Viele Wege, ein Ziel

Das Prinzip der Immunisierung ist einfach: Impfstoffe konfrontieren den Körper mit spezifischen Oberflächenproteinen eines Pathogens oder mit dem Erreger selbst in abgetöteter oder abgeschwächter Form, das Immunsystem erkennt das Material als körperfremd und bildet Antikörper und eine zelluläre Immunantwort dagegen. Wenn sich der Mensch später mit dem entsprechenden Erreger infiziert, reagiert der Körper rasch darauf und bekämpft den Eindringling effektiv.

Die Herstellung von Impfstoffen ist dagegen nicht trivial. Zunächst müssen die Pathogene, gegen die die Immunität erzeugt werden soll, in ausreichender Menge vorliegen. Bei bakteriellen Vakzinen lassen sich die Erreger direkt züchten und weiter aufbereiten. Viren sind jedoch nur in Wirtszellen vermehrungsfähig. Klassisch ist die Produktion in Hühnereiern, die unter anderem zur Herstellung des Gelbfieberimpfstoffs und für 90 Prozent der weltweiten Menge an Influenzavakzinen angewendet wird. Die Hersteller beimpfen befruchtete und angebrütete Eier mit Saatviren und lassen diese dann einige Tage von Maschinen bebrüten. Anschließend trennen sie die entstandenen Viruskopien vom Eiweiß ab und inaktivieren sie durch Hitze und Chemikalien. Der Nachteil des bewährten Prozesses ist die zeitliche Dauer. Zwischen sechs und zwölf Monaten können vergehen, bis der Herstellungsprozess abgeschlossen ist. Auf plötzliche Epidemien oder gar Pandemien können die Produzenten nicht reagieren.

Eine schnellere und effektivere Möglichkeit ist die Vermehrung in Zellkulturen, die sich in großen Behältern, den Fermentern oder Bioreaktoren, befinden. In diesen Apparaturen schwimmen in einem flüssigen Medium Wirtszellen, zum Beispiel Stammzellen von Hühner-Embryonen. Die Nährlösung versorgt die Zellen mit allen Stoffen, die sie benötigen, um zu überleben und sich zu vermehren. Eine Sonde misst fortlaufend den Gehalt an Nährstoffen und erhöht bei Bedarf die Zufuhr. Verbrauchte Nährlösung und Abfallstoffe werden über eine spezielle Membran stetig aus dem Reaktor entfernt. Ist eine bestimmte Konzentration an Zellen erreicht, werden die Viren hinzugefügt, die sich in den Wirtszellen vermehren sollen. Dank der verkürzten Produktionszeit lassen sich Millionen von Impfdosen innerhalb weniger Tage herstellen.

Auch die Gentechnik kann den Prozess der Impfstoffherstellung vereinfachen und beschleunigen. Mit einem entsprechenden Verfahren wird der Hepatitis-B-Impfstoff bereits seit 1986 produziert. Die Hersteller isolieren eine Region des Genoms aus dem Virus, die für ein spezifisches Oberflächenprotein kodiert, und bringen sie in Kulturzellen, etwa Hefezellen, ein. Diese stellen das Antigen in großen Mengen her, das dann in aufgereinigter Form als Impfstoff eingesetzt wird. Weitere Beispiele für gentechnisch hergestellte Vakzine sind die beiden Impfstoffe gegen Humane Papillomaviren (HPV). Auch 5 bis 10 Prozent der weltweit benötigen Influenzaimpfstoffe stammen aus Zellkulturen. Bei Planungen eines SARS-CoV-2-Impfstoffs setzen einige Unternehmen auf eine Vermehrung in Zelllinien.