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Ebola-Medikamente: Forschung unter Hochdruck

PHARMAZIE

 
Ebola-Medikamente

Forschung unter Hochdruck


Von Theo Dingermann und Ilse Zündorf / Die dramatische Zunahme der Ebola-Erkrankungen hat die europäische Zulassungsbehörde EMA auf den Plan gerufen. Sie kontaktierte aktiv Firmen, die nach potenziellen Behandlungsmöglichkeiten der Viruserkrankung forschen, um diese frühzeitig auf Nutzen und Risiken zu überprüfen. Die Bilanz ist recht ernüchternd.

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Mehr als 6200 Menschen haben sich mit dem Ebola-Virus infiziert und fast 3000 Menschenleben hat die Epidemie in Westafrika bisher gefordert. Und ein Ende dieser Katastrophe ist nicht absehbar. In den betroffenen Ländern Guinea, Sierra Leone und Liberia verbreitet sich die Krankheit, die von einem winzigen Virus ausgelöst wird, nach wie vor exponentiell (lesen Sie dazu Ebola-Epidemie: 1,4 Millionen Erkrankte befürchtet). Lange – viel zu lange – wollten sich dies die Verantwortlichen in den betroffenen Ländern, aber auch bei der Welt­gesundheitsorganisation WHO nicht eingestehen. Jetzt wird fieberhaft nach Lösungen gesucht, wobei pharmazeutisch-medizinische Ansätze als Hoffnungsträger gelten.

 

In diesem Zusammenhang greift auch die europäische Zulassungsbehörde EMA zu ungewöhnlichen Maßnahmen. Aktiv hat sie Firmen identifiziert und kontaktiert, die Interventions­optionen für diese lebensbedrohliche Krankheit in der Pipeline haben, um deren Entwicklungen bereits in einer sehr früher Phase einer Evaluation zu unterziehen.

 

Heimtückische Informationspakete

 




In solchen Hochsicherheits­labors wird weltweit an Mitteln gegen Ebola geforscht.

Foto: dpa


Zusammen mit dem Marburg- und dem Cueva-Virus gehört das Ebola- Virus (EBOV) zur Familie der Filoviridae, die eine schlauchförmige Struktur mit einer maximalen Länge von 14 000 nm und einen konstanten Durchmesser von 80 nm aufweisen. Das Programm dieser Viren wird von einer 18 bis 19 kb langen Negativ-Strang-RNA codiert. Das ist in der Regel keine gute Nachricht, wenn man als Interventions­option an einen Impfstoff gegen das Virus denkt. Denn RNA-Genome werden notorisch ungenau kopiert, sodass man bei jedem Infektionszyklus mit sehr vielen Virus-Varianten rechnen muss, gegen die schützende Impfstoffe nur sehr schwierig herzustellen sind.

 

Auf dem Virus-Genom ist die Information für sieben virale Proteine abgelegt: das Nucleoprotein NP, die viralen Proteine VP35 (P), VP40 (M), VP30 sowie VP24, die RNA-Polymerase L und das Glykoprotein GP. In der Hüllmembran, die im Übrigen von der Wirtszelle stammt, ist nur das Glykoprotein GP als virales Protein eingelagert und somit als einzige virale Komponente für das Immunsystem eines Infizierten erkennbar. Dem Virus dient das Glykoprotein als eine Art Schlüssel, um eine Wirtszelle zu infizieren. Ferner wird das Glykoprotein als antigene Determinante zur Virusklassifizierung genutzt.

 

Die Architektur des Genombereichs für die Codierung des Gykoproteins ist komplex. Drei Leserahmen lassen sich identifizieren, von denen sich vier unterschiedlich lange Proteine ableiten, die anschließend noch komplex modifiziert werden (Abbildung 1). Nur etwa 25 Prozent des Proteins, das von diesem Genombereich codiert wird, repräsentiert tatsächlich die membranständige Variante. Zu 70 Prozent wird nur der Leserahmen ORF I abgelesen, der ein verkürztes, sezerniertes Glykoprotein (sGP) liefert. Dieses sGP wird posttranslational geschnitten und glykosyliert und liegt im Serum des Patienten als Homodimer vor. Nur wenn während der Transkription in einem Sequenz­abschnitt der mRNA mit sieben Adenosinresten noch ein weiteres Adenosin eingefügt wird – ein Prozess, den man als RNA-Editing bezeichnet – wird der Leserahmen ORF II relevant. Dann entsteht die Glykoprotein-Variante, die nach Glykosylierung und Prozessierung in die Untereinheiten GP1 und GP2 als Homotrimer in die Virusmembran integriert wird. Bei circa 5 Prozent der GP-Translationsdurchgänge werden an der kritischen Oligo-A-Sequenz sogar zwei Nukleotide in die mRNA eingefügt. Daraus resultiert dann im Leserahmen ORF III ein ebenfalls sezerniertes, verkürztes, dimeres ssGP.

 

Bei den infizierten Patienten dominiert die Bildung des verkürzten, sezernierten Glykoproteins. Dies stellt eine signifikante Komplikation dar, denn diese löslichen Glykoproteine fangen neutralisierende Antikörper im infizierten Organismus ab – ein Vorgang, der als antigene Subversion bezeichnet wird. Durch diesen Mechanismus entzieht sich das Virus weitestgehend dem Angriff durch das Immunsystem.




Abbildung 1: Prozessierung des Ebola-Virus-Glykoproteins. Das Genom des Ebola-Virus enthält sieben Gene (3'-NP-VP35-VP40-GP-VP30-VP24-L-5'), allerdings werden infolge einer Editierung im GP-Gen neun Proteine gebildet. Das Haupt-Glykoprotein, das gebildet wird, ist ein sezerniertes, kurzes Protein, das nach Abspaltung des Signalpeptids (SP) und Spaltung durch die Protease Furin als sGP-Dimer im Serum vorliegt. Wird der Leserahmen im GP-Gen durch Einfügen von einem oder zwei Adenosinresten geändert, resultiert daraus entweder das komplette, membranständige Glykoprotein GP oder eine kleinere, sezernierte Variante ssGP. GP wird ebenfalls durch die Protease Furin gespalten, wobei die Untereinheiten GP1 und GP2 entstehen, die über Disulfidbrücken aneinander hängen und in dieser Form als Homotrimer in die Membran eingelagert sind. Das Tumornekrosefaktor-α-Converting-Enzym (TACE) kann das GP-Trimer von der Virusoberfläche abschneiden.


Virus aktiviert Kinase PI3K

 

Über die stark glykosylierte GP1-Domäne bindet das Ebola-Virus an Lectine auf der Oberfläche verschiedener Zellen und wird dann durch Endozytose aufgenommen. Dabei aktiviert das Ebola-Virus die Phosphoinositid-3- Kinase (PI3K) und bewirkt so seine Internalisierung in die Zelle in Form von Endosomen. Interessanterweise verhindern Inhibitoren der PI3K und nachgeschalteter Enzyme eine Infektion in Zellkulturversuchen, was Hoffnung auf zukünftige Behandlungsmöglichkeiten gibt.

 

Innerhalb der Endosomen wird das Glykoprotein durch die Protease Cathepsin L geschnitten. Dies führt zu einer Konformationsänderung und zur Fusion der viralen Hüllmembran mit der Endosomenmembran. Benötigt wird dafür zusätzlich das endosomale/lysosomale Membranprotein Niemann-Pick C1 (NPC1), dessen Inhibition vor einer Infektion durch verschiedene Viren, unter anderem auch Ebola-Viren schützen könnte. Auch eine spezifische Hemmung von Cathepsin L verhindert eine Infektion durch Ebola- und andere Viren. Vielversprechende kleine Moleküle, die zukünftig eingesetzt werden könnten, wurden bereits über High-Throughput-Screenings identifiziert.

 

Liegt das Nucleocapsid im Zyto­plasma vor, wird das aus einer Einzel-minus-Strang-RNA bestehende Virus-Genom durch die virale RNA-Polymerase transkribiert. Die gebildete mRNA dient dann als Matrize für die Transla­tion der viralen Proteine, die zusammen mit genomischer Virus-RNA zu neuen Viruspartikeln assembliert werden. Die massive Virusvermehrung in den Zellen führt zur Lyse der Wirts­zellen, wodurch die Virionen frei­gesetzt werden und einen neuen Infektionszyklus starten können.

 

Nach einer Inkubationszeit von zwei bis 21 Tagen beginnen zunächst eher unspezifische Symptome wie Fieber, Kopf- und Muskelschmerzen, Konjunktivitis, Pharyngitis und Übelkeit. Ab dem fünften bis siebten Krankheitstag treten bei den meisten Patienten Schleimhautblutungen auf – das charakteristische Erscheinungsbild des viralen hämorrhagischen Fiebers. Recht häufig ist eine Oligurie oder Anurie bis hin zum Nierenversagen zu beobachten. Die Letalität ist mit 50 bis 90 Prozent äußerst hoch.

 

Zwei Impfstoffkandidaten in der Pipeline




Proband Nr. 1: Eine 39-jährige Patientin erhielt als Erste den Impfstoffkandidaten von GSK, der sich derzeit in Phase I der klinischen Entwicklung befindet.

Foto: CDC/NIAID


Ein Impfstoff gegen eine Ebola-Infek­tion existiert momentan nicht. Dabei wäre eine Impfung die beste Maßnahme, um sich vor den fatalen Auswirkungen einer Infektion zu schützen. Zwei Impfstoffentwicklungen werden von der Weltgesundheitsorganisation derzeit favorisiert: ChAd-Ebola und VSV-EBOV. In beiden Fällen handelt es sich um gentechnisch hergestellte Vakzine.

 

Im Falle von ChAd-Ebola wurde die genetische Information des Glykoproteins von Ebola-Zaïre, dem zurzeit tödlichsten in Westafrika wütenden Ebola-Stamm, in das Genom eines Schimpansen-Adenovirus integriert (ChAd = Chimpanzee-Adenovirus). Dieser Impfstoff wird von Glaxo-Smith-Kline entwickelt. Seine Unbedenklichkeit wird gerade in einer ersten Phase-I-Studie an Freiwilligen getestet. Parallel dazu wurde auch bereits mit der Produktion von 10 000 Impfdosen begonnen.

 

Im Fall von VSV-EBOV wurde das Glykoprotein-Gen in das Genom eines vesikulären Stomatitis-Virus (VSV) integriert. Dieser Impfstoff ist eine kanadische Entwicklung. Er wird zwischenzeitlich von der US-amerikanischen Biotechfirma NewLink Genetics in Lizenz hergestellt.

 

Für eine ausschließliche Impfstrategie zur Eindämmung der Epidemie ist es allerdings längst zu spät, ganz abgesehen davon, dass die Impfstoffe auch nicht rechtzeitig in ausreichenden Mengen zur Verfügung stehen, um in Sierra Leone und Liberia die Infektionswelle zu stoppen. Mindestens 40 Prozent der zehn Millionen Einwohner von Sierra Leone und Liberia müssten geimpft werden, um die Infektionskette nachhaltig zu durchbrechen. Somit bilden Impfstoffe eine Option für die Zukunft, um spätere Ausbrüche zu verhindern oder das Virus gar auszurotten. Wichtig wären Impfstoffe jedoch für die Helfer, die jetzt aus vielen Ländern nach Westafrika kommen. Diese Menschen gehen ein erhebliches Risiko ein, das man mit einer vorherigen aktiven Immunisierung deutlich reduzieren könnte.

 

Therapieoptionen für Infizierte

 

Nicht zuletzt wegen der Erkenntnis, dass derzeit eine Strategie basierend auf Prävention zu spät kommt, um die Epidemie zu stoppen, konzentrieren sich aktuelle Aktivitäten bei der EMA auf die Evaluation von Strategien zur Behandlung erkrankter Patienten.

 

Mit folgenden Firmen hat die EMA Kontakt aufgenommen, um sich deren Entwicklungen anzusehen:

 

  • mit der US-Firma Biocryst, die den Wirkstoff BCX 4430 entwickelt,
  • mit Toyama Chemicals aus Japan und MediVector Inc. aus den USA, die gemeinsam das Potenzial des antiviralen Wirkstoffs Favipiravir zur Behandlung einer Ebola-Infektion testen,
  • mit der französischen Firma Fab’entech, die ein Hyperimmun-Serum aus Pferden entwickelt,
  • mit der US-Firma MAPP Biologicals, die den Antikörpermix ZMAPP entwickelt,
  • mit der US-Firma Sarepta, die den siRNA-Wirkstoff Sarepta AVI-7537 entwickelt,
  • mit der kanadischen Firma Tekmira, die TKM-Ebola entwickelt.
     

Behandlung mit Antimetaboliten




Abbildung 2: Strukturformeln der beiden Antimetaboliten BCX 4430 und Favipiravir.

Bei den beiden Wirkstoffen BCX 4430 und Favipiravir handelt es sich um Antimetabolite (Abbildung 2). BCX 4430 ist ein Adenosin-Analogon, das nach Aktivierung zum Triphosphat von der viralen RNA-abhängigen RNA-Polymerase effektiv in den wachsenden RNA-Strang eingebaut wird. Hier verursacht es einen Kettenabbruch, sodass die Virus-Replikation zum Erliegen kommt. In Tiermodellen schützte BCX 4430 nach intramuskulärer Applikation noch bis zu 48 Stunden nach einer Ebola-Virus- Exposition vor dem Ausbruch der Erkrankung. Aber auch gegen andere RNA-Viren wurde die Substanz bereits im Tiermodell recht erfolgreich getestet.

 

Ähnlich große Hoffnungen setzt man auf den Antimetaboliten Favipiravir (6-Fluoro-3-Hydroxy-2-Pyrazinecarb­oxamid), der ursprünglich als Wirkstoff zur Behandlung einer Influenza-Infek­tion entwickelt wurde und auch gegen andere RNA-Viren wirksam zu sein scheint. Auch diese Substanz muss zunächst in die aktive Form Favipiravir-Ribofuranosyltriphosphat umgewandelt werden, um danach die Synthese neuer viraler RNA-Moleküle effektiv zu verhindern.

 

Passive Immunisierung

 

Immerhin überleben circa 30 Prozent der Ebola-Patienten in Westafrika ihre Virus-Infektion. Da deren Immunsystem sich massiv mit dem gefährlichen Eindringling auseinandergesetzt und letztlich den schwierigen Kampf gewonnen hat, bieten sich solche Personen als Spender für die Herstellung humaner Hyperimmun-Seren an. Dieser Ansatz ist jedoch logistisch und technisch aufwendig und in den betroffenen Ländern Westafrikas in der derzeitigen Situation schwer realisierbar. Vermutlich hat aus diesem Grund auch die EMA die Prüfung dieses Verfahrens in ihrem Aufruf zunächst zurückgestellt.




Das Ebolavirus hat eine faden-, manchmal auch bazillusförmige Gestalt.

Foto: CDC/NIAID


Einen ähnlichen Lösungsansatz verfolgen russische Wissenschaftler bereits seit den 1990er Jahren, allerdings nicht mit Humanserum sondern mit aus Tieren gewonnenen Hyperimmun-Seren. Hierzu impft man Tiere, die nicht durch Ebola-Viren infizierbar sind, zum Beispiel Schafe, Ziegen oder Pferde. Danach kann aus diesen Tieren ein Immun­serum gewonnen werden, das mit Anti-Ebola-Antikörpern angereichert ist.

 

Im Tierversuch an Meerschweinchen und Javaner-Affen zeigte ein Hyperimmun-Serum aus Pferden eine gute Schutzwirkung gegen eine Infektion mit Ebola-Viren. Allerdings sollte die Applikation des Serums zeitlich sehr nahe zur Infektion erfolgen: Entweder nur maximal einen Tag vor oder spätestens zwei Stunden nach der Infektion.

 

Die Firma Fab’entech verwendet nicht die kompletten Immunglobulin-Moleküle. Vielmehr unterzieht sie die Antikörper einer Spaltung mit Pepsin, sodass letztlich nur Fab-Fragmente gegen die Ebola-Viren appliziert werden. Dieser Ansatz legt eine bessere Verträglichkeit beim Menschen nahe, und eventuell können auch höhere Dosen von Fab-Fragmenten appliziert werden. Es muss sich allerdings noch zeigen, ob dieser Ansatz wirklich für Pa­tienten nützlich ist, die bereits seit einiger Zeit infiziert sind. Für Helfer, die sich bei der Versorgung von Patienten versehentlich infiziert haben, ist das Präparat sicherlich interessant.

 

Ebenfalls um eine passive Immunisierung, allerdings mit rekombinanten Antikörpern, handelt es sich bei ZMapp. Dieser Wirkstoff ist ein Cocktail aus drei monoklonalen Antikörpern gegen das Oberflächen-Glykoprotein des Ebola-Virus. Zwei unterschiedliche Arbeitsgruppen hatten vor einigen Jahren jeweils aus Mäusen monoklonale Antikörper gegen Ebola gewonnen und unabhängig voneinander in Affen getestet. Verabreichte man mit Ebola infizierten Affen 24 oder 48 Stunden nach der Virus-Exposition die Antikörper, blieben fast alle Tiere am Leben.

 

Eine Mischung aus drei dieser Antikörper wurde für die Anwendung im Menschen in ihrer codierenden Sequenzen optimiert und in der Tabakpflanze Nicotiana benthamiana zur Expression gebracht. Bis zu 4,5 mg Antikörper lassen sich aus einem Gramm Blattmaterial isolieren. Auch dieser Antikörper-Cocktail sollte möglichst zeitnah zur Infektion mit dem Virus eingesetzt werden.

 

RNA-Wirkstoffe

 

Zwei der Wirkstoffe, die sich die EMA genauer ansehen will, sind RNA-Moleküle. TKM-Ebola ist eine Mischung aus drei unterschiedlichen kurzen RNA-Molekülen, die als small interfering RNA (siRNA) gezielt die Expression der drei viralen Proteine Polymerase, VP24 und VP35 verhindern sollen. Diese siRNA-Moleküle werden in sogenannten stabilen Nukleinsäure-Lipid-Partikeln (SNALPs) verpackt und können in dieser Form gut appliziert und von Zielzellen aufgenommen werden. Im Tiermodell zeigten vier bis sieben Applikationen der SNALPs mit jeweils 2 mg/kg siRNA einen sehr guten Schutz vor der Erkrankung. In einer Phase-I-Studie wurde der Wirkstoff bis zu einer Dosis von 0,3 mg pro kg Körpergewicht gut vertragen.

 

Der Wirkstoff Sarepta AVI-7537 ist ein Morpholino-Oligonukleotid (Phosphorodiamidate Morpholino Oligomer, PMO), das eine komplementäre Sequenz zu dem Teil der VP24-mRNA des Ebola-Virus enthält, der das Startcodon trägt, wodurch die Translation verhindert wird. PMOs sind deutlich stabiler als normale Antisense-Komplexe. Zudem zeigen sie eine gute Bioverfügbarkeit und sind folglich auch besser wirksam. VP24 ist deshalb ein interessantes Target, weil es zum einen als Inhibitor der Typ-I-Interferon-Antwort des befallenen Wirts gilt und somit die körpereigene Abwehr schwächt. Zum anderen ist es nach Bindung an VP35 und NP für den Wechsel von der Replikation zur Transkription des Virus verantwortlich.

 

In Phase-I-Studien erwies sich das PMO als sicher und gut verträglich. Allerdings zeigten auch die RNA-Wirkstoffe ihre Wirksamkeit im Tiermodell bisher nur, wenn sie zeitlich sehr nahe an der Infektion appliziert wurden. Inwieweit noch eine Wirksamkeit nach Ausbruch der Erkrankung möglich ist, ist fraglich.




Eine bemalte Wand informiert Passanten im liberianischen Monrovia über das Ebola-Infektionsrisiko. Das westafrikanische Land wurde von der Seuche besonders schwer getroffen.

Foto: dpa



Fazit

 

Eine Ebola-Infektion lässt sich zurzeit immer noch ausschließlich symptomatisch behandeln. Auch die Moleküle, die derzeit bei verschiedenen Firmen in unterschiedlichen Stadien der Entwicklung sind, werden wahrscheinlich nur sehr eingeschränkt die riesigen Probleme lösen können. Etliche der Ansätze sind für bereits Erkrankte nicht oder nur sehr bedingt geeignet. Somit bleiben zur Eindämmung der Ebola-Endemie in West­afrika Hygiene-, Schutz- und Quaran­tänemaßnahmen eine der wichtigsten Optionen. Die Gefahr, dass sich die Epidemie nach Europa ausweitet, erscheint jedoch derzeit noch recht gering. /



Beitrag erschienen in Ausgabe 40/2014

 

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