Bei der Entwicklung von Rhinovirus—Impfstoffen geht es um mehr als die Bekämpfung von Erkältungen

Die Forscher, die an einem Impfstoff gegen Rhinovirus arbeiten, die Infektion, die die Erkältung verursacht, sind sich in einem wichtigen Punkt alle einig – sie versuchen nicht, die Schnupfen zu heilen.

„Rhinovirus ist mehr als nur ein Ärgernis“, sagt Martin Moore, Virologe an der Emory University in Atlanta, Georgia. „Schnupfen bei Erwachsenen ist nicht der Grund, warum wir das tun.“

Während das Virus bei den meisten Menschen leichte Symptome verursacht und als geringfügiges Ärgernis angesehen wird, kann es bei kleinen Kindern mit Asthma und älteren Menschen mit Lungenentzündung oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) schwere Probleme verursachen.

Rhinoviren verursachen normalerweise Infektionen der oberen Atemwege, aber bei Menschen mit zugrunde liegenden Lungenerkrankungen wirkt sich die erhöhte Entzündung tendenziell auf die unteren Atemwege aus, sagt Gary McLean, Immunologe am Imperial College London. Entzündung verursacht Atembeschwerden; Die Krankheit dauert länger und kann viel ernster sein. Bei Kindern sind Erkältungen eine Hauptursache für Asthmaanfälle, und eine große Anzahl von Erkältungen in jungen Jahren ist ein guter Indikator dafür, dass ein Kind Asthma entwickeln wird.

James Gern, Allergologe an der University of Wisconsin in Madison, Wisconsin, sagt, es sei noch nicht klar, ob Rhinovirus Asthma verursacht oder ob Menschen mit Asthma besonders anfällig für das Virus sind, aber er hält es für vernünftig, einen kausalen Zusammenhang zu vermuten. „Wenn ein Kind immer wieder Infektionen der unteren Atemwege bekommt, kann es zu Narben in der wachsenden Lunge kommen“, sagt er. Gerns lang andauernde Längsschnittstudie an Kindern, die in Madison geboren wurden, hat maßgeblich dazu beigetragen, die Prävalenz und Komplikationen von Rhinovirus-Infektionen bei Kindern aufzudecken. Er fand heraus, dass Rhinovirus-Infektionen bei Kindern mit Asthma in der kalten Jahreszeit „fast universell“ sind und die damit verbundenen Krankheiten länger anhielten und bei diesen Kindern
schwerer waren.

Wir versuchen nicht, die Erkältung zu heilen, sondern die Symptome schwerer, akuter Lungenerkrankungen zu lindern

Ein Impfstoff ist erforderlich, da für Menschen, bei denen das Risiko von Komplikationen durch das Rhinovirus besteht, „es keine Behandlung gibt, außer sie ins Krankenhaus zu bringen und zu hoffen, dass sie besser werden“, sagt McLean. „Wir versuchen nicht, die Erkältung zu heilen, sondern die Symptome schwerer, akuter Lungenerkrankungen zu lindern.“

Die Hürden

Die Entwicklung eines Impfstoffs hat sich jedoch als schwierig erwiesen. „Es ist schwierig, der Erreger macht es nicht einfach“, sagt McLean.

Das größte Problem ist die schiere Anzahl der Rhinoviren. Bisher wurden mindestens 160 verschiedene Serotypen in drei verschiedenen Spezies identifiziert, die als A, B und C bekannt sind. Die C-Viren, die jetzt etwa 60 Serotypen umfassen, wurden erst vor zehn Jahren entdeckt
. Diese Fülle von Serotypen ist ein Problem, denn während das menschliche Immunsystem Antikörper produzieren kann, um uns nach der Exposition vor einem einzelnen Virusstamm zu schützen, erstreckt sich dieser Schutz nicht über verschiedene Serotypen.

Einen Impfstoff zu haben, der gegen alle oder die meisten Serotypen schützen kann, ist wichtig, da im Gegensatz zur Influenza, bei der die Stämme, die jedes Jahr dominieren werden, bekannt sind und Impfstoffe auf sie zugeschnitten werden können, keine bestimmten Stämme des Rhinovirus dominieren — sie zirkulieren auf der ganzen Welt. „Mit Rhinovirus können wir es nicht eingrenzen“, sagt Jorge Blanco, Präsident von Sigmovir Biosystems, einem Biotech-Unternehmen mit Sitz in Rockville, Maryland. „Wir müssen mit der Annahme arbeiten, dass jeder Serotyp vorherrscht.“

Das Fehlen eines guten Tiermodells zum Testen von Impfstoffkandidaten in vivo behindert ebenfalls den Fortschritt. Antikörper, die das Virus in einer Petrischale neutralisieren, funktionieren möglicherweise nicht immer in lebenden Systemen, und einige Antikörper, die in vitro nur für einen Serotyp zu wirken scheinen, können tatsächlich eine serotypübergreifende Wirkung zeigen, wenn sie in vivo getestet werden. „Tierstudien sind erforderlich, um zu beweisen, dass der Impfstoff wirksam sein kann“, sagt Blanco, dessen Firma an einem Rhinovirus-Modell mit der Baumwollratte arbeitet. Bisher ist es gelungen, zwei Serotypen — RV14 und RV16 — in den Ratten zu züchten.

Es gibt Aktivitäten auf diesem Gebiet, aber es gab so viele Misserfolge, dass nicht viele Artikel veröffentlicht wurden

All diese Hürden bedeuten, dass es seit einem anfänglichen Ausbruch von Optimismus in den 1970er Jahren wenig Bewegung in Richtung Entwicklung eines wirksamen Rhinovirus-Impfstoffs gegeben hat. „Es gibt Aktivitäten auf diesem Gebiet, aber es gab so viele Misserfolge, dass nicht viele Artikel veröffentlicht wurden“, sagt Greg Tobin, Chefwissenschaftler bei Biological Mimetics mit Sitz in Frederick, Maryland.

Aber die Dinge beginnen sich zu verbessern. Mehrere verschiedene Forschungsgruppen machen jetzt gute Fortschritte bei Rhinovirus-Impfstoffen, mit einer Vielzahl von verschiedenen Techniken.

Old-School-Ansatz

Moore und sein Team bei Emory verfolgen den vielleicht einfachsten und brutalsten Ansatz: So viele verschiedene Serotypen wie möglich in einen Impfstoff zu stopfen. „Unsere Methode ist völlig Old School“, sagt Moore.

Multivalente Impfstoffe sind nicht neu – der Impfstoff gegen Polio, der wie das Rhinovirus ein Coronavirus ist, umfasst drei Serotypen, und der Pneumokokken-Impfstoff umfasst alle 23 Serotypen. Aber was Moore vorschlägt, geht weit über das hinaus, was zuvor jemand versucht hat. „Abhängig von der Dosis denke ich, dass wir einen 100-wertigen Impfstoff herstellen könnten“, prognostiziert er.

Moore bleibt beim Thema der alten Schule und beabsichtigt, inaktivierte Viren und die gut verstandenen Prozesse zu verwenden, die bei der Herstellung des Impfstoffs für das verwandte Poliovirus verwendet werden. Der Trick besteht darin, einen Weg zu finden, genug Antigen in einen einigermaßen kleinen Schuss zu pressen. Es wird nicht einfach. Die Einbeziehung der C-Viren erweist sich als besonders schwierig, da sie erst kürzlich in Zellen kultiviert wurden und die Forscher bisher nicht in der Lage waren, sie auf eine Konzentration zu bringen, die hoch genug ist, um sie auf ein Volumen zu verdünnen, das klein genug ist, um sie in einen Impfstoff aufzunehmen. „Es wird viel Prozessforschung erfordern“, sagt Moore.

Sie sind sehr immunologische Partikel, daher sagen wir voraus, dass ein 100-wertiger Impfstoff nicht mehr Protein enthalten würde als die durchschnittliche Grippeimpfung

Sobald dieser Knick herausgearbeitet ist, sagt Moore jedoch, dass das Virus Antikörper so gut stimulieren kann, dass nur eine winzige Menge jedes Serotyps in einem Impfstoff benötigt wird. „Sie sind sehr immunologische Partikel, daher sagen wir voraus, dass ein 100-wertiger Impfstoff nicht mehr Protein enthalten würde als die durchschnittliche Grippeimpfung“, sagt er.

Moore arbeitet jetzt mit Meissa Vaccines in South San Francisco, Kalifornien, an der Entwicklung des Herstellungsprozesses, prognostiziert jedoch, dass er noch mehr als zwei Jahre von Studien am Menschen entfernt ist.

Synthetische Epitope

Andere Forscher versuchen komplexere Methoden, um den serotypenübergreifenden Schutz zu erhalten, den ein lebensfähiger Impfstoff benötigt. Tobin verwendet eine Technik namens Immune Refocusing Technology, um ein synthetisches Epitop zu entwickeln — den Teil des viralen Antigens, an den Antikörper binden -, das den Schutz gegen mehrere Serotypen stimuliert. Anstatt für einen einzelnen Stamm spezifisch zu sein, wird es eine Art generisches Antigen sein, dessen Antikörper mehrere verschiedene Serotypen erkennen können.

“ Wir fragen, welche Aminosäuren Antikörper mögen, und modifizieren dann sanft die Epitope, um Schlüsselaminosäuren zu verändern, um ein Antigen zu bilden, das kreuzprotektive Antikörper stimuliert „, sagt Tobin von Biological Mimetics.

Jedes einzelne immunrefokussierte Antigen hat beispiellose Kreuzserotyp-Antikörper stimuliert

Das Unternehmen hatte bisher einige Erfolge mit dieser Methode. „Jedes einzelne immun-refokussierte Antigen hat beispiellose Cross-Serotyp-Antikörper stimuliert“, sagt er. Der führende Impfstoffkandidat des Unternehmens, bekannt als M5, hat 41 der 61 Serotypen neutralisiert, gegen die es bisher getestet wurde. Und obwohl M5 auf einem A-Virus basiert, neutralisiert es genauso gut B-Virus-Serotypen.

„Ich hätte nie gedacht, dass wir eine so gute Antwort bekommen würden“, sagt Tobin, der hinzufügt, dass er ähnliche Erfolge gegen die C-Viren erwartet, sobald sie einen guten Weg entwickelt haben, sie zu testen. Das Unternehmen strebt an, 2018 mit Phase-I- und Phase-II-Studien am Menschen zu beginnen.

Zurück am Imperial College London ist McLean skeptisch, wie effektiv die synthetischen Epitope in der Praxis sein werden. „Sie können in einer experimentellen Umgebung arbeiten, aber sie weichen vom nativen Erreger ab. Was passiert also, wenn das Immunsystem auf einen einheimischen Stamm trifft?“ er sagt.

Targeting capsid protein

McLeans eigene Arbeit konzentriert sich wie die von Tobin auf die Herstellung eines einzigen kreuzprotektiven Antigens. Er und seine Kollegen durchsuchten die Genome einer Vielzahl von Rhinovirus-Stämmen nach hochkonservierten Regionen, die sie teilten. Sie fanden mehrere, aber die meisten waren für Proteine, die innerhalb der viralen Hülle oder der infizierten Zelle bleiben. Ein Impfstoff benötigt ein Ziel auf der Virusoberfläche. Schließlich identifizierte die Gruppe ein Protein namens VP0, das Teil der äußeren Beschichtung des Virus oder des Kapsids ist, das von mehr als 100 Stämmen gemeinsam genutzt wird. „Wir dachten, es könnte nützlich sein, mit diesem Protein zu immunisieren, und das könnte uns einen serotypenübergreifenden Schutz bieten“, sagt McLean.

Aber anstatt zu versuchen, Antikörper zu erzeugen, will McLean, dass sein Impfstoff T-Zellen induziert, die so viele verschiedene Stämme wie möglich erkennen können, und die T-Zellen des Immunsystems trainieren, um besser auf Rhinovirus-Infektionen zu reagieren. Menschen mit chronischen Lungenerkrankungen neigen dazu, die falsche Art von Immunantwort auf Rhinovirus zu montieren. Sie erzeugen eine TH2-Reaktion, die McLean als „großes gefährliches Durcheinander“ der Entzündung beschreibt, anstelle der normalen Reaktion auf eine Virusinfektion, die als TH1-Reaktion bekannt ist. Durch die Aufnahme eines Adjuvans, von dem bekannt ist, dass es eine TH1-Reaktion hervorruft, lässt der Impfstoff das Immunsystem wissen, wie es reagieren soll, wenn das Virus das nächste Mal auftritt. Wenn Sie den Körper dazu bringen, diese TH1-Reaktion zu produzieren, wird nicht nur die Infektion beseitigt, sondern auch die wenig hilfreiche TH2-Entzündungsreaktion abgeschwächt, die einen Asthmaanfall auslösen kann.

Wir wollen die Immunantwort wieder zu einer günstigeren T-Zell-Antwort neigen

“ Wir wollen die Immunantwort zurück zu einer günstigeren T-Zell-Antwort neigen „, sagt er.

McLean sagt, er sei „ein bisschen weg“ von Phase—I-Studien am Menschen – die größte Herausforderung besteht derzeit darin, ein geeignetes Adjuvans zu finden, da die Viruspartikel selbst nicht viel von einer Immunantwort alleine fördern. Er muss auch zeigen, dass sein Kapsidprotein auch Ergebnisse für die C-Viren liefern kann, die entdeckt wurden, nachdem er mit dieser Arbeit begonnen hatte. „Um jemanden davon zu überzeugen, das Geld für Studien am Menschen bereitzustellen, müssen wir zeigen, dass es auch für Typ C funktioniert“, sagt er.

Es ist noch nicht klar, welche dieser Techniken wahrscheinlich zu einem erfolgreichen Impfstoff für den Menschen führen wird, aber alle drei sind es wert, verfolgt zu werden, sagt Gern von der University of Wisconsin. „Mit mehr als 160 Serotypen wird jede Art von Virus eine große Herausforderung sein“, sagt er. „Es macht Sinn, mehrere Ansätze zu verfolgen.“

Und das erneute Interesse an diesem Gebiet beginnt Forscher und Pharmaunternehmen davon zu überzeugen, dass dieses unterausgenutzte Gebiet ein lohnender Ort für ihre Bemühungen ist.

„Wenn Sie einmal sagten, Sie würden an einem Erkältungsimpfstoff arbeiten, riskierten Sie, ausgelacht zu werden“, sagt Tobin. „Das beginnt sich zu ändern.“