Kapitel 12 - Impfstoffe

Question 1

Definition von Impfstoffen?

Answer 1

Biologisch oder gentechnisch hergestelltes Antigen, meist aus Protein- oder Erbgutstücken oder abgetöteten bzw. abgeschwächten Erregern, das Antwortreaktion des Immunsystems hervorruft. Der Impfstoff stimuliert den Körper dazu, den Impfstoff als Fremdkörper anzusehen, ihn zu zerstören und sich an ihn zu erinnern (Bildung von Antikörper und T-Helferzellen). → Schutz bei richtiger Infektion Impfstoffe können prophylaktisch (als Schutz vor einer Krankheit) oder therapeutisch (zur Bekämpfung einer Krankheit und als Schutz vor der Reinfektion) sein

Question 2

Was sind die Anforderungen an Impfstoffe?

Answer 2

• Sicherheit: dürfen nicht zum Tod führen
• Schutz: Schutz vor Krankheit durch vorhandene Antikörper und T-Helferzellen
• lange Wirksamkeit: soll mehrere Jahre wirken
• Hervorrufen einer Immunantwort: z.B. Polio greifen Neuronen an, die nicht ersetzt werden
  können → vorhandene Antikörper können Infektion vermeiden - Praktisch: geringe Kosten pro Dosis, biologische und physikalische Stabilität, keine oder nur
  geringe Nebenwirkungen - Reinheit!

Question 3

Worin werden Impfstoffe meist hergestellt und wie?

Answer 3

hohe Anforderungen an Eier:
⮚ speziell Pathogen-freie Hühner (SPF)
⮚
nur weiße Eier (kann besser durchleuchtet
werden)

⮚Vor Beimpfung der Eier: 5-14 tägige Inkubation (Ausbrützeit)
⮚dann Auswahl der lebenden, befruchteten
Huhnembryos
- pro Dosis: 1-3 Eier
- Modifikation des Virus, dass er im Ei wächst
-
Vogelgrippe-Virus nur schwer in Hühnereiern
kultivierbar
-
erschwerte Bedingungen: jedes Ei ist unterschiedlich

Question 4

Wie funktioniert die beimpfen der Hühnereier?

Answer 4

• Offener Prozess: evtl. Antibiotikazugabe

- Antigenveränderung des Virus kann eintreten

Question 5

Was passiert bei der Inkubation und bei der Durchleuchtung?

Answer 5

• Virus Vermehrung für 1-6 Tage
• Lebensfähigkeit / Entwicklung des Embryos muss ständig überprüft werden
• schwer Automatisierbar: manueller Prozess bei den meisten Unternehmen

Question 6

Was passiert bei der Kühlung und der Ernte?

Answer 6

• Kühlung der Eier auf 2°C – 6°C um Blutgefäzu erleichtern - Ernte der Allantois-Flüssigkeit (embryonale Harnblase; Ausstülpung des embryonalen
  Enddarms) → Virus darin enthalten

Question 7

Was sind die Nachteile von der Zucht im Hühnerei?

Answer 7

• Dauer von Identifikation des Virus bis Herstellen der Impfung: ca. 6 Monate
• Dauer reine Produktionszeit: etwa 4 Wochen
• 1-3 Eier pro Dosis
• begrenzt in Flexibilität und Zuverlässigkeit
  ⮚ Prozess nicht für alle Virusarten durchführbar (z.B. Vogelgrippe) ⮚ keine schnelle Reaktion auf unvorhergesehene Dinge (Massenepidemie o.ä.) möglich
• häufige Allergien gegen Hühnerproteine wie Ovalbumin bekannt - nicht robust und nur schwer reproduzierbar

Question 8

Was können Alternativen zum Hühnerei sein?

Answer 8

→ Forschung Produktion in African Green Monkeys (Verozellen), Madine Carby Canine Kidney (MDCK
Zellen), BHK-21 von Hamsternieren → Serum-freie Kultivierung möglich, Immunantwort ähnlich gut
wie in Hühnereier
→ Entwicklung spezieller Designer-Zellen wie z.B. human PER.C6, duck EB66, duck AGE1.CR kommen
ohne tierisches Serum aus → noch nicht richtig erforscht

Question 9

Von was sind Stabilität und Formulierung der Impfstoffe abhängig?

Answer 9

• … Antigeneigenschaften (Antigentyp, Oberflächencharakteristik,…)
• … Formulierungspuffer (Typ des Salzes, Ionenstärke, pH, Hilfsstoffe, Konservierungsstoffe,…)
• … Hilfsstoffe, die Immunantwort fördern (Aluminium Salze, Histidin,…)
• …. Lagerungsbedingungen (Temperatur, Scherrate,…)

Question 10

Welche Formen von Impfstoffen gibt es (impfstoffarten)

Answer 10

• abgeschwächte, lebende Organismen
• inaktiviertenoder tote Organismen
• geringe Bestandteile eines Organismus
• rekombinant produzierte subunit-Impfstoffe
• toxoid impfstoffe

Question 11

Was sind Merkmale von abgeschwächten, lebenden Organismen als Impfstoff?

Answer 11

• Erreger wird abgeschwächt um schützende Immunität zu erhalten, Organismus wird aber am
  Leben gehalten - Krank-machende Erreger werden unter Laborbedingungen abgeschwächt
  ⮚ Auswahl von Mutanten zur Verringerung oder Elimination der Virulenz ⮚ Erreger wird in einer Serie von Zellkulturen oder embryonalen Zellen kultiviert und
  verliert somit die gute Replikation in menschlichen Zellen
• Fähigkeit zur Replikation wird erhalten - Anwendung: bakterielle und virale Erreger - sehr effektiv weil
  ⮚ Zielantigen für Erinnerung (Bildung von T-Helferzellen durch aktive Bekämpfung)
  ⮚ Stimulierung der angeborenen Immunreaktion durch Erregerspezifische molekulare
  Muster
  ⮚ effizient, da Simulation eines natürlichen Befalls → Immunsystem behandelt lebende, abgeschwächte Impfstoffe wie ein infektiöser Erreger
• Beispiele: Pocken, Tuberkulose, Gelbfieber, Polio, Influenza,…

Question 12

Was sind Merkmale von inaktiviertenoder tote Organismen als Impfstoff?

Answer 12

• chemische (z.B. Behandlung mit Formaldehyd, Formalin oder β-Propiolaceton) oder
  thermische Behandlung zur Inaktivierung oder Tötung des Pathogenes -
  Vorteile:
  ⮚ Alle Antigene können verwendet werden
  ⮚
  Organismus ist relativ harmlos
• Beispiele: Typhus, Pest, Keuchhusten, Influenza, Polio, Hepatitis A…

Question 13

Was sind Merkmale Bei geringe Bestandteile eines Organismus als Impfstoff?

Answer 13

• Isolation eines spezifischen Proteins oder Kohlenhydrats eines Bakteriums / Virus, das
  pathogen wirkt - Beispiele: Diphtherie, Tetanus, Pneumokokken, Menigokokken,…

Question 14

Was sind Merkmale von rekombinant produzierte subunit-Impfstoffe als Impfstoff?

Answer 14

• Herstellung durch rekombinante DNA-Technologie

- Beispiele: Hepatitis B, Borrelia burgdorferi

Question 15

Was sind Merkmale von toxoid impfstoffe als Impfstoff?

Answer 15

• Viele Bakterien produzieren Gifte, die Pathogen wirken, sind
  selbst aber nicht pathogen → thermische, chemische oder andere Inaktivierung der Toxine, aber Funktion als Antigene bleiben erhalten

Question 16

Was sind nachteile von abgeschwächten, lebenden Organismen als Impfstoff?

Answer 16

⮚ abgeschwächter Erreger kann richtiger, infektiöser Erreger werden, wenn er sich im
Menschen repliziert
⮚ es ist nicht immer möglich die abgeschwächten Erreger zu finden/ erkenn
⮚ selbst ein abgeschwächter Erreger kann Krankheiten oder Komplikationen bei
immungeschwächten Personen hervorrufen

Question 17

Was sind nachteile von inaktiviertenoder tote Organismen als Impfstoff?

Answer 17

⮚
geringere Immunität im Vergleich zu lebenden Organismen aufgrund fehlender Replikation im menschlichen Körper → Hilfsstoffe für Potenzsteigerung erforderlich
⮚
Schwache Auslösung der zellvermittelten Immunität
aufgrund eines allgemeinen Mangels an Zugang von
exogenen Impfstoff-verabreichten Antigenen

Question 18

Was sind Merkmale des Influenza Impfstoffs?

Answer 18

• Influenza-Virus = Grippevirus
• bester Schutz durch jährliche Impfung
• Namensgebung: HxNx ; für x wird Zahl eingesetzt je nachdem
  um welche Morphologie die Oberflächenproteine Hämagglutinin (HA) und Neuraminidase (NA) aufweisen
• Hämagglutinin: bewirkt Anheften des Virus an die Wirtszelle - Neuraminidase: Spaltung von Glycoproteine der Membranen der Wirtszelle

Question 19

Welche neuen Arten von Impfstoffen gibt es?

Answer 19

• DNA Impfstoffe
• Virus like particles (VLPs)
• Pflanzen produzierte Impfstoffe (plant derived vaccines)

Question 20

Was sind Merkmale von DNA Impfstoffen?

Answer 20

-
Plasmidring mit DNA von Erreger wird in z.B. E.coli injiziert -
In situ Produktion des Antigens -
Proteine werden als Fremdkörper vom Immunsystem
wahrgenommen
- bisher 2 DNA-Impfstoffe auf dem Markt

Question 21

Was sind Vorteile von DNA Impfstoffen?

Answer 21

⮚ leicht produzierbar
⮚ schnelle und „large-scale“-Produktion möglich
⮚ bessere Stabilität im Vergleich zu herkömmlichen
Methoden

Question 22

Was sind Nachteile von DNA Impfstoffen?

Answer 22

⮚ nur moderate Immunität
⮚ begrenzt auf Proteine
⮚ Risiko, Gene zu beeinflussen, die Zellwachstum
kontrollieren → Krebserregend?

Question 23

Was sind Merkmale von Virus like particles als Impfstoff?

Answer 23

• Proteinkomplex mit viraler Kapselstruktur, aber ohne Virusgenom (leere Virenkapsel)
• rekombinante Produktion in Bakterien, Hefen, Insekten oder Säugetierzellen
• gerade stark im Kommen (HPV LPs)

Question 24

Was sind Merkmale von Pflanzen produzierten Impfstoffen?

Answer 24

• Produktion der Antigene in genetisch modifizierten Pflanzen (Kartoffel, Tomate, Banane)
• Sichere Methode:
  ⮚ frei von tierischen Pathogenen und Proteinen
  ⮚ kein Risiko für Kontamination mit Prionen oder medienbedingten Verunreinigungen
• Kosteneffektive Methode:
  ⮚ Produktion in großer Agrikultur
  ⮚ Extraktion und Reinigung auf konventionelle Art
  ⮚ keine komplexen und teuren Apparate
• Orale Einnahmemöglichkeit:
  ⮚ Zellwand der Pflanzen schützt Antigene vor Magensäure
  ⮚ Kein Schmerz durch z.B. Spritze

Question 25

Was sind Prozessbeginn Verunreinigungen von Impfstoffen?

Answer 25

⮚ Wirtszellen, Zelltrümmer 
⮚ Wirtszell-DNA (host cell DNA) 
⮚ Host cell Proteins (HCP) 
⮚ Endotoxine 
⮚ Antibiotika, Nucleasen, Proteasen, Stabilisatoren 
⮚ Bakterien, Pilze 
⮚ Viren

Question 26

Was sind produktbedingte Verunreinigungen bei Impfstoffen?

Answer 26

⮚ Aggregate

⮚ deformierte / falsch gefaltete Partikel

Question 27

Was sind risiken bei Verunreinigungen bei Impfstoffen?

Answer 27

⮚ Krebserregend ⮚ Allergie ⮚ Infektion

⮚ Reaktivitätspotential

Question 28

Was sind Analytische charakterisierungen von prozessbedingten Verunreinigungen

Answer 28

⮚ Transmissionen-Elektronen-Mikroskop ⮚ Rasterkraftmikroskop ⮚ Asymmetrische Strömungsfeld- Strömungsfraktionierung (Asymmetrical Flow Field-
Flow Fractionation) ⮚ Größenausschluss-Chromatographie (size-exclusion chromatography) ⮚ Dynamische Lichtstreuung

Question 29

Was sind Richtlinien zur Reinheit von Impfstoffen?

Answer 29

⮚ genaue Grenze ist abhängig vom Produkt, cell line und von der Art der Verabreichung → Fall zu Fall Entscheidung! ⮚ HC-DNA: <10ng per dose; <100 Basenpaare (FDA Empfehlung für VLPs) ⮚ HCP: «5% des gesamten Proteinanteils (FDA Empfehlung für VLPs) ⮚ Endotoxin: <20 units per mL (Epfehlung für rekombinante Subunit-Impfstoffe) ⮚ restliche Verunreinigungen sollten Niveau, das in klinischen Studien als sicher
ermittelt wurden nicht überschreiten

Question 30

Was sind zukunftstrends bei Impfstoffen?

Answer 30

• aseptische und Einwegprozesse (Plastik-Prinzip)
• Rationale Entwicklungs Werkzeuge (DoE, HTPD, modeling)
• Prozessanalytische Werkzeuge
• Zellkultur und VLPs werden Ei-basierte Technologie ablösen
• Trends zum generischen (generic) Prozessschema (ähnlich zu mAbs) bei der Impfstoff-
  Upstream & Downstream-Verarbeitung - Chips mit Mikronadeln, die Impfstoff langsam verabreichern