Impfstoffe – Wie sie wirken und wovor sie schützen

Impfstoffe schützen vor Infektionskrankheiten, indem sie das Immunsystem zur Herstellung von Antikörpern und Vermehrung bestimmter Immunzellen anregen. Sie sind mit die wichtigsten Mittel zur Prävention gegen Krankheiten. Forschende Pharmaunternehmen entwickeln immer wieder neue und verbesserte Impfmöglichkeiten. Man unterscheidet Totimpfstoffe, Lebendimpfstoffe und genbasierte Impfstoffe.

Gegen viele Krankheitserreger kann sich das menschliche Immunsystem eigentlich wehren. Es stellt unter anderem Antikörper her und vermehrt bestimmte Immunzellen, die gezielt gegen den eingedrungenen Keim vorgehen. Diese bleiben noch lange nach der Infektion erhalten, so dass ein lang andauernder Schutz entsteht, eine Immunität.

Ärzte nennen die Impfungen auch Aktivimpfungen, weil der menschliche Körper in Reaktion auf die Impfung selbst aktiv werden muss, um den gewünschten Immunschutz aufzubauen. Sowohl Lebendimpfstoffe als auch Totimpfstoffe können Geimpfte meist für viele Jahre schützen ‒ zum Teil sogar lebenslang. Das wird aber häufig erst erreicht, wenn sie zwei oder dreimal nacheinander im Abstand von Wochen oder sogar Monaten gespritzt wurden. Es gibt jedoch auch Impfungen, bei denen eine Injektion ausreicht. Wie lange genbasierte Impfstoffe (Vektorviren-Impfstoffe, mRNA-Impfstoffe) schützen, muss sich erst noch zeigen; es gibt sie erst seit vergleichweise kurzer Zeit.
Alle verfügbaren Impfstoffe richten sich gegen Infektionskrankheiten. Krebserkrankungen im Genital/Anal-Bereich von Frauen und Männern sowie Genitalwarzen zählen ebenfalls dazu, da sie von verschiedenen Stämmen sexuell übertragener humaner Papillomviren (HPV) ausgelöst werden.

[L] und [T] stehen für „Lebendimpfstoff“ bzw. „Totimpfstoff“, [V] steht für „Vektorviren-Impfstoff“ und [M] für "mRNA-Impfstoff"

Lebendimpfstoffe enthalten vermehrungsfähige Erreger. Aber es handelt sich meist um Stämme der Erreger, denen die krank machenden Eigenschaften abgezüchtet wurden. Diese heißen „attenuierte“ Erreger. Die Lebendimpfstoffe gegen Mumps, Masern und Röteln enthalten solche attenuierten Viren und bewirken meist lebenslangen Impfschutz.

Attenuierte Viren gehen mit dem Restrisiko einher, dass die Impfung in seltenen Fällen doch ähnliche Beschwerden wie die Krankheit selbst hervorruft. Doch die Symptome fallen meist sehr schwach aus und dauern nur wenige Tage an. Dennoch gibt es aus diesem Grund spezielle Empfehlungen des Robert-Koch-Instituts für Schwangere.

Totimpfstoffe enthalten nur „totes“, das heißt nicht vermehrungsfähiges Material: das sind abgetötete Krankheitserreger oder Bestandteile von ihnen, die Antigene (s.o.). Der Immunschutz durch Totimpfstoffe hält meist nur einige Jahre an und muss dann ggf. aufgefrischt werden.

Spezielle Formen der Totimpfstoffe sind insbesondere die folgenden:

Subunit- und Spaltimpfstoffe: Sie enthalten keine ganzen abgetöteten Erreger, sondern nur daraus gewonnene oder gentechnisch hergestellte Biomoleküle. Die meisten Grippeimpfstoffe sind Spaltimpfstoffe, die aus echten Grippeviren hergestellt werden. Mehrere Subunit-Impfstoffe enthalten zwar ebenfalls ausgewählte Moleküle eines Erregers, diese wurden jedoch nicht aus dem Erreger selbst gewonnen, sondern gentechnisch in großen Stahltanks mit Hefe-, Säugetier- oder Insektenzellen produziert. Den Zellen wurden zuvor die dazu nötigen Gene des Erregers übertragen. Das gilt beispielsweise für die Impfstoffe gegen Hepatitis B oder Cholera.

Konjugatimpfstoffe sind Subunitimpfstoffe, bei denen die Erregermoleküle nicht direkt in den Impfstoff eingebracht, sondern zuvor an Proteine gebunden werden, die eine Trägersubstanz darstellen. Diese so genannten Konjugate erzielen eine stärkere Immunreaktion und einen länger anhaltenden Schutz als das Antigen allein. Mehrere Impfstoffe gegen Hirnhaut- und Lungenentzündung zählen zu den Konjugatimpfstoffen; hier sind die Antigene Polysaccharide von der Oberfläche der Bakterien.

VLP-Impfstoffe enthalten Virus-like Particles. Das bedeutet, dass die Antigene nicht einfach ungeordnet im Impfstoff gelöst sind, sondern sich mit weiteren Molekülen zu kleinen Gebilden zusammengelagert haben, die wie Viren aussehen. Das sorgt in manchen Fällen für bessere Impfwirkung. Anders als Viren sind die VLP aber nicht vermehrungsfähig. Beispiele für VLP-Impfstoffe sind die Vakzinen gegen Krankheiten, die von humanen Papillomviren (HPV) verursacht werden.

Bei Lebend- und Totimpfstoffen werden dem Körper die abgeschwächten Erreger oder Erregerantigene mit dem Impfstoff zugeführt. Bei genbasierten Impfstoffen müssen Körperzellen hingegen ein Antigen selbst herstellen, nachdem ihm das entsprechende Gen mit dem Impfstoff appliziert wurde. Das ist das Prinzip von Vektorviren-, mRNA- und DNA-Impfstoffen.

Für Vektorviren-Impfstoffe wird im Labor ein Gen des betreffenden Erregers (z.B. dem Ebola-Virus) harmlosen Viren mitgegeben. Diese können zwar in menschliche Zellen eindringen und sich eventuell dort auch vermehren, machen aber nicht krank. Die befallene Zelle produziert daraufhin eine Zeit lang auf Basis des Gens das Erregerantigen, was zur Immunreaktion beim Geimpften führt. Das Erbgut der befallenen Zellen wird dabei nicht verändert. Als harmlose Vektorviren kommen unter anderem die Impfviren aus Pocken- und Masern-Impfstoffen in Betracht, oder auch Affen-Adenoviren. Die ersten Vektorviren-Impfstoffe wurden gegen Dengue-Fieber und Ebola zugelassen. Auch zwei der in der EU zugelassenen Covid-19-Impfstoffe enthalten Vektorviren.

mRNA-Impfstoffe enthalten hingegen keine Viren, sondern nur das betreffende Erreger-Gen in Form sogenannter Messenger-RNA. Diese wird in kleine Bläschen, die Lipidnanopartikel, verpackt und als Impfstoff gespritzt. Gelangt die Messenger-RNA in Zellen, stellen diese damit das Erregerantigen her, was wiederum zu einer Immunreaktion führt. Auch hier wird das Erbgut der Körperzellen nicht verändert, und die Antigenproduktion endet nach kurzer Zeit wieder. Bislang gibt es zwei zugelassene mRNA-Impfstoffe – beide gegen Covid-19 – und viele weitere sind gegen verschiedene Krankheiten in Entwicklung.

DNA-Impfstoffe ähneln den RNA-Impfstoffen, enthalten jedoch das betreffende Erregergen in Form der Erbsubstanz DNA. Bislang gibt es noch keine zugelassenen DNA-Impfstoffe, doch es sind welche gegen Covid-19 in Entwicklung. Das fortgeschrittenste Projekt hat Phase II der Erprobung mit Freiwilligen erreicht.

Sind bei einem Menschen schon Krankheitserreger eingedrungen, ist es für eine Impfung meist zu spät. Eine Ausnahme stellt Tollwut dar, wo eine Aktivimpfung sofort nach einer Ansteckung fast immer noch einem Krankheitsausbruch zuvorkommt.

Wurde eine Impfung versäumt, lassen sich manche Krankheitserreger nach dem Eindringen noch durch eine Passivimmunisierung mit einem sogenannten Antiserum in Schach halten. Dabei handelt es sich in gewisser Hinsicht um eine „transplantierte Impfung“. Früher wurden Passivimmunisierungen mitunter auch „Passiv-Impfungen“ genannt. Dabei werden dem Patienten Immunglobuline gespritzt, die aus der Blutflüssigkeit (dem Serum) geimpfter Menschen und selten auch dem von Pferden gewonnen wurden. Immunglobuline sind auch bekannt als Antikörper. Die Injektionslösungen für die Passivimmunisierung heißen in Anlehnung an ihre Herkunft auch Antiseren.