Adjuvantien

Die in der Human- und Veterinärmedizin seit über 60 Jahren meistgenutzten Adjuvantien sind Mineralsalze auf der Basis von Aluminium (LINDBLAD 2004). In kommerziellen Impfstoffen zur Immunisierung von Tieren dienten bzw. dienen zudem das unvollständige Freundsche Adjuvans, welches wegen aufgetretener Nebenwirkungen zunehmend kritisch beurteilt wird, sowie Saponine zur Stimulation der Immunantwort (SINGH u. O'HAGAN 2003). Im Folgenden werden nach Einteilung der Adjuvantien in das Schema von COX u.

COULTER (1997) wichtige Aspekte der einzelnen Substanzen kurz geschildert.

2.2.1.1 partikuläre Adjuvantien

Als wichtigster Vertreter dieser Klasse sind die Aluminiumsalze wie Aluminiumhydroxid oder Kalium-Aluminiumsulfat (Alum) zu nennen. Nach Bindung der Antigene an diese 100-1000 nm großen Partikel werden die Komplexe von antigenpräsentierenden Zellen über Phagozytose aufgenommen, worauf im Anschluss an eine Präsentation über MHC II-Moleküle durch eine vermehrte Produktion von IL-4 eine Aktivierung der humoralen Immunität erfolgt. Die starke Modulation des Immunsystems in Richtung einer Th2-Antwort wird durch eine IL-4 vermittelte Hemmung der Differenzierung von Vorläuferzellen zu Th1-Zellen erzielt. Diese Induktion antikörperbildender Immunmechanismen ist ein Kennzeichen der Aluminiumverbindungen (COX u. COULTER 1997; LINDBLAD 2004; SINGH u.

O'HAGAN 2003). Im Rahmen dieser Abwehrreaktionen wird auch eine Stimulierung der IgE-Produktion durch Aluminiumsalze erreicht, womit diese Adjuvantien interessante Kandidaten für Vakzinen gegen Helminthen sein können. Für alle Impfstoffe mit Aluminiumkomplexen werden eine niedrige Toxizität und damit geringe Nebenwirkungen gefunden (LINDBLAD 2004).

Weitere Adjuvantien dieser Gruppe sind die Wasser-in-Öl-Emulsionen, wie das vollständige oder das unvollständige Freundsche Adjuvans. Auch hier beruht die Wirkung auf einer Komplexbildung und folgender Phagozytose. Wie bei den Aluminiumverbindungen führt eine langsame Freisetzung des Antigens zu einer verzögerten Resorption von der Applikationsstelle, womit sich die Dauer des antigenen Stimulus erhöht. Die dem vollständigem Freundschen Adjuvans zugefügten abgetöteten Mykobakterien (Mycobakterium tuberculosis) aktivieren zusätzlich über ihren Inhaltsstoff Muramyldipeptid

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die Zytokinproduktion von Makrophagen. Dadurch wird die Reaktion von beiden Arten der Th-Zellen direkt stimuliert. Mit Hilfe beider Freundschen Adjuvantien kann eine Aktivierung der Th1- und Th2-Antwort provoziert werden, allerdings verstärken sich sowohl die immunstimulatorischen als auch die toxischen Wirkungen des unvollständigen Freundschen Adjuvans bei Gebrauch des vollständigen Freundschen Adjuvans (COX u. COULTER 1997;

LINDBLAD 2004; TIZARD 2000). Aufgrund der Toxizität und der Kontamination des Fleisches mit Mineralölen werden beide Substanzen nicht mehr in lebensmittelliefernden Tieren angewendet. Demgegenüber werden die in vielen Vakzinen eingesetzten Aluminiumsalze über die Niere ausgeschieden (LINDBLAD 2004; TIZARD 2000).

Die ebenfalls dieser Gruppe zugeordneten immunstimulatorischen Komplexe (ISCOMs) werden aus einer Gitterstruktur von Cholesterol und Phospholipiden gebildet, in die Saponine eingelagert sind. Nach Inkorporation der Antigene und Immunisierung wird eine starke Th1- und Th2-Antwort hervorgerufen, wobei die zelluläre Immunität über die Induktion von IL-12 und Interferon γ (IFN-γ) erzielt wird (COX u. COULTER 1997; SINGH u. O'HAGAN 2003).

Eine ähnliche Struktur besitzen die bis zu 100 µm großen Mikropartikel, die aus synthetischen, biokompatiblen Polymeren wie Polylactid-co-glyklolid zusammengesetzt sind.

Durch die Komplexbildung des Antigens mit den Partikeln kann sowohl eine zelluläre als auch eine humorale Immunantwort induziert werden. Zusätzlich kann über die Einlagerung immunstimulatorischer Adjuvantien in die Mikropartikel die Reaktion des Abwehrsystems moduliert werden (COX u. COULTER 1997; SINGH u. O'HAGAN 2003).

Die von KÖHRMANN (2002) in Vakzinierungsversuchen mit rekombinantem MSP verwendeten Adjuvantien GERBU-Adjuvans 100 und GERBU-Adjuvans LQ bestehen aus einer Nanosuspension biologisch abbaubarer Lipide, Esterquat 1 und dem Glykopeptid GMDP (N-Acetyl-glucosaminyl-[ß1,4]-N-acetylmuramyl-Ala-D-Isoglutamin), einem Zellwandbestanteil von Lactobacillus bulgaricus. Neben der Depotwirkung werden die immunstimulatorischen Eigenschaften dieser Substanzen besonders durch eine vermehrte Phagozytose des Adjuvans-Antigen-Komplexes ausgelöst, wobei aber keine unerwünschten Reaktionen durch die Impfung verursacht werden sollen.

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2.2.1.2 nicht partikuläre Adjuvantien

Die Substanzen dieser Gruppe zeichnen sich durch ihre immunstimulatorischen Eigenschaften aus. Saponine als gesamter Pflanzenextrakt oder aus ihnen aufgereinigte Komponenten wie das Quil A verursachen eine starke Anregung der humoralen und vor allem der zellulären Immunität. Der Mechanismus ihrer Wirkung ist unbekannt, es konnte aber eine Einlagerung der Saponine in die Zellmembran mit einer daraus resultierenden Porenbildung nachgewiesen werden. Über diese Poren wäre ein Einstrom von Antigenen in das Zytosol möglich, so dass deren Präsentation über MHC I-Moleküle eine zelluläre Immunantwort bewirken könnte (SINGH u. O'HAGAN 2003). Trotz ihrer unbekannten Wirkungsweise sind Saponine seit langem in vielen, in der Veterinärmedizin genutzten Vakzinen enthalten, da sie ähnlich den Aluminiumsalzen eine hohe Sicherheit aufweisen (COX u. COULTER 1997).

Als weiteres der Gruppe zugehöriges Adjuvans ist das Monophosphoryl Lipid A zu nennen, das eine starke Th1-Antwort induziert. Die Substanz ist ein Bestandteil der Lipopolysaccharide von Salmonella minnesota und scheint über die Bindung an Rezeptoren der antigenpräsentierenden Zellen eine Freisetzung proinflammatorischer Zytokine zu bewirken. Unter diesen finden sich überwiegend IL-2 und IFN-γ, welche die Ausbildung einer zellulären Abwehr hervorrufen (COX u. COULTER 1997; SINGH u. O'HAGAN 2003).

Diese kann ebenfalls über die Verwendung von Interleukin 12 als Adjuvans erreicht werden.

Allerdings ist aufgrund der teuren Herstellung und ihrer Spezies-Spezifität mit einem Einsatz dieser Zytokine in der Veterinärmedizin nicht zu rechnen (COX u. COULTER 1997; SINGH u. O'HAGAN 2003).

Eine neue Klasse von immunstimulatorisch aktiven Stoffen wurde mit der sogenannten CpG-DNA beschrieben, einem Bestandteil bakterieller CpG-DNA, die eine verstärkte zelluläre Immunität hervorruft. Dieses Adjuvans besitzt in vivo direkte, die Abwehrzellen anregende Eigenschaften, welche durch die Bindung an Rezeptoren oder aber durch Endozytose der CpG-DNA ausgelöst werden (SINGH u. O'HAGAN 2003).

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Ein neuer Ansatz zur Herstellung von Vakzinen ist die Expression rekombinanter Antigene in transgenen Pflanzen (KIRK u. WEBB 2005; STREATFIELD u. HOWARD 2003). Durch die Konstruktion von Fusionsproteinen, die das gewünschte Antigen in Verbindung mit einer immunstimulatorischen Komponente beinhalten, kann eine immunogene Wirkung ohne den Zusatz klassischer Adjuvantien erzeugt werden. Dabei werden die Antigene mit Substanzen wie dem hitzelabilen Toxin aus enterotoxischen E. coli konjugiert, womit die Induktion einer Th1- und Th2-Antwort möglich ist (RIGANO u. WALMSLEY 2005).

2.2.2 Immunisierungsversuche mit nativen/rekombinanten Proteinen