Impfstoffgewinnung

Influenza-Impfstoff:Abschied von Hühnereiern

Mit Optaflu® soll in Kürze erstmals ein Influenza-Impfstoff zur Verfügung stehen, der nicht mit Hilfe von embryonierten Hühnereiern gewonnen wurde, sondern auf der Basis eines neuen Zellkulturverfahrens. Entwickelt wurde das Verfahren von Novartis Behring in Marburg. Dort steht auch die weltweit erste industrielle Produktionsanlage zur Gewinnung eines kommerziellen Zellkultur-basierten Influenza-Impfstoffs.

Die Influenza-Pandemie-Szenarien haben immer wieder vor Augen geführt, dass mit den bislang zur Verfügung stehenden Produktionsmethoden und -kapazitäten Impfstoffe kaum in angemessener Zeit und in ausreichenden Mengen zur Verfügung gestellt werden können, um eine Pandemie abzuwenden oder einzudämmen. Als limitierend galt vor allem die Gewinnung der Impfstoffe mit Hilfe von embryonierten Hühnereiern. Fieberhaft wurde und wird daher nach neuen Herstellungsverfahren gesucht. Als besonders erfolgversprechend kristallisierten sich Verfahren heraus, bei denen die Impfviren nicht in embryonierten Hühnereiern sondern in Zellkulturen herangezogen werden.

Seit Jahren werden dazu drei Zelllinien getestet:

  • Vero-Zellen
  • MDCK-Zellen
  • Per.C6-Zellen

Bei Vero-Zellen handelt es sich um Nierenzellen der afrikanischen grünen Meerkatze.

MDCK (Madin Darby Canine Kidney)-Zellen wurden 1958 aus der Niere eines gesunden Hundes gewonnen. Per.C6-Zellen sind immortalisierte primäre humane embryonale Retinazellen.

Am weitesten fortgeschritten ist die Entwicklung von Impfstoffen auf der Basis von MDCK-Zellen. Schon im Jahr 2003 wurde in den Niederlanden ein MDCK-basierter Influenza-Impfstoff Influvac® TC der Firma Solvay Pharmaceuticals zugelassen. Er ist bislang noch nicht auf den Markt gekommen. Der Durchbruch ist nun Forschern der Firma Novartis Behring gelungen. Ebenfalls ausgehend von MDCK-Zellen haben sie ein Verfahren entwickelt, in denen die Zellen nicht mehr wie ursprünglich adhärent wachsen, sondern in Suspensionkultur im Serum-freien Medium.

Erste Produktionsanlage steht in Marburg

Die weltweit erste Produktionsanlage, die die kommerzielle Herstellung von Influenza-Impfstoffen auf Zellkulturbasis in großem Maßstab erlaubt, steht in Marburg, dort wo 1904 Emil von Behring die Behring-Werke gegründet hat. Hier wird für die Influenza-Saison 2007/2008 der saisonale Influenza-Impfstoff Optaflu® in einem Fünf-Stufen-Verfahren produziert:

  • Stufe 1 – Zellvermehrung. Die für das Verfahren benötigten, optimierten MDCK-Zellen werden in 1 ml-Ampullen in flüssigem Stickstoff gelagert. Zum Produktionsstart werden sie aufgetaut und schrittweise in Fermentern bis zu einem Volumen von 1000 Litern vermehrt. Die Vermehrung findet innerhalb eines geschlossenen Systems in Edelstahlkesseln statt. Es versteht sich von selbst, dass jeder Schritt des Verfahrens optimiert ist und entsprechend Computer-gestützt dokumentiert wird.
  • Stufe 2 – Infektion und Virusvermehrung . Ist die optimale Zelldichte erreicht, werden die Zellen über ein geschlossenes Rohrsystem mit einem ausgewählten Influenzavirusstamm infiziert. Dieser Vorgang, bei dem die Viren nach und nach in das Medium freigesetzt werden, dauert mehrere Tage.
  • .Stufe 3 – Virusaufreinigung. Ist der Vermehrungsprozess abgeschlossen, müssen die Viren von Zellresten der MDCK-Zellen abgetrennt werden. Hierzu dient unter anderem eine Chromatographiesäule, die eine Aufreinigung von mehreren tausend Litern erlaubt.
  • Stufe 4 – Inaktivierung, Spaltung, Antigengewinnung. Die aufgereinigten Viren werden anschließend inaktiviert und gespalten. In weiteren Aufkonzentrierungs- und Reinigungsschritten wird ein Antigenkonzentrat aus den Oberflächenantigenen Hämaglutinin und Neuraminidase gewonnen, das die Basis für den Impfstoff bietet. Da für saisonale Influenza-Impfstoffe drei Virusstämme erforderlich sind, muss das Produktionsverfahren bis zu diesem Schritt dreimal mit je einem der ausgewählten Stämme durchgeführt werden.
  • Stufe 5 – Mischen, Abfüllen und Freigabe. Im letzten Schritt werden dann die Oberflächenantigene der drei Stämme gemischt und abgefüllt. In großen Gebinden wird der Impfstoff zurzeit noch in Kühllastern zur Abpackung nach Italien gebracht. Die endgültige Freigabe jeder Impfstoffcharge erfolgt durch die europäische Zulassungsbehörde EMEA.

Geschlossenes System bietet Sicherheit

Bei der neuen Produktionsanlage in Marburg handelt es sich um ein geschlossenes System. Es bietet den Vorteil, dass Kontaminationen während des Herstellungsprozesses weitestgehend ausgeschlossen sind. Es verhindert aber auch, dass hochpathogene Viren das System verlassen können. Anders als bei der bislang üblichen Influenza-Impfstoffherstellung mit Hilfe von Hühnereiern ist keine Zugabe von Antibiotika, Konservierungsmitteln und Stabilisatoren notwendig. Damit steht mit Optaflu® erstmals ein Influenza-Impfstoff zur Verfügung, der frei von Antibiotika und Hühnereiweiß ist. Er enthält auch keine anderen Zusatzstoffe wie Stabilisatoren oder Konservierungsmittel. Deshalb wird das Risiko von Unverträglichkeitsreaktionen bei diesem zellkulturbasierten Impfstoff deutlich geringer eingestuft als bei herkömmlichen Influenza-Impfstoffen.

Bessere Übereinstimmung mit Wildviren

Darüber hinaus soll mit dem zellkulturbasierten Impfstoff eine wesentlich bessere Übereinstimmung mit dem Wildvirus zu erzielen sein, als dies bei Hühnerei-basierten Impfstoffen möglich ist. Damit sich die ausgewählten Influenza-Virusstämme in Hühnereiern vermehren können, müssen sie entsprechend adaptiert und verändert werden. Solche Adaptationsprozesse können bei der Verwendung der optimierten MDCK-Zellen entfallen. Zurzeit werden jedoch die Referenzviren, die jeder Influenza-ImpfstoffHersteller von den Referenzlabors erhält, noch mit Hilfe von Hühnereiembryonen gewonnen. Mit dem neuen Zellkulturverfahren können jedoch auch Wildvirenisolate vom Menschen direkt zur Impfstoffgewinnung eingesetzt werden. Damit könnte eine noch größere Übereinstimmung mit dem Wildvirus erzielt werden. Die Forscher hoffen, dass sich das in einer verbesserten Schutzwirkung niederschlägt.

Vorlaufzeiten entfallen

Anders als bei der Nutzung von embryonierten Hühnereiern entfallen bei dem neuen Zellkulturverfahren Vorlaufzeiten, da auf die Zellen zur Virusvermehrung sofort zurückgegriffen werden kann. Hühnereier für die Produktion saisonaler Influenza-Impfstoffe müssen hingegen Monate im Voraus bestellt werden. Alleine für eine Influenza-Impfstoffversorgung von 20 Millionen Deutschen sind dazu etwa 20 Millionen Hühnereier notwendig. Diese stammen aus streng kontrollierten Hühnerherden und müssen steril gehalten werden. Es ist leicht auszumalen, welche Folgen das Grassieren von Viren, insbesondere von Vogelgrippeviren in Hühnerbeständen haben wird, deren Eier für die Impfstoffproduktion vorgesehen sind. Schon vor diesem Hintergrund ist eine von Hühnereiern unabhängige Impfstoffproduktion ein großer Fortschritt. Weiterhin hat man das Problem, dass sich immer wieder Influenzavirusstämme in embryonierten Hühnereiern nur schlecht vermehren lassen. So erwies sich im letzten Jahr einer der drei für den Impfstoff ausgewählten Virusstämme als so virulent für die Hühnereier, dass die Impfstoffausbeute deutlich niedriger als geplant ausfiel. Lieferschwierigkeiten waren die Folge. Vor solchen Überraschungen glaubt man bei dem neuen Zellkulturverfahren sicherer zu sein.

Vorteile im Pandemiefall

Die besonderen Vorteile des neuen Zellkulturverfahrens sollen auch die Entwicklung eines präpandemischen und pandemischen Influenzaimpfstoffes erleichtern. Hier wird mit weniger Problemen bei der Virusvermehrung in der Zellkultur im Vergleich zu Hühnereiern gerechnet. Zudem geht man davon aus, dass der Impfstoff schneller zur Verfügung gestellt werden kann, da keine Hühnereier mehr vorbestellt werden müssen.

Ausbau der Produktionskapazitäten geplant

Novartis-Behring plant zunächst, den neuen Optaflu® -Impfstoff für die Saison 2007/2008 in Österreich und Deutschland auszuliefern, sobald das Annual update der EMEA vorliegt und die endgültige Chargenfreigabe erteilt worden ist. Mit dem Ausbau der Produktionsanlage in Marburg und dem Bau einer weiterer Anlage in den USA sollen die Produktionskapazitäten erweitert werden. Dr. Markus Leyck Dieken, Geschäftsführer von Novartis Behring, geht davon aus, dass sich in Marburg die Produktion auf Zellkulturbasis durchsetzen wird und dann mittelfristig keine Ei-basierten Impfstoffe mehr in Marburg hergestellt werden.

Anschluss eines Zugabebehälters an einen Fermenter
Durchbruch mit optimierter MDCK-Zelllinie In einer Zelllinie, die aus der Niere eines Hundes stammt, lassen sich Influenza-Impfviren heranziehen.
Alle Fotos: Novartis Behring
Qualitätskontrolle Während des gesamten Produktionsprozesses werden fortlaufend Proben für die Qualitätskontrolle entnommen.
Saatzellen auf Lager Die MDCK--Saatzellen für die Produktion des Zellkultur-Grippeimpfstoffes lagern in flüssigem Stickstoff. Sie können bei Bedarf aufgetaut werden.
Aufgetaute MDCK-Saatzellen werden schrittweise in Fermentern bis zu einem Volumen von 1000 Litern vermehrt.
Vorbereitung der Ultrazentrifugation

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