstoffkandidaten. Diese Notfallverwendung ist für Personen ab 16 Jahren zugelassen. Einem anderen COVID-19-Impfstoffkandidaten von Moderna wurde am 18. Dezember die Genehmigung für den Notfall erteilt. Beide Impfstoffe sind neuartige Messenger-RNA-Impfstoffe (mRNA), die genetische Anweisungen für unsere Immunzellen enthalten, um Teil eines Proteins zu werden, das eine Immunantwort auf COVID auslöst -19.
Warum das wichtig ist
So entmutigend die Herausforderungen auch erscheinen mögen, ein Impfstoff bleibt der wirksamste Weg, um die globalen Sperren und sozialen Distanzierungsmaßnahmen zu verhindern, die die frühe COVID-19-Pandemie definiert haben.
Ziele und Herausforderungen
Die Zeitleiste selbst stellt enorme Herausforderungen. Angesichts der Tatsache, dass die Entwicklung von Impfstoffen vom Beginn der präklinischen Forschung bis zu den endgültigen behördlichen Zulassungen durchschnittlich 10,71 Jahre dauert, haben Wissenschaftler die Aufgabe, den Zeitplan auf eine Weise zu komprimieren, die in der Impfstoffforschung weitgehend unbekannt ist.
Damit ein Impfstoff als lebensfähig angesehen werden kann, muss er sicher, kostengünstig, stabil, im Produktionsmaßstab leicht herzustellen und möglichst vielen der 7,8 Milliarden Menschen auf dem Planeten verabreicht werden können.
Wenn ein Impfstoff die Pandemie beenden soll, muss er gleichzeitig ein hohes Maß an Wirksamkeit aufweisen, das sogar höher ist als das des Grippeimpfstoffs. Alles andere kann die Ausbreitung von Infektionen mildern, aber nicht stoppen.
Nur 6% der in der Entwicklung befindlichen Impfstoffe werden von der präklinischen Forschung bis zur Markteinführung hergestellt.
Wirksamkeit des Impfstoffs
Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) muss ein Impfstoff, um COVID-19 vollständig auszurotten, auf Bevölkerungsbasis mindestens 70% wirksam sein und mindestens ein Jahr lang dauerhaften Schutz bieten. Auf dieser Ebene wäre das Virus weniger in der Lage zu mutieren, wenn es von Person zu Person übergeht, und würde eher eine Herdenimmunität erzeugen (bei der große Teile der Bevölkerung eine Immunresistenz gegen das Virus entwickeln).
Diese Benchmarks sind unglaublich ehrgeizig, aber nicht unmöglich.
Bei einer Wirksamkeit von 60% behauptet die WHO, dass es immer noch zu Ausbrüchen kommen würde und dass die Herdenimmunität nicht aggressiv genug aufgebaut würde, um die Pandemie zu beenden.
Ein COVID-19-Impfstoff mit einer Wirksamkeit von 50% ist zwar für Hochrisikopersonen von Vorteil, würde jedoch weder Ausbrüche verhindern noch die Belastung der Gesundheitssysteme an vorderster Front verringern, falls ein Ausbruch auftritt.
Die Wirksamkeit des Influenza-Impfstoffs lag beispielsweise in der Grippesaison 2019-2020 nach Angaben der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) unter 45%. Einige der einzelnen Impfstoffkomponenten waren nur zu 37% wirksam.
mRNA-Impfstoffe für COVID-19
Pfizer gab am 18. November bekannt, dass seine Impfstoff-Phase-III-Studie eine Wirksamkeit von 95% gegen COVID-19 aufweist. Moderna gab am 30. November bekannt, dass seine Impfstoff-Phase-III-Studie eine Wirksamkeit von 94% gegen COVID-19 insgesamt und eine 100% ige Wirksamkeit gegen schwere Krankheiten aufweist Für diese Studien steht noch ein Peer Review an.
Die Gesundheitsbehörden können einen Impfstoff mit nicht optimaler Wirksamkeit genehmigen, wenn der Nutzen (insbesondere für ältere und arme Menschen) die Risiken überwiegt.
Kosten
Ein Impfstoff kann nicht als lebensfähig angesehen werden, wenn er nicht erschwinglich ist.
Im Gegensatz zum Grippeimpfstoff, der durch Injektion des Virus in Hühnereier in Massenproduktion hergestellt wird, können weder COVID-19 noch seine Coronavirus-Cousins (wie SARS und MERS) in Eiern reproduziert werden. Daher ist eine völlig neue Produktionstechnologie erforderlich, um das Produktionsvolumen des jährlichen Grippeimpfstoffs zu erreichen, von dem jedes Jahr in den USA über 190 Millionen Dosen geliefert werden.
Neue genetische Impfstoffe, einschließlich der Impfstoffkandidaten Pfizer-BioNTech und Moderna, werden in Reagenzgläsern oder Tanks entwickelt. Sie müssen nicht in Eiern oder Zellen gezüchtet werden, was Zeit und Kosten bei der Entwicklung spart. Obwohl dies das erste Mal ist, dass sie in Massenproduktion hergestellt werden, sind die vollen Kosten und viele Logistik noch unbekannt.
Die USA haben Verträge zum Kauf von Dosen der mRNA-Impfstoffkandidaten von Pfizer-BioNTech und Moderna abgeschlossen, aber die Kosten und die Zugänglichkeit dieser und anderer Impfstoffe in vielen Ländern der Welt sind noch unbestimmt.
Die US-Regierung hat mit Pfizer und BioNTech einen Vertrag über eine Erstbestellung von 100 Millionen Dosen für 1,95 Milliarden US-Dollar und die Rechte zum Erwerb von bis zu 500 Millionen zusätzlichen Dosen abgeschlossen. Diejenigen, die den Impfstoff erhalten, erhalten ihn kostenlos. Der Impfstoff wurde auch in Großbritannien, Bahrain, Saudi-Arabien, Kanada und Mexiko für den Notfall zugelassen.
Die Bundesregierung hat mit Moderna einen Vertrag über 1,5 Milliarden US-Dollar über 100 Millionen Dosen des Impfstoffs und die Option, weitere 400 Millionen Dosen zu erwerben (sie hat bereits weitere 100 Millionen beantragt). Es half auch bei der Finanzierung seiner Entwicklung mit einem Vertrag über 955 Millionen US-Dollar, womit sich die anfängliche Gesamtsumme auf 2,48 Milliarden US-Dollar belief. Wenn es eine Notfallgenehmigung erhält, wird es auch kostenlos an Menschen in den USA vergeben.
Verteilung
Nachdem COVID-19-Impfstoffe entwickelt wurden, besteht die nächste Herausforderung darin, sie fair zu verteilen, insbesondere wenn die Produktionskapazität begrenzt ist. Dies erfordert umfangreiche epidemiologische Untersuchungen, um festzustellen, bei welchen Populationen das größte Risiko für Krankheit und Tod besteht.
Um diese Bedenken zu umgehen, empfahlen einige Experten, die Finanzierung für bewährte Impfstoffmodelle zu verwenden, die eher skalierbar sind als für experimentelle, für die möglicherweise strukturelle Investitionen in Milliardenhöhe erforderlich sind, bevor die erste Zuteilung des Impfstoffs überhaupt erfolgt produziert.
Es wurden jedoch erhebliche Investitionen in experimentelle Impfstoffe getätigt, auch wenn diese eine Herausforderung für die Massenverteilung darstellen, einschließlich potenzieller Kosten und extrem kalter Temperaturanforderungen für den Pfizer-BioNTech-Impfstoff, für den spezielle Gefriergeräte erforderlich sind.
Pfizer und BioNTech prognostizieren eine weltweite Produktion von bis zu 50 Millionen Dosen im Jahr 2020 und bis zu 1,3 Milliarden Dosen bis Ende 2021. Moderna prognostiziert eine Produktion von ungefähr 20 Millionen Dosen, die bis Ende 2021 in den USA versandbereit sind 2020 und eine weltweite Produktion von 500 Millionen bis 1 Milliarde Dosen im Jahr 2021.
Ethische Dilemmata
Durch die schnelle Verfolgung eines Impfstoffs werden einige der Checks and Balances minimiert, die die Sicherheit von Menschen gewährleisten sollen. Dies bedeutet nicht, dass dies unmöglich ist. Es erfordert lediglich eine stärkere Aufsicht von Aufsichtsbehörden wie der WHO, den National Institutes of Health (NIH), der Europäischen Arzneimittel-Agentur (EMA) und der chinesischen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (CFDA), um sicherzustellen, dass die Forschung sicher durchgeführt wird und ethisch.
Selbst bei größerer behördlicher Kontrolle hat der Wettlauf um die Herstellung eines marktreifen Impfstoffs innerhalb von zwei Jahren Bedenken bei Ethikern ausgelöst, die argumentieren, dass Sie einen Impfstoff nicht schnell entwickeln könnenundsicher.
"Herausforderungsstudien" umfassen beispielsweise die Rekrutierung von zuvor nicht infizierten, gesunden jungen Erwachsenen, die nach einer Impfung mit dem Impfstoffkandidaten direkt COVID-19 ausgesetzt sind. Wenn sich ein Herausforderungsimpfstoff bei diesem geringen Risiko als sicher und wirksam erweist Gruppe wäre der nächste Schritt die Rekrutierung von Erwachsenen mit höherem Risiko in einer traditionellen Doppelblindstudie. Während solche Herausforderungen bei weniger tödlichen Krankheiten wie der Grippe eingesetzt werden, ist die gezielte Exposition von Menschen gegenüber COVID-19 erheblich riskanter.
Während die COVID-19-Forschung von präklinischen Studien zu größeren Studien am Menschen übergeht, werden Dilemmata wie diese Druck auf die Regulierungsbehörden ausüben, um zu entscheiden, welche Risiken an dieser neuen Grenze "akzeptabel" sind und welche nicht.
Wo soll man anfangen
Wissenschaftler fangen bei der Entwicklung ihrer COVID-19-Impfstoffmodelle (sogenannte Plattformen) nicht bei Null an. Es gibt nicht nur wirksame Impfstoffe, die auf verwandten Viren basieren, sondern auch experimentelle, die einen teilweisen Schutz gegen Coronaviren wie MERS und SARS gezeigt haben.
COVID-19 gehört zu einer großen Gruppe von Viren, die als RNA-Viren bezeichnet werden und Ebola, Hepatitis C, HIV, Influenza, Masern, Tollwut und eine Vielzahl anderer Infektionskrankheiten umfassen. Diese sind weiter unterteilt in:
- RNA-Viren der Gruppe IV: Dazu gehören Coronaviren, Hepatitis-Viren, Flaviviren (assoziiert mit Gelbfieber und West-Nil-Fieber), Poliovirus und Rhinoviren (eines von mehreren Erkältungsviren)
- Coronaviridae: Eine Familie von RNA-Viren der Gruppe IV, zu denen vier mit Erkältung verbundene Coronavirus-Stämme und drei Stämme gehören, die schwere Atemwegserkrankungen verursachen (MERS, SARS und COVID-19).
Die Erkenntnisse über diese Viren, wie spärlich sie auch sein mögen, können Forschern die Beweise liefern, die zum Aufbau und Testen ihrer Plattformen erforderlich sind. Selbst wenn eine Plattform ausfällt, kann sie Forscher in Richtung tragfähigerer Plattformen weisen.
Selbst unter den vielen RNA-Viren der Gruppe IV wurden seit dem ersten Gelbfieberimpfstoff im Jahr 1937 nur eine Handvoll Impfstoffe (Polio, Röteln, Hepatitis A, Hepatitis B) entwickelt. Bisher gibt es keine Impfstoffe gegen Coronaviren die in den USA vollständig zugelassen und lizenziert sind.
Modelle für die Impfstoffentwicklung
Der Wettlauf um einen wirksamen COVID-19-Impfstoff wird zum großen Teil von der WHO und globalen Partnern wie der kürzlich gegründeten Coalition for Epidemic Preparedness Innovations (CEPI) koordiniert. Die Rolle dieser Organisationen besteht darin, die Forschungslandschaft zu überwachen, damit die Ressourcen an die vielversprechendsten Kandidaten weitergeleitet werden können.
CEPI skizzierte die verschiedenen Plattformen, auf denen COVID-19 aufbauen kann. Einige sind aktualisierte Modelle, die auf den Polio-Impfstoffen Salk und Sabin der 1950er und 60er Jahre basieren. Andere sind Impfstoffe der nächsten Generation, die auf Gentechnik oder neuartigen Abgabesystemen (so genannten Vektoren) beruhen, um auf Atmungszellen abzuzielen.
Proteinimpfstoffe
Jede der vorgeschlagenen Plattformen hat Vor- und Nachteile. Einige der Impfstofftypen lassen sich leicht im Produktionsmaßstab herstellen, reagieren jedoch allgemeiner (und erreichen daher weniger wahrscheinlich die zur Beendigung der Pandemie erforderlichen Wirksamkeitsraten). Andere neuere Modelle können eine stärkere Reaktion hervorrufen, es ist jedoch wenig bekannt, was der Impfstoff kosten könnte oder ob er weltweit hergestellt werden kann.
Von den 10 von CEPI beschriebenen Impfstoffplattformen haben fünf noch nie einen lebensfähigen Impfstoff beim Menschen hergestellt. Trotzdem haben einige (wie die DNA-Impfstoffplattform) wirksame Impfstoffe für Tiere entwickelt.
Impfstoffentwicklungsprozess
Selbst wenn die Stadien der Impfstoffentwicklung komprimiert sind, bleibt der Prozess, nach dem COVID-19-Impfstoffe zugelassen werden, mehr oder weniger gleich. Die Stufen können wie folgt unterteilt werden:
- Präklinisches Stadium
- Klinische Entwicklung
- Überprüfung und Genehmigung von Vorschriften
- Herstellung
- Qualitätskontrolle
Die präklinische Phase ist der Zeitraum, in dem Forscher Machbarkeits- und Sicherheitsdaten zusammen mit Beweisen aus früheren Studien zusammenstellen, um sie den staatlichen Regulierungsbehörden zur Genehmigung von Tests vorzulegen. In den USA überwacht die FDA diesen Prozess. Andere Länder oder Regionen haben ihre eigenen Regulierungsbehörden.
Die klinische Entwicklung ist das Stadium, in dem die eigentliche Forschung am Menschen durchgeführt wird. Es gibt vier Phasen:
- Phase I zielt darauf ab, die beste Dosis mit den geringsten Nebenwirkungen zu finden. Der Impfstoff wird in einer kleinen Gruppe von weniger als 100 Teilnehmern getestet. Etwa 70% der Impfstoffe schaffen es über dieses Anfangsstadium hinaus.
- Phase II erweitert die Tests auf mehrere hundert Teilnehmer, basierend auf der als sicher geltenden Dosis. Die Aufteilung der Teilnehmer entspricht der allgemeinen Bevölkerungszahl der COVID-19-gefährdeten Personen. Etwa ein Drittel der Phase-II-Kandidaten schafft es in die Phase III.
- An Phase III sind Tausende von Teilnehmern an mehreren Standorten beteiligt, die nach dem Zufallsprinzip ausgewählt werden, um entweder den echten Impfstoff oder ein Placebo zu erhalten. Diese Studien sind in der Regel doppelblind, sodass weder Forscher noch Teilnehmer wissen, welcher Impfstoff verabreicht wird. Dies ist das Stadium, in dem die meisten Impfstoffe versagen.
- Phase IV findet nach der Zulassung des Impfstoffs statt und dauert mehrere Jahre, um die tatsächliche Wirksamkeit und Sicherheit des Impfstoffs zu bewerten. Diese Phase wird auch als "Überwachung nach dem Inverkehrbringen" bezeichnet.
COVID-19-Impfstoffe: Bleiben Sie auf dem Laufenden, welche Impfstoffe verfügbar sind, wer sie erhalten kann und wie sicher sie sind.
Zeitliche Koordinierung
So einfach der Prozess auch ist, es gibt mehrere Dinge, die über das Versagen des Impfstoffs hinausgehen und den Prozess um Monate oder Jahre verlängern können. Unter ihnen ist das Timing. Obwohl ein Impfstoffkandidat idealerweise während eines aktiven Ausbruchs getestet werden sollte, kann es schwierig sein zu wissen, wo oder wann einer auftreten könnte.
Selbst in stark betroffenen Gebieten wie New York City und Wuhan, China, wo ein weiterer Ausbruch unmittelbar bevorsteht, können Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens eingreifen, um Krankheiten vorzubeugen, indem sie beispielsweise verlangen, dass sich die Menschen wieder selbst isolieren. Dies ist wichtig, um die Gesundheit der Menschen zu erhalten, kann jedoch die Impfversuche über eine ganze Saison oder ein ganzes Jahr verlängern.
Impfstoffkandidaten in der Pipeline
Bis Dezember 2020 sind 56 Impfstoffkandidaten für die klinische Forschung zugelassen, während sich über 165 in der präklinischen Phase auf die behördliche Zulassung warten.
Von den zum Testen zugelassenen Plattformen gehören inaktivierte Impfstoffe zu den häufigsten. Dies umfasst Proteinuntereinheiten, die Antigene (Komponenten, die das Immunsystem am besten stimulieren) anstelle des gesamten Virus verwenden, und inaktivierte Ganzzellimpfstoffe, von denen einige "Boosting" -Mittel wie Aluminium verwenden, um die Antikörperantwort zu erhöhen.
RNA- und DNA-Impfstoffe sind ebenso gut vertreten wie Vektorimpfstoffe, die deaktivierte Erkältungsviren verwenden, um Impfstoffe direkt zu den Zellen zu transportieren.
Zusätzliche Plattformen umfassen virusähnliche Partikel, vektorisierte Impfstoffe in Kombination mit Antigen-präsentierenden Zellen und einen abgeschwächten Lebendimpfstoff, der eine geschwächte Lebendform von COVID-19 verwendet, um eine Immunantwort zu stimulieren.
(Vereinigtes Königreich)
(China)
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