Wie funktionieren die Corona-Impfstoffe?
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(Bild: FabrikaSimf/Shutterstock.com)
Hierzulande sind fünf COVID-19-Impfstoffe zugelassen. Wir erklären, wie sie funktionieren, wie wirksam sie sind und für welche Altersgruppen sie verfügbar sind.
Als neuesten Pfeil im Köcher gegen COVID-19 empfiehlt die Ständige Impfkommission (STIKO) seit Anfang Februar auch den Impfstoff Nuvaxovid des US-Herstellers Novavax. Deutschland erhält dieses Jahr bis zu 34 Millionen Impfdosen davon, im ersten Quartal wurden vier Millionen Dosen geliefert. Damit sind hierzulande mit BioNTech/Pfizers Comirnaty (mRNA), Modernas Spikevax und Johnson & Johnsons (Janssen-Cilag) COVID-19 Vaccine Janssen insgesamt vier Corona-Vakzine erhältlich. AstraZenecas Vaxzevria ist seit Dezember nicht mehr bestellbar.
Welche Impfstoffarten sind in Deutschland gegen COVID-19 zugelassen?
Alle bisher zugelassenen Impfstoffe sind sogenannte Totimpfstoffe, die keine vermehrungsfähigen Viren enthalten. Sie bilden drei Kategorien: mRNA-Impfstoffe (BioNTech/Pfizer und Moderna), Vektorimpfstoffe (Oxford University/AstraZeneca und Johnson & Johnson) sowie Proteinimpfstoffe (Novavax). Die ersten beiden Sorten sind neuartige Vakzine, die erstmals statt einem Antigen dessen Genbauplan liefern. Das Antigen wird dann im Körper gebildet.
Wie funktionieren die mRNA-Impfstoffe?
Die Impfung enthält in Fettkügelchen verpackte Kopien der genetischen Anleitung für das Spike-Protein, wie es das Sars-Cov-2-Virus auf seiner Oberfläche trägt. Aus dieser Boten-RNA-Sequenz (mRNA) stellt der Körper vorübergehend Kopien des Proteins her, das als Fremdkörper (Antigen) erkannt wird und das Immunsystem trainiert. Während die RNA-Bauanleitung abgebaut wird, bildet das Immunsystem Antikörper und aktiviert zweierlei T-Zellen (weiße Blutkörperchen) gegen die Spike-Kopie. Die CD4+-Zellen (T-Helferzellen) sind für die Bildung neutralisierender Antikörperbildung wichtig, während die zytotoxischen CD8+-Zellen schon davor als frühe Abwehrformation virenbefallene Zellen erkennen und zerstören können.
Was sind Vektor-Impfstoffe?
Sie nutzen abgeschwächte Erkältungsviren als Träger (Genfähren), um die Gensequenz des Spike-Proteins (Impfantigen) in die Kerne von Körperzellen einzuschleusen. Dort produzieren die Transportviren gemäß dem Bauplan Spike-Proteine und regen so die Bildung von Antikörpern sowie T-Zellen an. Sich vermehren und eine Krankheit auslösen können die Transporterviren nicht. Sie werden nach kurzer Zeit abgebaut. AstraZeneca [VSK1] nutzt einen modifizierte Adenovirus, der bei Schimpansen Atemwegsinfekte auslöst (ChAdOx1), während Johnson & Johnson ein verändertes humanes Adenovirus nutzt (Ad26).
Wie wirken Proteinimpfstoffe (Spalt-Impfstoffe)?
Der erste Vertreter Nuvaxovid enthält als Antigen eine gentechnisch hergestellte Form des Spikeproteins. Wie viele Spaltimpfstoff-Proteine, die allein nur eine schwache Impfreaktion hervorrufen, braucht auch das von Novavax einen Wirkverstärker (Adjuvans). Dabei handelt es sich um Saponine aus der Rinde des chilenischen Seifenrindenbaumes.
Da solche Proteinimpfstoffe nicht neu sind und gentechnisch hergestellte Antigene bereits in Impfstoffen – etwa gegen das Humane Papillomavirus und Hepatitis B – zum Einsatz kommen, hoffen viele Akteure in der Forschung und der Politik auf eine bessere Akzeptanz in der Bevölkerung.
Der wichtigste Nachteil von Proteinimpfstoffen besteht allerdings darin, dass sie nur die Produktion von Antikörpern, nicht aber von zytotoxischen T-Zellen (CD8+) auslösen, die befallene Zellen zerstören können. Diese fehlende T-Zell-Immunität kann bei Impfdurchbrüchen eine Rolle spielen, wenn etwa die gebildeten Antikörper nicht mehr gut genug zu den Viren passen.
Wie wirksam sind die COVID-19-Impfstoffe gegen die Omikron-Variante?
Die bisherigen Covid-19-Impfstoffe wurden gegen den Wildtyp entwickelt, während sich das Sars-Cov-2-Virus durch eine Vielzahl von Mutationen deutlich verändert hat. Damit entzieht es sich zunehmend der Antikörperantwort und die sogenannte T-Zell-Antwort wird wichtiger.
Gegen die inzwischen verdrängte Delta-Variante boten die mRNA-Impfstoffe von BioNTech/Pfizer und Moderna sowie AstraZenecas Vektor-Impfstoff eine mit etwa 90 Prozent recht hohe Wirksamkeit gegen schwere Krankheitsverläufe mit Krankenhausaufenthalt. Die Wirksamkeit gegen eine symptomatische SARS-COV-2-Infektion betrug 75 Prozent.
Erste Erkenntnisse zur Wirksamkeit gegenüber der Omikron-Variante legen nahe, dass bei einer Grundimmunisierung der Schutz gegen eine symptomatische COVID-19-Erkrankung und vor eine Infektion überhaupt nach zwei bis drei Monaten deutlich abnimmt und geringer als bei der Delta-Variante ist.
Eine Auffrischimpfung zur Steigerung die Impfeffektivität gegen schwere Verläufe mit Krankenhausaufenthalt wird durchgehend empfohlen. Wie lange dieser Schutz hält, ist leider unklar.
Warum kommt es zu Impfdurchbrüchen?
Auch bei sehr guter Wirksamkeit können die COVID-19-Impfstoffe nicht alle Infektionen verhindern, das war schon in den Zulassungsstudien so. Weil vor allem die erste Wirksamkeit der mRNA-Vakzine viel höher als erwartet war, hat das zunächst wenig gestört. Aber mit steigender Impfquote wurde der Effekt sichtbarer. Es fühlt sich paradox an, aber je mehr Menschen geimpft sind, desto höher wird der Anteil der trotz Impfung Infizierten gegenüber der ungeimpft Infizierten.
Hinzu kommt, dass die Impfungen bei immunsupprimierten Menschen, die etwa nach einer Organtransplantation Medikamente gegen eine Abstoßung einnehmen oder Krebspatienten in der Chemotherapie, oft schlechter wirken. Weil die Mittel eine volle Immunreaktion verhindern, entstehen etwa viel weniger Antikörper.
Zudem hat sich der Erreger im Vergleich zum Wildtyp durch Mutationen deutlich verändert. Die Immunantwort passt daher nicht mehr so gut wie am Anfang. Nicht zuletzt lässt auch der Impfschutz mit der Zeit nach, was die Auffrischimpfungen notwendig gemacht hat. Künftig wird es wohl in bestimmten Abständen auch neu angepasste COVID-19-Impfstoffe brauchen, oder noch besser solche, die schon beim Erstkontakt mit dem Virus in den Schleimhäuten für einen guten Schutz sorgen.
Was bedeutet nochmal die Wirksamkeit eines Impfstoffs?
Die Wirksamkeit ist ein mitunter schwer nachvollziehbarer Wert. Beträgt sie zum Beispiel 95 Prozent, bedeutet das nicht, dass fünf Prozent der Geimpften erkranken oder dass jeder Geimpfte um fünf Prozent milder erkrankt. Sondern es werden 95 Prozent jener Krankheitsfälle verhindert, die ohne Impfung aufgetreten wären. COVID-19-Impfstoffe verringern das Risiko einer Erkrankung – und schützen vor schweren Verläufen.
Was kann der BioNTech/Pfizer-Impfstoff Comirnaty?
Impfstoffart: mRNA-Impfstoff
Wirksamkeit: Eine große Phase-3-Studie zur Auffrischimpfung mit Comirnaty zeigte während der Dominanz der Delta-Variante den Impfschutz gegen schwere Verläufe wieder bei 95,6 Prozent Wirksamkeit (>10.000 Teilnehmer ab 16 Jahren). Bei Omikron fällt der Schutz schwächer aus, allerdings gibt es kaum Studien mit neuen Wirksamkeitswerten. Immerhin kann Comirnaty inzwischen bei minus 15 statt ursprünglich minus 80 Grad gelagert werden, was die Langzeitaufbewahrung etwa in Apotheken ermöglicht. Für bis zu zehn Wochen reicht auch ein Kühlschrank.
Sicherheit: Israel hatte letztes Jahr als erstes Fälle von Herzmuskelentzündung bei älteren männlichen Teenagern ab 16 Jahren gemeldet und mit der Impfung in Verbindung gebracht. Sie waren gut behandelbar. Insgesamt trat die Reaktion weltweit häufiger bei 16- bis 19-jährigen männlichen BioNTech/Pfizer-Impflingen und öfter nach der zweiten Dosis auf.
Bei Fünf- bis Elfjährigen liegt das Risiko einer Herzmuskelentzündung laut der US-Seuchenschutzbehörde CDC deutlich niedriger als bei Jugendlichen. Bei etwa acht Millionen verabreichten Impfdosen traten lediglich elf verifizierte Fälle auf (0,0000014 Prozent). Die USA meldeten zwei Todesfälle in dieser Altersgruppe. Sie traten bei Kindern mit mehreren chronischen Krankheiten auf. Ein kausaler Zusammenhang zwischen Impfung und Todesfällen wurde nicht gefunden.
Ein letztes Jahr groß durch die Presse gegangenes Preprint, das ein höheres Risiko für Herzmuskelentzündung nach der BioNTech/Pfizer-Impfung als nach der Covid-19-Erkrankung ausgemacht hatte, hatte wohl deutliche methodische Mängel. Sie hatte das vier- bis sechsfach größere Risiko bei 12- bis 17-jährigen Jungen auf der Basis von Rohdaten aus der Nebenwirkungsmeldeliste VAERS bestimmt. Diese Liste sammelt allerdings passiv alle Vorkommnisse, die nach einer Impfung auftreten. Ob es auch einen Kausalzusammenhang gibt, muss immer eine weitere Validierung zeigen, die hier nicht stattgefunden hatte. Darüber hinaus hatte das Preprint auch Daten aus den Monaten vor der Comirnaty-Verfügbarkeit für 12- bis 15-Jährige einbezogen und nur einen Monat danach.
STIKO-Empfehlung: Unter 30-Jährigen empfiehlt die STIKO ausschließlich die BioNTech/Pfizer-Impfung, da Meldedaten für die Moderna- gegenüber der BioNTech/Pfizer-Impfung in dieser Altersgruppe ein höheres Risiko für Herzmuskel- und Herzbeutelentzündungen nahelegen. (Ab 30 Jahren besteht dieses höhere Risiko für Modernas Spikevax nicht mehr.) Mit anderen Impfstoffen begonnene Immunisierungen sollten mit Comirnaty vervollständigt werden.
Erwachsenen ab 18 Jahren empfiehlt die STIKO eine Grundimmunisierung mit zwei Dosen im Abstand von drei bis sechs Wochen. Ab 30 Jahren ist drei Monate danach eine Auffrischimpfung mit einem der beiden mRNA-Vakzinen (BioNTech/Pfizer oder Moderna) ratsam. 18- bis 29-Jährige sollten im selben Abstand mit BioNTech/Pfizer auffrischen.
Bei Kindern zwischen 12 und 17 Jahren lautet die Empfehlung Grundimmunisieren im Abstand von drei bis sechs Wochen und eine Auffrischimpfung drei bis sechs Monate später. Kinder mit einer Vorerkrankung sollten möglichst früh ab drei Monaten ein drittes Mal geimpft werden. Ohne Vorerkrankung liefert ein Impfabstand von sechs Monaten einen besseren Langzeitschutz.
In der Kohorte der fünf bis elfjährigen empfiehlt die STIKO eine Zwei-Dosen-Grundimmunisierung und bis zu zwei Auffrischimpfungen – aber nur im Fall von Vorerkrankungen oder wenn es im Umfeld der Kinder Personen mit hohem Risiko für einen schweren COVID-19-Verlauf gibt. Trotzdem können auf Wunsch der Eltern und Sorgeberechtigten auch gesunde Kinder nach ärztlicher Aufklärung geimpft werden.
Die STIKO hat ihre Aussage, dass sie das Risiko seltener Nebenwirkungen in dieser Altersgruppe aufgrund einer eingeschränkten Datenlage nicht einschätzen kann, seit Dezember nicht aktualisiert. Die Europäische Zulassungsbehörde EMA und ihr US-Pendant FDA hatte die Immunisierung von fünf- bis elfjährigen im November letzten Jahres unabhängig von der Gesundheit empfohlen.
Was kann der Moderna-Impfstoff Spikevax?
Impfstoffart: mRNA-Impfstoff
Wirksamkeit: In einer großen klinischen Studie verhinderte eine Immunisierung mit zwei Dosen symptomatische COVID-19-Fälle um 94,1 Prozent (28.000 Probanden, 18 bis 94 Jahre alt). Das Risiko für einen schweren Verlauf sank um 90,9 Prozent, inklusive bei Risikopatienten mit Vorerkrankungen.
Die Wirksamkeit bei mehr als 3.000 untersuchten 12- bis 17-jährigen Kindern bewertete die EMA als vergleichbar gut wie bei 18- bis 25-Jährigen. Die Jugendlichen produzierten ähnliche Antikörpermengen. Keines der 2.163 geimpften Kinder erkrankte, während in der Placebogruppe vier von 1.073 erkrankten. Auch bei Fünf- bis Elfjährigen ist laut EMA die Antikörperbildung mit jener von 18- bis 25-Jährigen vergleichbar.
Sicherheit: In sehr seltenen Fällen – 1:10.000 – kann es zu einer Herzmuskel- und Herzbeutelentzündung und zu schweren allergischen Reaktionen kommen.
STIKO-Empfehlung: Ab 30 Jahren empfiehlt die STIKO eine Grundimmunisierung mit zwei Dosen im Abstand von drei bis sechs Wochen. Drei Monate danach sei eine Auffrischimpfung mit einem der beiden mRNA-Vakzinen (BioNTech/Pfizer oder Moderna) ratsam.
Was kann der Johnson & Johnson-Impfstoff Covid-19 Vaccine Janssen?
Impfstoffart: Vektorbasierter Impfstoff
Wirksamkeit: Der ursprünglich auf eine Dosis ausgelegte Impfstoff startete mit einer Wirksamkeit von 70 Prozent für die Verhinderung von schweren Verläufen. Krankenhausaufenthalte wurden zunächst zu 100 Prozent verhindert. Bei der Delta-Variante lag dieser Schutz nur noch bei 70 Prozent und dürfte bei der hochansteckenden Omikron-Variante noch niedriger sein. Die meisten Impfdurchbrüche wurden bei Personen beobachtet, die mit Johnson & Johnson geimpft waren. Ähnlich wie der AstraZeneca-Impfstoff ist das Johnson & Johnson-Vakzin im Kühlschrank lagerbar.
Sicherheit: In sehr seltenen Fällen (zwei pro eine Million verabreichten Dosen, Stand: 9. Dezember 2021) löste die Impfung die Bildung von Blutgerinnseln gekoppelt mit einer Verringerung der Blutplättchen (Thrombose mit Thrombozytopenie-Syndrom, TTS) aus. CDC-Daten zufolge waren am häufigsten 30- bis 49-jährige Frauen davon betroffen, die laut CDC in mindestens acht Fällen tödlich verlief. TTS wird durch eine Autoimmunreaktion gegen Plättchenfaktor 4 ausgelöst und kann bei früher Diagnose durch bestimmte Immunglobuline behandelt werden.
Während TTS belegbar durch die Impfung verursacht werden kann, ist der Kausalzusammenhang zwischen der Immunisierung und dem ebenfalls in seltenen Fällen auftretende Guillain-Barré-Syndrom weniger klar. Zu der Autoimmunerkrankung, bei der Immunsystem irrtümlich Antikörper gegen Nervenmembranen bildet und dadurch Lähmungen auslöst, kam es laut der WHO in sieben bis acht Fällen pro eine Million verabreichter Dosen (Stand: 9. Dezember 2021).
STIKO-Empfehlung: Eine Impfung mit dem Johnson & Johnson-Impfstoff wird nur noch für Personen ab 60 Jahren empfohlen. Nach ärztlicher Beratung ist die Impfung auch für jüngere möglich. Allerdings gilt die Ein-Dosis-Impfung nicht mehr als vollständige Impfung. Insgesamt brauchen Personen, die mit diesem Impfstoff immunisiert wurden, drei Impfdosen. Als Zweitimpfung und als Booster empfiehlt die STIKO einen der mRNA-Impfstoffe. Alleine war die Vakzine schon gegen die Delta-Variante wenig wirksam und ist es noch weniger gegen Omikron.
Was kann der AstraZeneca-Impfstoff Vaxzevria?
Impfstoffart: Vektorbasierter Impfstoff
Wirksamkeit: Von allen COVID-19-Impfstoffen startete AstraZeneca wohl mit der schwächsten Wirksamkeit, die laut EMA bei etwa 60 Prozent und laut der britischen Arzneimittelagentur MHSA bei etwa 70 Prozent lag. Dafür musste er nicht tiefgefroren werden, sondern war im Kühlschrank bei zwei bis acht Grad lagerbar.
Sicherheit: Ursprünglich ab 18 Jahren zugelassen, wurde Vaxzevria nach der – vor allem bei Frauen zwischen 30 und 49 Jahren auftretenden und in einigen Fällen leider tödliche verlaufenen – Thrombose-Reaktion TTS bei nur noch ab 60 Jahren empfohlen.
STIKO-Empfehlung: Vaxzevria ist in Deutschland seit Dezember letzten Jahres nicht mehr erhältlich.
Was kann der neue Novavax-Impfstoff Nuvaxovid?
Impfstoffart: Proteinimpfstoff (Spaltimpfstoff)
Impfprinzip: Nuvaxovid ist eine Abwandlung der klassischen Spaltimpfstoffe. Für die herkömmliche Form werden zunächst im Labor erzeugte Viren chemisch gespalten, die Virushüllen-Bruchstücke gereinigt und unter diesen jene Proteine ausgewählt werden, die sich gut für eine Impfreaktion eignen.
Beim Nuvaxovid-Impfstoff kommt zwar auch ein Protein von der Sars-Cov-2-Hülle (Spike) zum Einsatz, aber die Produktion läuft anders. Zunächst stellen gentechnisch veränderte Baculoviren das Spike-Protein her. Baculoviren befallen ausschließlich wirbellose Tiere wie Motten. Deshalb eignen sich etwa Nachtfalterzellen gut als Bioreaktoren. In ihnen vermehren sich die Baculoviren, deren Erbgut das Gen für das Spike-Protein hinzugefügt und etwa gegen enzymatischen Abbau leicht verändert wurde, sehr gut. Die produzierten Spike-Proteine wandern an die Oberfläche der Bioreaktorzellen. Nachdem die Proteine eingesammelt wurden, lagern sie sich spontan zu knapp 30 Nanometer kleinen Partikeln zusammen, deren Struktur den Viren ähnelt.
Wirksamkeit: Zwei große Phase-3-Studien fanden Wirksamkeiten von 89,7 Prozent (Großbritannien, 15.000 Probanden) und 90,4 Prozent (USA und Mexiko, 30.000 Probanden). Daten über die Wirksamkeit gegen Omikron fehlen noch.
Sicherheit: Laut STIKO haben die Zulassungsstudien keine unerwünschten schweren Nebenwirkungen ergeben.
STIKO-Empfehlung: Nuvaxovid ist ab 18 Jahren als Zwei-Dosen Grundimmunisierung im Abstand von drei Wochen einsetzbar. Zudem ist er auch als zweite Dosis zur Vervollständigung einer Grundimmunisierung oder nach einer Covid-19-Erkrankung geeignet. Schwangere und Stillende nimmt die STIKO von der Empfehlung wegen fehlender Daten noch aus, es sei denn, es gibt eine medizinische Kontraindikation gegen mRNA-Impfstoffe“.
Der Impfstoff ist noch nicht als Auffrischimpfung zugelassen, kann aber bei medizinischen Bedenken gegen mRNA-Impfstoffe dafür verwendet werden.
Wer gilt als vollständig immunisiert?
Dafür braucht es drei Impfdosen, die Kombination ist unerheblich. Seit Februar wird besonders gesundheitlich gefährdeten und exponierten Gruppen – ab drei Monate nach dem ersten – ein zweiter Booster empfohlen, da der Effekt des ersten innerhalb weniger Monate abnimmt. Geeignet sind beide mRNA-Impfstoffe sowie der neue Nuvaxovid: über 70-Jährige, Pflegeheimbewohner, Menschen mit Immundefizienz, sowie – frühestens sechs Monate nach dem ersten Booster – auch Personal in medizinischen Einrichtungen und Pflegeeinrichtungen.
Ungeimpften Schwangeren ab dem zweiten Trimenon empfiehlt die Ständige Impfkommission (STIKO) unabhängig vom Alter BioNTech/Pfizers Comirnaty, ebenso wie Stillenden unter 30 Jahren. Oberhalb dieses Alters können sich Stillende mit beiden mRNA-Impfstoffen immunisieren lassen.
(anka [4])
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