Eine der Kardinalfragen: was ist drin in Impfstoffen?

Dieser Artikel ist auf die kürzestmögliche Variante zusammengestrichen und trotzdem sehr, sehr lang, aber es ist nunmal DAS Thema bei Impfstoffen schlechthin: WAS IST DA ÜBERHAUPT ALLES DRIN????

Berge von Gerüchten, Behauptungen und Fragen beziehen sich auf die Inhaltsstoffe von Impfstoffen. Und vorweg: es ist nicht möglich, jeden einzelnen davon in einem Blogartikel unter die Lupe zu nehmen – aber vielleicht ist es schon hilfreich, einfach einmal einen allgemeinen Überblick zu bieten.

Insgesamt bewegt sich die Anzahl der existierenden Inhaltsstoffe – exklusive des Antigens! in allen derzeit zugelassenen Impfstoffen (wenn man auch Puffersalze etc. mit einrechnet) irgendwo zwischen 150 und 200, und das alleine im Humanbereich. Wenn man die Veterinärimpfstoffe mit einrechnet, noch deutlich mehr. Allerdings enthält ein einzelner Impfstoff meist in Summe nur recht wenige verschiedene Inhaltsstoffe, manche Inhaltsstoffe kommen dafür auch nur in einem einzigen Produkt vor.

Einfacher ist es, sich klarzumachen, dass man sie im Prinzip in 3 große Gruppen einteilen kann, nämlich in Wirkstoff / Hilfsstoffe / Produktionsrückstände.

Der Wirkstoff, das Antigen

Hierbei handelt es sich um Bakterien, Viren oder Toxine bzw. deren Bestandteile. Diese sind entweder noch vermehrungsfähig, aber abgeschwächt (attenuierte Lebendimpfstoffe) oder inaktiviert oder rekombinant, also mit gentechnischen Methoden, hergestellt (Totimpfstoffe).

Das Antigen ist der Anteil, der für die Funktion des Impfstoffes zuständig ist: die Antigene tragen sogenannte Epitope (spezielle Oberflächenstrukturen), anhand derer unser Immunsystem Antikörper bilden kann (Schlüssel – Schloß – Prinzip). Werden wir später mit dem betreffenden Erreger infiziert, kann das Immunsystem diese Struktur wiedererkennen und die Erreger bekämpfen.

Mit den Vektor-, den mRNA und im Veterinärbereich den DNA – Impfstoffen hat eine neuere Generation Einzug gehalten: bei dieser Art Impfstoff ist nicht das Antigen, sondern ein Bauplan für das Antigen enthalten, welcher unseren Körper selber das Antigen herstellen lässt.

Hilfsstoffe

Dies sind Substanzen, die hinzugefügt werden, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Dazu gehören zum Beispiel:

Adjuvantien (Wirkverstärker)

Diese werden nur bei sogenannten „Totimpfstoffen“ benötigt (mit einer einzigen Ausnahme: Montanide bei manchen Lebendimpfstoffen gegen Infektiöse Bronchitis bei Hühnern) und auch da nicht bei allen. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Aluminiumverbindungen.

Diese Aluminiumverbindungen sind nicht giftig und bedeuten auch nicht, dass der Körper mit Metallen belastet wird. An dieser Stelle ein kleiner Ausflug in die Chemie: Elemente und Verbindungen sind zwei unterschiedliche Dinge. Nehmen wir als Beispiel die beiden Elemente Natrium und Chlor: beide werden in minimalen Mengen in unserem Körper gebraucht, in größeren Mengen sind sie jedoch für uns sehr giftig und schädlich. Eine Verbindung von Natrium und Chlor zu Natriumchlorid bildet jedoch das ganz normale Kochsalz, das wir jeden Tag in unserem Essen zu uns nehmen. Wenn ein Impfstoff Aluminiumsalze als Wirkverstärker enthält, dann liegen diese als Aluminiumhydroxid oder Aluminiumphosphat vor. Andere Adjuvantien können z.B. Squalen oder Monophoshoryl – Lipid A enthalten. Im Veterinärbereich finden auch teilweise Substanzen wie Ginseng Anwendung als Adjuvans und häufig auch wie oben schon erwähnt Montanide oder Saponine wie Quil A, ein Extrakt aus dem Seifenrindenbaum.

All diese unterliegen sehr strikten Prüfprozessen und sowohl für Humanimpfstoffe als auch für Veterinärimpfstoffe gibt es in der Zulassung eigene Guidelines speziell für Adjuvantien.

Nanolipidpartikel

Hier haben wir einen neuen Hilfsstoff, der bei den mRNA – Impfstoffen verwendet wird. Die mRNA muss an kleine Lipidpartikel gekoppelt werden, um optimal in die Zellen aufgenommen zu werden. Diese Lipidpartikel enthalten unter anderem PEG (Polyethylenglykol), welches bereits ein altbekannter Bestandteil etlicher Arzneimittel und Kosmetika ist und bei den aktuellen COVID – Impfstoffen nach derzeitigem Kenntnisstand als Auslöser für die selten beobachteten heftigeren allergischen Reaktionen angesehen wird.

Stabilisatoren

Stabilisatoren – wie der Name schon sagt – stabilisieren das Antigen. Der Impfstoff bleibt dadurch länger haltbar und das Antigen behält seine Eigenschaften. Ein bekannter Stabilisator ist zum Beispiel Humanalbumin.

Konservierungsmittel

Das bekannteste ist wohl Thiomersal. Dieses ist mittlerweile seit rund 20 Jahren in Humanimpfstoffen nicht mehr enthalten, in Veterinärimpfstoffen inzwischen auch eher selten. Bei Thiomersal handelt es sich um eine Quecksilberverbindung und kein reines Quecksilber.

Der Grund, warum man in Humanimpfstoffen und auch den meisten Veterinärimpfstoffen keine Konservierungsmittel mehr benötigt, sind die deutlich verbesserten Herstellungsbedingungen mit Sterilabfüllung und die Verwendung von Einzeldosen in Fertigspritzen. Die wenigen Veterinärimpfstoffe, in denen noch ein Konservierungsmittel enthalten ist, sind sogenannte „Multidose – Container“ – Behältnisse, in denen eine Impfstoffmenge für 20, 50, 100 oder mehr Dosen enthalten ist. Hier ist es natürlich wichtig, bakterielle Besiedelung zu verhindern, wenn ein solcher Behälter für längere Zeit geöffnet bleibt.

Es gibt noch weitere Arten von Hilfsstoffen – im Veterinärbereich zum Beispiel Farb- und Aromastoffe. Hühner werden oft am ersten Lebenstag direkt nach dem Schlüpfen geimpft – mit Impfstoffen, die auf die Küken gesprüht werden und die sie oral aufnehmen, wenn sie sich selbst oder den Artgenossen das Gefieder putzen. Hier werden Aromastoffe beigemengt, damit’s besser schmeckt und auch Farbstoffe – es gibt eigene Studien, um festzustellen ob die Küken lieber grüne, rote oder lila Tröpfchen picken, die betreffende Farbe wird beigemischt, um die Aufnahme zu verbessern. Die Lieblingsfarben der Küken dürften übrigens rot und blau sein, wenn man sich die Studienergebnisse ansieht 😉

Produktionsrückstände

Hierbei handelt es sich um Reste aus dem Herstellungsprozess, welche sich nicht vollständig herausreinigen lassen, meist aber nur in minimalen Spuren unterhalb der Nachweisgrenze enthalten sind. Impfstoffproduktion läuft sehr unterschiedlich ab. Bakterien vermehrt man auf Nährmedien, Viren in lebenden Zellen (Zellkultur oder Hühnerei), bei rekombinanten Produkten oder Plattformen kommen teilweise Zellkulturen, teilweise andere Prozesse zum Tragen und davon abhängig unterscheiden sich auch die sonstigen Materialien, die man für die Herstellung benötigt. Man könnte ein ganzes Buch schreiben, würde man alle hier aufzählen und beschreiben. Ein paar typische Beispiele (die auch immer wieder in Diskussionen aufpoppen) sollen jedoch genannt werden:

Formaldehyd

Damit werden die meisten Antigene in den Totimpfstoffen inaktiviert, z.B. das Virus beim FSME – Impfstoff oder das Toxin beim Tetanus – Impfstoff. Die Struktur bleibt erhalten, aber die Wirkung geht verloren – das Immunsystem kann es also noch immer gut erkennen, es kann aber nichts mehr anrichten. Formaldehyd ist ein regulärer Bestandteil unseres eigenen Stoffwechsels – die minimalen Spuren in Impfstoffen liegen deutlich unterhalb der Menge, die wir laufend in unserem Blut haben. Die vielfach befürchtete Schädlichkeit liegt im Einatmen formaldehydhaltiger Gase (was bei Impfstoffen völlig irrelevant ist), wie es bei bestimmten Lacken und Farbstoffen vorkommen kann. Auch der Rauch einer Zigarette enthält wesentlich mehr Formaldehyd als alle Impfstoffe zusammen. Zum Mengenvergleich: mit der Nahrung nehmen wir täglich bis zu 14 mg Formaldehyd auf (je vegetarischer wir essen, desto mehr). 50 mg produziert unser Körper selbst pro Tag. Die Obergrenze bei einem Impfstoff liegt bei 0,2 mg und wird in der Realität bei weitem nicht erreicht.

Antibiotika

Diese sind nur in manchen klassischen viralen Impfstoffen enthalten. Mit der Beimengung von Antibiotika verhindert man während der Vermehrung von Viren in der Zellkultur bakterielle Besiedelung. Diese werden also nicht dem Impfstoff beigemengt, sondern in der Herstellung den Zellkulturen, minimale Spuren davon können im Endprodukt verbleiben, weshalb dies eine wichtige Information für starke Allergiker darstellt. Aufgrund der weltweit stark verbreiteten Allergie gegen Penicillin wird dieses übrigens niemals zu diesem Zweck eingesetzt! Meist sind es Substanzen wie Neomycin oder Kanamycin.

Polysorbat

Polysorbat ist ein Emulgator und kann sowohl als Hilfsstoff als auch als Produktionsrückstand enthalten sein: es verhindert die Bildung von Aggregaten (Zusammenlagerung zu größeren Klumpen), wozu einige Viren neigen. Polysorbat als Hilfsstoff verhindert die Aggregatbildung im Endprodukt – Aggregate können hier für stärkere Lokalreaktionen oder vermehrte Fieberreaktionen verantwortlich sein. Umgekehrt will man Aggregate auch in der Herstellung verhindern, einerseits wegen der Ausbeute an Viren (Aggregate passen nicht durch die Filter) oder bei der Inaktivierung (bei Aggregaten könnte es geschehen, dass die Viren im Inneren des Aggregates nicht ausreichend lange dem inaktivierenden Stoff, z.B. dem Formaldehyd, ausgesetzt sind). Auch bei Potency – Tests (Bestimmung des Wirkwertes) können Aggregate falsch negative Ergebnisse liefern. Polysorbat ist auch ein gängiger Inhaltsstoff in vielen Lebensmitteln.

Die Story mit den Zellen

Ganz, ganz häufig werden Zellen, vor allem Tumorzellen, in diversen Diskussionen erwähnt. Erstens: Tumorzellen sind grundsätzlich nicht zur Herstellung von Humanimpfstoffen zugelassen, diese Aussage ist also immer falsch. Und zweitens sind in einem Humanimpfstoff niemals – wie oft fälschlich behauptet – ganze Zellen enthalten. Dies ist biologisch nicht möglich, da Viren bei der Infektion einer Zelle diese zerstören und somit nach der Anzucht des Virus gar keine Zellen mehr vorhanden sind. Die Zellreste werden beim Entleeren der Fermenter durch Filtern entfernt. Möglich sind natürlich Reste von Proteinen oder Zell – DNA, welche sich aber meist gut herausreinigen lassen; in einigen Produkten wird auch z.B. Benzonase eingesetzt, um DNA – Reste zu verdauen.

Eine Ausnahme sind hier wiederum Veterinärimpfstoffe: es existieren sogenannte zellassoziierte Impfstoffe – man verimpft also Zellen, welche das gewünschte (rekombinant hergestellte) Virus enthalten. Dies kommt vor allem beim Geflügel vor.

Und dann kennen wir noch die Geschichte mit den abgetriebenen Föten. Die Antigene für insgesamt 3 Impfstoffe, nämlich Röteln-, Varizellen (Windpocken)- und Hepatitis A (infektiöse Gelbsucht) – Impfstoffe, werden auf fötalen Zelllinien hergestellt. Allerdings braucht man hierfür nicht ständig neue Föten, sondern die Zellen für die betroffenen Zelllinien wurden einmalig in den 1960er Jahren gewonnen und werden seither im Labor weitergezüchtet. MRC-5-Zellen sind Lungenfibroblastenzellen aus einem gesunden männlichen abortierten Fötus, 14. Schwangerschaftswoche, entnommen 1966 und Wi-38-Zellen sind Lungenfibroblastenzellen aus einem gesunden weiblichen abortierten Fötus, 3. Schwangerschaftsmonat, entnommen 1961. Die Gewinnung von Zellen war natürlich nicht der Grund für die Aborte.

Bei den neuen Vektorimpfstoffen kommen teilweise menschliche embryonale Zellen für die Anzucht des Vektorvirus zur Anwendung, sogenannte HEK – Zellen. Dies sind embryonale menschliche Nierenzellen, diese Zelllinie wurde Anfang der 1970er Jahre etabliert. Der Name der kommerziellen Zellkultur – Variante ist übrigens T – Rex 😉

Bei all diesen Zellen (auch bei den Verozellen, die aus Affennieren stammen) muss man also niemals ständig neue Tiere oder auch Föten gewinnen. All diese Zellen wurden einmalig gewonnen und werden seither in Zellbanken konserviert und weitergezüchtet und in der Impfstoffherstellung in Form eines „Saatgutsystems“ angewendet.

Kleiner Exkurs: was ist ein Saatgutsystem?

Viren benötigen zur Vermehrung eine lebende Zelle. Das bedeutet, dass man für die Produktion viraler Impfstoffe zur Anzucht und Vermehrung der Viren entweder ein bebrütetes Hühnerei oder kultivierte Zellen benötigt. Im Fall der Verwendung von Hühnereiern oder Hühnerzellen können Reste von entsprechendem Eiweiß enthalten sein, welches aber nur in ganz seltenen Fällen bei extremen Allergien eine Rolle spielt.

Zellen werden eingeteilt in primäre Zellen (frische Entnahme aus dem Gewebe, werden nicht weitergezüchtet), z. B. Hühnerfibroblastenzellen, und Zellen, welche in Zellbanken kultiviert werden, nämlich diploide und kontinuierliche Zelllinien. Zellen sind bei minus 70 °C oder in flüssigem Stickstoff quasi unbegrenzt haltbar und diese kann man als Saatgutsystem etablieren. Wird Impfstoff produziert, wird eine sehr kleine Menge dieser Zellen entnommen und weiter kultiviert, bis sie sich genug vermehrt haben, um sie mit dem jeweiligen Virus infizieren zu können. Für den nächsten Produktionsdurchgang entnimmt man wiederum eine kleine Menge exakt derselben Zellen.

Dieselbe Vorgehensweise existiert auch für die Erreger, welche vermehrt werden.

Die Verwendung von Saatgutsystemen bei allen Arten vermehrungsfähiger Objekte in der Impfstoffherstellung (Viren, Bakterien, Zellen…) garantiert eine konsistente Herstellung von gleichbleibender Qualität und auch hohe Sicherheit, da diese Systeme exzessiv auf Verunreinigungen, genetische Stabilität und sonstige wichtige Eigenschaften kontrolliert werden und ihre Charakteristik gut bekannt ist. Diese Vorgehensweise ist für Impfstoffhersteller zwingend vorgeschrieben.

Viele wissen nicht, dass das Antigen in einem Impfstoff quasi unveränderlich ist. Man kann bei einem Masernimpfstoff, wenn das Fläschchen mit dem Saatvirus leer ist, nicht einfach ein neues Masernvirus verwenden – dies würde eine komplett neue Zulassung erfordern.

Wer schon mal näher in die Fachtexte des Impfstoffes FSME Immun hineingeschaut hat, kann bei der Bezeichnung des Antigens lesen „Stamm Neudörfl“. Dieses Virus wurde aus insgesamt 5 Zecken isoliert, die man im burgenländischen Ort Neudörfl von einem Buben abgepflückt hat. Das war im Jahr 1965 und es ist immer noch exakt dieses Virus im Impfstoff. Die Anwendung solcher Saatgutsysteme macht dies möglich.

Wieviel darf nun von all diesen Dingen in einem Impfstoff drin sein und wie wird das geprüft?

Klar definierte Grenzwerte sind sowohl für die In Prozess – Kontrollen während der Herstellung als auch für das jeweilige Endprodukt in den sogenannten Monographien (welche es allgemein für Impfstoffe, gesondert für jeden einzelnen Impfstofftyp und auch für einzelne Ausgangsmaterialien, Methoden etc. gibt) des Europäischen Arzneibuches geregelt, welches Gesetzescharakter hat.

Im Rahmen des Zulassungsverfahrens müssen für all diese verwendeten Materialien Analysezertifikate vorgelegt werden und es muss bekannt sein, wer der Zulieferer ist und wie sämtliche Qualitätskontrollschritte rund um jedes einzelne Material ablaufen.

Wenn man die konkreten Inhaltsstoffe eines bestimmten Impfstoffes erfahren möchte, kann man dies in der jeweiligen Fachinformation an folgenden Stellen nachlesen:

Abschnitt 2 (Qualitative und Quantitative Zusammensetzung): Informationen zum Antigen, ggf. zum Substrat (z. B. Zellart, Hühnerei) auf dem das Antigen vermehrt wurde bzw. bei Vektor, DNA und mRNA die genaue Benennung derselben. Hier sind auch die Art des Adjuvans (Wirkverstärker) und Konservierungsmittels erwähnt, falls in diesem Impfstoff vorhanden.
Abschnitt 6.1: Alle anderen Substanzen (z. B. Wasser, Salze, Puffer, Stabilisatoren etc.).

In Humanimpfstoffen sind manchmal auch Informationen in Abschnitt 4.3 (Gegenanzeigen) und 4.4 (Besondere Warnhinweise und Vorsichtsmaßnahmen für die Anwendung) zu finden: über Spuren aus der Produktion (z. B. Formaldehyd, Antibiotika, Hühnereiweiß etc.). Diese Inhaltsstoffe sind nur in sehr geringen, teilweise kaum mehr nachweisbaren Mengen enthalten, können jedoch für entsprechende Allergiker von Bedeutung sein.

Übrigens hat die Anwendung von sogenannten Kombinationsimpfstoffen, also Impfstoffen, die gleich vor mehreren Erkrankungen schützen (6fach – Impfung der Babies und Kleinkinder, 4fach – Impfung gegen Tetanus, Diphtherie, Keuchhusten und Polio etc.) die Summe der pro Impfstoff verabreichten Hilfsstoffe und Produktionsrückstände deutlich reduziert.

Empfehlung zum Abschluss: schon älter, aber trotzdem interessant zu lesen ist diese Publikation.