Adjuvantien

Impfstoffe bestehen aus gereinigten Antigenen, die selten allein immunogen sind.

Die klinisch wirksame Immunreaktion wird erst durch einen Zusatz von besonderen Hilfsstoffen, den Adjuvantien erreicht. Diese Adjuvantien sind unspezifische wirksame Substanzen, die in Kombination mit Antigenen einen verstärkten, schnelleren und länger anhaltenden Immunisierungseffekt bewirken. Diese Wirkstoffe spielen besonders bei der Applikation von Totvakzinen, Peptidvakzinen und Spaltvakzinen eine große Rolle. Größere Bedeutung haben z.B. anorganische Kolloide, wie Aluminiumhydroxid, Aluminiumphosphat, ferner Mineralöl, Saponin und abgetötete Mykobakterien, sowie abgetötete Bordetella pertussis-Bakterien, bakterielle Polysaccharide, bakterielle Hitzeschockproteine und bakterielle DNA. Der immunisierende Effekt wird durch die langsamere Resorption des Antigens von der Injektionsstelle und die daraus resultierende längere Verweildauer an der Injektionsstelle (Depotwirkung) begünstigt. Weiterhin beruht die Adjuvanswirkung auf der Aktivierung von Makrophagen, die partikuläre Adjuvans-Antigen-Präparationen stärker phagozytieren und Cytokine freisetzen, welche die spezifische Lymphozytenantwort verstärken (WIESNER u. RIBBECK, 2000).

Wiederum wirken Adjuvantien verhältnismäßig schwach, wenn sie nicht Bakterien oder deren Produkte enthalten. Bakterielle Zellwandbestandteile oder abgetötete Bakterien weisen den Nachteil auf, dass sie selbst als Antigene erkannt werden und damit zu ungewollten Immunantworten führen können und folgend unerwünschte Nebenwirkungen verursachen. Moderne Adjuvantien, wie CpG-Motive rufen solche unerwünschten Reaktionen aufgrund der geringen Molekülgröße und der Erkennung durch spezifische Rezeptoren (TLR) nicht hervor (JANEWAY et al., 2002).

2.5.1. CpG-Motive

Seit den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts ist die stimulierende Wirkung bakterieller DNA in Bezug auf das Immunsystem von Säugetieren bekannt. Die

tumorunterdrückende Wirkung einzelsträngiger DNA wird durch die erhöhte Produktion von IFN-α, -β und -γ und die gesteigerte Vermehrung der natürlichen Killerzellen (NK)-Zellen erklärt (TOKUNAGA et al., 1988). Als entscheidendes Strukturelement für die immunstimulierende Wirkung dieser Oligodeoxynukleotide wurde ein zentraler Guanosin-Kern erkannt (KRIEG et al., 1995). Cytosin-Phosphat-Guanosin-Motive (CpG-Motive) sind einzelstrangige DNA-Sequenzen, die in 5-3-Richtung ein Cytosin-Phosphat-Guanosin-Dinukleotid (CpG-Dinukleotide) besitzen, wobei am C5-Atom des Cytosins keine Methylgruppe gebunden ist. Die stimulierende Wirkung der Oligodeoxynukleotide wird aufgehoben durch ihre Methylierung oder der Umkehrung zu Guanosin-Cytosin (HAECKER et al., 2002).

Die DNA von Wirbeltieren besitzt diese Wirkung nicht, da sie in der Regel in methylierter Form vorliegt. Es bestehen speziesspezifische Unterschiede bezüglich der optimalen Sequenz und der zwei flankierenden Nukleinsäuren in 3- und in 5-Richtung. Außerdem bewirkt eine zunehmende Sequenzlänge, d.h. die Anzahl der CpG-Dinukleotide, eine verstärkte Immunantwort, so dass heute die eingesetzten synthetischen Sequenzen zum Teil aus über 20 Nukleotiden bestehen (HAECKER et al., 2002). Die flankierenden Basen werden aufgrund ihrer Wirkung in immun-stimulatorische und in immun-neutralisierende Sequenzen eingeteilt. In den Genomen von Wirbelsäulentieren überwiegen die immun-neutralisierenden Sequenzen. Hingegen in der DNA von Bakterien finden sich hauptsächlich immun-stimulatorische Sequenzen. Dies erklärt zusätzlich, warum vor allem bakterielle DNA Einfluss auf das Immunsystem hat (KRIEG et al., 1998a) In der Humanmedizin wurde in vitro, als Effekte synthetischer CpG-Motive, die B-Zell-Proliferation, die Aktivierung von dendritischen Zellen, Makrophagen und Monozyten und zusätzlich die verstärkte Abwehr der natürlichen Killerzellen bisher beobachtet. In vivo verstärken CpG-Motive die CD4+T-Zell-Antwort, die in Th1-Richtung abläuft (KRIEG, 2002).

2.5.2. CpG-Motive als Impfstoff-Adjuvantien

Ein weiterer Vorteil von CpG-Motiven ist die besonders gesteigerte zelluläre Abwehrreaktion, neben der insgesamt verstärkten Immunantwort. Im Rahmen einer Impfung von juvenilen Rindern gegen das bovine Herpesvirus-1 (BHV-1) bewirkte der Einsatz von synthetischem Oligodeoxynukleotide mit nichtmethylierten CpG

Dinucleotide (CpG ODN) eine starke und ausgeglichene Immunantwort gegen diese Zielspezies (IOANNOU et al., 2002a). Auch im Vergleich zu anderen TLR-Liganden erzeugen CpG-Motive einen besseren Schutz, der auf der gesteigerten Aktivität der spezifischen zytotoxischen T-Zellen beruht, die im Zusammenhang mit intrazellulären Erregern von entscheidender Bedeutung ist (SCHWARZ et al., 2003).

Im Gegensatz zu Aluminiumverbindungen besitzen CpG-Motive den Vorteil, dass sie weniger oder keine Gewebsirritation erzeugen (RANKIN et al., 2002; VLEUGELS et al., 2002). In einem Versuch an Schweinen mit dem Impfstoff BioThrax gegen die Milzbranderkrankung konnte gezeigt werden, dass der Impfstoff mit dem Zusatz von nichtmethylierten CpG-Motiven im Vergleich zu dem Impfzusatz mit Aluminiumverbindungen, in einer geringeren Dosis eingesetzt werden konnte (GU et al., 2007). Des Weiteren wurde durch eine subkutane Injektion an Schafen beobachtet, dass eine Kombination von CpG-Motiven mit Adjuvantien auf Basis von Mineralöl im Vergleich zum alleinigen Zusatz von Mineralöladjuvantien eine ausgeglichenere Th1:Th2-Antwort erzielt wurde und eine geringere Konzentration verwendet und damit die Nebenwirkungen herabgesetzt werden konnten (IAONNOU et al., 2002b).

Darüber hinaus wurde in Mäusemodellen beobachtet, dass bei hohen Dosierungen von CpG-Motiven von 50 bis 100 µm pro Tier sich Nebenwirkungen wie Splenomegalie oder Lymphadenopathien zeigten (JOSEPH et al., 2002; STORNI et al., 2004). Eine weitere kritische Beobachtung ist die Zersetzung der CpG-Motive durch DNAsen des Körpers, womit die von manchen Autoren beobachtete kurze Wirkungsdauer erklärt werden kann. Daher wurde getestet, ob sich CpG-Motive zusammen mit Antigen in Vesikel verpacken lassen und eine niedrigere Dosis in einer einmaligen intramuskulären oder intranasalen Applikation die gleiche Th1-Antwort auslöst. Diese Formulierung löste in Mäusen mit niedriger Dosierung schon nach einmaliger, sowohl intramuskulärer als auch intranasaler Applikation, die gleiche Th1-Antwort aus, wie die 50-fache Menge des löslichen CpG-Motives (JOSEPH et al., 2002).

Zu ähnlichen Ergebnissen führte die Applikation von CpG-Motiven, die in so genannten virus-like particles (VLPs) aus dem Bakteriophagen Qß untergebracht wurden (STORNI et al., 2004). Die gleichzeitige Verpackung von CpG-Motiven und dem Antigen, gegen das die Tiere immunisiert werden sollen, in ein solches Vesikel,

wies im Mäusemodell keinerlei Nebenwirkungen auf und konnte sogar eine T-Zell-Antwort erzeugen, die mit der eines Lebendimpfstoffes vergleichbar ist.