Malariaimpfstoff

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 abgeschwächte oder tote Erreger zu injizieren, um eine Immunantwort auszulösen, ist somit deutlich weniger erfolgreich, als es bei etablierten Impfungen – wie zum Beispiel der Grippe oder Polio – der Fall ist.<ref>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 (). </ref>

Aktuell gibt es weltweit nur einen einzigen zugelassenen 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.<ref>Karen McVeigh: Malawi starts landmark pilot of first ever child malaria vaccine. In: The Guardian. 23. April 2019, abgerufen am 15. März 2021 (). </ref> Basierend auf den Pilotversuchen empfahl die WHO im Oktober 2021 die breite Anwendung des Vakzins RTS,S für den Kampf gegen Malaria.<ref>WHO recommends groundbreaking malaria vaccine for children at risk, Pressemitteilung der Weltgesundheitsorganisation vom 6. Oktober 2021.</ref> In Kamerun startete am 22. Januar 2024 die weltweit erste Impfkampagne gegen Malaria mit dem Impfstoff Mosquirix.<ref> Katrin Hondl: Weltweit erste Impfkampagne gegen Malaria. In: tagesschau.de. 22. Januar 2024, abgerufen am 22. Januar 2024.  </ref>

Allgemeines

Datei:Plasmodium zyklus.png

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.<ref>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, S. 873–878, doi:10.1128/IAI.00431-07, PMID 18056479. </ref>

Plasmodium bietet innerhalb seines Lebenszyklus verschiedene Ansatzpunkte für die Wirkung von Impfstoffen:<ref name=":1"></ref>

• 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 (auch Blutstadienimpfstoffe, englisch: blood-stage vaccines)<ref name=":8"></ref> gegen die Parasiten immunisieren, die sich in einer späteren Phase im Blut in asexueller Weise zyklisch vermehren (Merozoiten, Trophozoiten, Schizonten). Die bisher klinische erprobte Wirksamkeit ist niedrig.<ref name=":7"></ref>

• Gegen die sexuellen Formen des Parasiten (Gametozyten, hierbei ist der Wirkort der Mückenmagen) werden sog. transmissionsblockierende Impfstoffe entwickelt. Im Gegensatz zu den präerythrozytären und erythrozytären Impfstoffen sollen diese Impfstoffe keine Immunantwort im Menschen auslösen, sondern die Übertragung auf den Menschen verhindern.<ref name=":8" />

• Schließlich kombinieren Multistadiumimpfstoffe (multistage vaccines) Impfstoffe mit Impfantigenen aus den verschiedenen Stadien des Zyklus des Marlariaerregers.

Allgemein kann auch die Art des Impfstoffes differenziert werden, beispielsweise wird zwischen Ganzzell- und Untereinheitenimpfstoffen (whole cell vaccines und subunit vaccines) sowie zwischen Tot- und Lebendimpfstoffen unterschieden.<ref name=":7" />

RTS,S

Datei:RTS S recombinant protein viruslike particle.svg

Aufbau der rekombinanten, virusähnlichen Partikel bei RTS,S

→ Hauptartikel: 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,<ref>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.</ref> wodurch neutralisierende Antikörper induziert werden.<ref>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).</ref> 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.<ref>Spiegel.de: EU-Arzneimittelbehörde: Erster Malaria-Impfstoff kurz vor der Zulassung, abgerufen am 24. Juli 2015.</ref> 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.<ref>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.</ref>

Die Pilotierung durch ein von der WHO koordiniertes Programm in Ghana, Kenia und Malawi startete 2019.<ref>Wolfgang Geissel: WHO startet Pilotprojekt zur Malaria-Impfung. Ärztezeitung, 30. April 2019, abgerufen am 21. September 2019. </ref> 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.<ref>tagesschau.de: Kampf gegen Infektionskrankheit: WHO empfiehlt Malaria-Impfstoff für Kinder. In: tagesschau.de. Abgerufen am 6. Oktober 2021. </ref>

Für die reisemedizinische Praxis wird RTS,S aufgrund seiner mäßigen Wirksamkeit nicht empfohlen.<ref name=":7" />

Historie

Erste Impfversuche gegen Malaria wurden 1948 mit inaktivierten Merozoiten von Plasmodium falciparum durchgeführt.<ref></ref> 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.<ref></ref><ref></ref> 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.<ref name=":3"></ref> Bei SPf66 handelt es sich um einen erythrozytären, synthetischen Peptidimpfstoff, er wurde von Manuel Elkin Patarroyo und Kollegen an der Universidad Nacional de Colombia entwickelt.<ref></ref> SPf66 besteht aus drei chemisch erzeugten 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.<ref name=":3" /> Zudem trat bei geimpften Kindern mit hohen Antikörpertitern gegen SPf66 bis zu 2 Jahre nach Impfung häufiger Malaria auf als bei ungeimpften Kinder.<ref name=":1" /><ref name=":8" />

Impfstoffe in der Entwicklung

Lebendimpfstoffe

Auf Grundlage der Forschungen von Ruth Nussenzweig<ref></ref> wurde in den 1970er Jahren gezeigt, dass durch Bestrahlung attenuierte Sporozoiten eine sterile Immunität induzieren können.<ref name=":1" /> Ähnliche schützende Immunantworten werden auch im Zusammenhang mit natürlich vorkommenden Sporozoiten beschrieben.<ref name=":5" /> 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).<ref name=":5"></ref> 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.<ref name=":6"></ref> 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.<ref name=":1" />

Selbst wenn Impfstoffe mit Ganzzellsporozoiten 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, außerdem muss er bei −180 °C in flüssigen Stickstoff gelagert bzw. transportiert werden (Kühlkette).<ref name=":1" /> Herausfordernd ist zudem die Art der Impfung, sie erfolgt im Gegensatz zu vielen (Tot-)Impfstoffen intravenös (direct venous inoculation).

PfSPZ

Seit 2003 wird der präerythrozytäre Impfstoff PfSPZ des Herstellers Sanaria Inc. (Rockville) untersucht, bestehend aus röntgenbestrahlten Sporozoiten von P. falciparum; er wird intravenös injiziert.<ref></ref><ref name=":1" /> Der Impfstoffname setzt sich zusammen aus dem Namen des Parasiten, gegen den er gerichtet ist (Pf), sowie dessen Entwicklungsphase als Sporozoit (SPZ).<ref name=":2"></ref> Der Impfschutz wird durch zytotoxische T-Zellen vermittelt.<ref>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.</ref> Nach positiven Ergebnissen im Labor sollte im Jahr 2020 eine Studie mit 2.100 Teilnehmern auf Bioko starten.<ref name=":2" />

PfSPZ-CVac

Im Juli 2021 wurden die Ergebnisse einer Phase-I-Studie mit einem PfSPZ-CVac genannten Lebendimpfstoff (ebenfalls des Herstellers Sanaria Inc.) 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.<ref>Malaria: Lebendimpfstoff überzeugt in Phase-1-Studie. In: Ärzteblatt. 1. Juli 2021, abgerufen am 26. Juli 2021. </ref> In der einer kleinen Phase-I-Studie wurden Pyrimethamin und Chloroquin als Chemoprophylaxe verwendet.<ref name=":4"></ref>

PfGAP3KO

Bei dem Impfstoffkandidaten PfGAP3KO wurden die Sporozoiten von P. falciparum gentechnisch so verändert, dass sie sich nicht mehr in der Leber vermehren können.<ref name=":5" /><ref name=":6" /> 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“.<ref name=":5" />

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.<ref>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 (). </ref> mRNA-Impfstoffe haben den Vorteil, bei Mutationen schnell angepasst werden zu können.<ref name=":8" /> 2021 kündigte mit BioNTech ein weiteres Unternehmen die Entwicklung eines Malaria-Impfstoffs auf mRNA-Basis an.<ref>Ilka Kopplin: Tödliche Infektionskrankheit: BioNTech kämpft gegen Malaria. In: FAZ.NET. 26. Juli 2021, abgerufen am 1. Januar 2023. </ref> Am 23. Dezember 2022 gab das Unternehmen den Start einer klinischen Prüfung der Phase I zu seinem Malariaimpfstoff BNT165b1 bekannt.<ref>BioNTech startet klinische Studie zu Malaria-Impfstoff. In: Zeit Online. 23. Dezember 2022, abgerufen am 1. Januar 2023. </ref>

R21/Matrix-M

Datei:RTS S vs R21 recombinant protein comparison.svg

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

R21/Matrix-M wurde von der Universität Oxford gemeinsam mit dem Serum Institute of India entwickelt und basiert auf RTS,S.<ref></ref> Es wird mit dem Saponin-Adjuvans Matrix-M des Unternehmens Novavax kombiniert.<ref>Malaria vaccine becomes first to achieve WHO-specified 75% efficacy goal. In: eurekalert.org. 23. April 2021, abgerufen am 25. April 2021. </ref> Im Vergleich zu RTS,S ist der Anteil des verwendeten Circumsporozoitenprotein (CSP)-Antigens gegenüber dem ebenfalls enthaltenen Hepatitis-B-Antigen größer.<ref name=":5" />

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.<ref name=":0" />

Die Wirksamkeit und Verträglichkeit des Impfstoffkandidaten wird in einer Phase-III-Studie mit 4800 Probanden an fünf Orten in Ost- und Westafrika untersucht.<ref name=":0"></ref> In Ghana, Nigeria und Burkina Faso wurde 2023 der Impfstoff für Kinder von 5 bis 36 Monaten zugelassen.<ref>Gretchen Vogel: Promising malaria vaccine clears clinical hurdle, could get WHO endorsement next week. In: Science. 29. September 2023, abgerufen am 3. Oktober 2023 (). </ref><ref>R21/Matrix-M malaria vaccine cleared for use in Ghana. In: University of Oxford. 13. April 2023, abgerufen am 17. April 2023. </ref> Anfang Oktober 2023 empfahl die WHO den Einsatz des Impfstoffes, die WHO-Präqualifizierung erfolgte Ende 2023.<ref>WHO prequalifies a second malaria vaccine, a significant milestone in prevention of the disease. In: WHO. 21. Dezember 2023, abgerufen am 11. Januar 2024 (). </ref>

Monoklonale Antikörper

Bei CIS43LS handelt es sich um einen langlebigen, monoklonalen Antikörper, der sich gegen CSP richtet und intravenös verabreicht wird.<ref></ref> Durch die positiven Studienergebnisse wurde die Variante L9LS zur subkutanen Injektion entwickelt, der CSP an einem anderen, hoch konservierten Epitop erkennt und sich in klinischer Prüfung befindet.

Immunologie

Experimentelle Ansätze untersuchen im Zuge der Impfstoffentwicklung als Antigene unter anderem CSP, MSP-1, PfEMP1, RIFIN, STEVOR, SURFIN, EBA, Vertreter der Retikulozytenbindungsproteinhomologe (z. B. PfRh5), Pfs25.<ref>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).</ref><ref name="PMID 24983392">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).</ref><ref name=":8" /> Antigene des Leberstadiums der Plasmodien sind z. B. LSA-3, STARP und SALSA.<ref>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).</ref> Experimentelle Anwendungsformen umfassen DNA-Impfstoffe<ref name="PMID 24983392" /> und fliegende Spritzen.

Als weiterer Kandidat für einen Impfstoff auf Basis gentechnisch veränderter Plasmodien bietet sich das Gen „upregulatedin infective sporozoites gene 3“ (UIS3) an. UIS3 ist für die Infektion des frühen Leberstadiums essentiell. Zwar können Sporozoiten ohne dieses Gen (ΔUIS3) die Hepatozyten infizieren. Sie vermögen aber keine Infektionen im Blutstadium zu verursachen und damit Malaria klinisch zu manifestieren.<ref name=":8" />

Einzelnachweise

<references />