Die Geschichte der Impfstoffe: Technologien, Krankheiten und Herausforderungen

In Kabul, der Hauptstadt Afghanistans, impfen Gesundheitshelfer die Kinder vor Ort gegen Polio. Nachrichtenagentur Xinhua

Medizinisches Personal kennzeichnet geimpfte Kinder in Sanaa, Jemen. Nachrichtenagentur Xinhua

Impfungen gelten als eine der größten Errungenschaften der Medizinwissenschaft und als eine der Investitionen in die öffentliche Gesundheit mit der höchsten Rendite. Der amerikanische Experte für Infektionskrankheiten Anthony Fauci schrieb im Fachmagazin Science: „Angesichts einer Pandemie von Infektionskrankheiten hat die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs immer höchste Priorität“, was den allgemeinen Konsens in der medizinischen Gemeinschaft widerspiegelt. Wenn wir auf die Geschichte der Impfstoffentwicklung zurückblicken, stellen wir fest, dass wissenschaftliche Rationalität, die Weisheit, Intuition und Hingabe der Wissenschaftler, die Zusammenarbeit und Vermittlung internationaler Organisationen, privater Stiftungen, nationaler Regierungen und Pharmaunternehmen sowie der Wettbewerb zwischen verschiedenen Kräften wie Politik, Wirtschaft, nationaler Sicherheit, Kultur und Religion eine Rolle spielen. Es ist sogar mit einer sich abzeichnenden Geschichte der Impfgegnerschaft verwoben.

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Übung macht den Meister: „Menschenpocken“ und „Kuhpocken“

Im Jahr 1980 verkündete die Weltgesundheitsorganisation (WHO), dass die Pocken weltweit vollständig ausgerottet seien. Es handelt sich um die einzige Krankheit, die bisher durch Impfungen beim Menschen ausgerottet werden konnte.

Der britische Historiker Lord Macaulay gab einmal diese obskure Beschreibung der Pocken:

Die Pocken sind allgegenwärtig und füllen die Friedhöfe mit Leichen. Sie quälen die Überlebenden mit endloser Angst und hinterlassen Narben bei denen, die überleben: behinderte und missgebildete Babys, weinende Mütter, zukünftige Bräute, die ihre strahlenden Augen und ihre Schönheit verloren haben, Albträume für ihre Liebhaber um Mitternacht!

Im frühen 18. Jahrhundert erfuhr Lady Mary Montagu, die britische Botschafterin im Osmanischen Reich, in Konstantinopel (dem heutigen Istanbul in der Türkei), dass dort „Pockenfeste“ abgehalten wurden: ein Brauch, bei dem Bäuerinnen die Teilnehmer bei Versammlungen mit Pocken impften. Deshalb ließ Lady Montagu, die durch eine Pockeninfektion schwer entstellt war, ihren siebenjährigen Sohn und ihre dreijährige Tochter gegen Pocken impfen. Die Pockenimpfung erregte in der britischen Oberschicht große Aufmerksamkeit und verbreitete sich anschließend auf beiden Seiten des Atlantiks und wurde dort populär.

Einige Historiker glauben, dass die Pockenimpfung ihren Ursprung in China hatte, sich dann nach Russland, Arabien und in die Türkei ausbreitete und sich anschließend in Europa und den USA ausbreitete. Grundlage der Pockenimpfung war die empirische Beobachtung, dass sich Pockenüberlebende nicht erneut mit Pocken infizieren würden. Die Pockenimpfung erfolgt durch das Tragen von Pockenkleidung, durch die Verwendung von Pockenserum, durch die Verwendung von Trockenkeimlingen oder durch die Verwendung von Wasserkeimlingen. Dabei werden gesunde Menschen mit einer milderen Form der Pocken infiziert und erhalten dadurch lebenslange Immunität. Allerdings ist auch die Sicherheit der Pockenimpfung umstritten, denn selbst bei einer leichten Pockeninfektion liegt das Sterberisiko immer noch bei 2 bis 3 %, und die geimpfte Person ist bis zu einem gewissen Grad ansteckend.

Die Erfindung der Kuhpockenimpfung durch den britischen Arzt Edward Jenner gilt als Meilenstein in der Geschichte der Impfstoffe. Um Jenners Beitrag zu würdigen, verwendete der berühmte französische Mikrobiologe Louis Pasteur den Begriff „Vakzination“ (vom lateinischen „Vacca“, was „Kuh“ bedeutet) für alle Impfungen, und dieser Begriff hat sich bis heute gehalten.

Die Geschichte der Entdeckung der Kuhpocken wurde in Geschichtsbüchern wiederholt erzählt: Jenner, der im englischen Gloucestershire als Arzt praktizierte, war ein Impfstoffhersteller. Er hörte, dass Melkerinnen sich durch die Euter infizierter Kühe mit einer leichten Form der Kuhpocken anstecken könnten und danach nicht mehr an Pocken erkrankten. Er spekulierte, dass die Arbeiterinnen möglicherweise durch die Kuhpocken immun geworden seien und dass Kuhpocken viel milder als Pocken seien und im Allgemeinen keinen großen Schaden anrichteten. 1796 experimentierte er mit einem Gärtnersohn und einer jungen Milchmagd. Jenner entnahm dem Arbeiter eine kleine Menge Eiter von einer Kuhpockenpustel an der Hand und kratzte ihn dann in die Haut des Jungen. Bemerkenswert ist, dass Jenner den Jungen sechs Wochen später, um die Wirksamkeit der „Impfung“ zu überprüfen, mit dem Pockeneiter eines Pockenpatienten injizierte, die menschlichen Pocken jedoch nicht „geimpft“ wurden. Anschließend impfte er seinen Sohn und andere Probanden und stellte fest, dass sie keine Pocken mehr bekamen, was die Wirksamkeit und Sicherheit der Kuhpockenimpfung bewies.

Es überrascht nicht, dass die Kuhpocken zunächst aus religiösen, kulturellen und ethischen Gründen auf heftigen Widerstand einiger Menschen stießen. Doch schon zu Beginn des 19. Jahrhunderts hatte sich die Impfung in den meisten Teilen der Welt verbreitet, indem man getrocknete, pulverisierte Krusten auf Federn und Lanzetten auftrug oder indem man Eiter auf Baumwollfäden auftrug. Von 1803 bis 1806 nutzte der spanische Botaniker Don Francisco Xavier Balmis die Methode der Staffelimpfung, um den Kuhpockenimpfstoff über den Atlantik von Spanien nach Lateinamerika, auf die Philippinen und nach China zu transportieren und kehrte dann nach Spanien zurück. Auf dem Weg dorthin impfte er 450.000 Menschen.

Nach der Erfindung des Kuhpockenimpfstoffs waren die Menschen optimistisch, dass die Ausrottung der Pocken unmittelbar bevorstünde. Im Jahr 1806 schrieb US-Präsident Thomas Jefferson an Jenner: „Aufgrund Ihrer Entdeckung werden zukünftige Generationen in Büchern nachschlagen müssen, um mehr über diese abscheuliche Krankheit, die Pocken, zu erfahren.“ Aufgrund technischer (wie etwa Transport- und Konservierungsschwierigkeiten aufgrund der fehlenden Kühlkette) und kultureller Barrieren (wie etwa der Schwierigkeit, Kuhpocken in Indien zu akzeptieren), fehlender finanzieller Mittel (besonders ausgeprägt in armen Ländern) und fehlender Systeme zur Seuchenprävention (wie etwa Logistik und qualifiziertes Impfpersonal) wurde das Ziel der weltweiten Ausrottung der Pocken jedoch erst 1980 wirklich erreicht, fast 200 Jahre nach der Erfindung des Kuhpockenimpfstoffs. Dies ist auf Verbesserungen bei der Impftechnologie zurückzuführen, beispielsweise bei gefriergetrockneten Impfstoffen und Trident-Nadeln, sowie auf die gemeinsamen Anstrengungen von Regierungen, internationalen Organisationen und Nichtregierungsorganisationen.

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Tollwutimpfstoff zur Behandlung

Nach Schätzungen der WHO sterben jedes Jahr in über 150 Ländern 59.000 Menschen an Tollwut. 95 Prozent der Fälle treten in Afrika und Asien auf, während die Krankheit in Europa und den USA nahezu verschwunden ist. Dies hat vor allem mit dem langen Tollwutimpfzyklus und dem relativ hohen Preis zu tun.

Am 6. Juli 1885 wurde Joseph Meister, ein Junge aus dem Elsass, Frankreich, in Louis Pasteurs Labor gebracht. Er wurde schwer von einem tollwütigen Hund gebissen. Tollwut (auch Tollwut genannt) wird durch den Speichel kranker Tiere übertragen. Das Tollwutvirus befällt das Nervensystem und verursacht schreckliche Krankheitssymptome, darunter Tollwut, Angst vor Blähungen, paroxysmale Rachenmuskelkrämpfe und Atembeschwerden. Die Sterblichkeitsrate liegt bei fast 100 % und es gibt noch immer keine Behandlung.

Pasteur war Chemiker und Mikrobiologe, kein Arzt. Zuvor hatten er und sein Forschungsteam aus dem getrockneten Rückenmark tollwütiger Kaninchen einen Tollwutimpfstoff hergestellt und ihn erfolgreich an Hunden getestet. Aber funktioniert das auch bei Menschen? Pasteur schrieb: „Da der Tod dieses Kindes unvermeidlich war, beschloss ich trotz des tiefen Unbehagens, das Sie sich alle vorstellen können, an ihm die Methode auszuprobieren, die zuvor erfolgreich an Hunden getestet worden war.“ Meister wurde innerhalb von zehn Tagen zwölfmal geimpft und hat glücklicherweise überlebt.

Als sich die Nachricht verbreitete, strömten Patienten aus dem In- und Ausland in das Krankenhaus. Im Jahr 1886 wurden 38 russische Bauern von tollwütigen Wölfen gebissen und reisten auf der Suche nach einem Impfstoff Tausende von Kilometern nach Paris. 35 von ihnen wurden durch Pasteurs Impfstoff gerettet.

Das Besondere an der Tollwutimpfung ist im Vergleich zu den meisten Impfstoffen, dass sie durch eine frühzeitige Impfung der Erkrankung vorbeugt. Der Impfstoff kann dem Immunsystem helfen, eine große Menge Antikörper gegen das Tollwutvirus zu produzieren, bevor das Virus in das Nervensystem eindringt, da die Inkubationszeit der Tollwut sehr lang ist.

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BCGs schweres Schicksal

Im 19. Jahrhundert und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts starben Millionen Menschen an Tuberkulose, der weißen Pest, der neun von zehn Menschen zum Opfer fielen. Berühmte Persönlichkeiten wie Tschechow, Kafka, Shelley, Keats, Chopin, Lu Xun und Lin Huiyin litten alle an dieser Krankheit.

In den frühen 1920er Jahren wurde Bacillus Calmette-Guerin (BCG) eingeführt. Es handelt sich um den einzigen Impfstoff, der nicht der Tradition folgt, nach einer Krankheit benannt zu werden, sondern der nach den Nachnamen seiner Erfinder – den französischen Wissenschaftlern Albert Calmette (1863–1933) und Camile Guerin (1872–1961) – benannt ist. Obwohl jede Impfung mit Schwierigkeiten verbunden ist, ist das Schicksal des BCG-Impfstoffs nach seiner Markteinführung besonders holprig.

Albert Calmet und Camille Guerin begannen 1921 mit Experimenten am Menschen mit BCG. Sie impften einen Säugling im Charité-Krankenhaus in Paris. Die Mutter des Kindes starb nach der Geburt an Tuberkulose, das Kind wurde jedoch nach der oralen Einnahme von BCG nicht krank, was die Wirksamkeit von BCG beweist. Später, als immer mehr Kinder geimpft wurden, lieferte eine Reihe von Experimenten überzeugende Beweise für die Wirksamkeit von BCG und seine Akzeptanz stieg, insbesondere in Frankreich und Nordeuropa.

Im Jahr 1928 empfahl die Weltgesundheitsorganisation des Völkerbundes die allgemeine Verabreichung von BCG an Neugeborene. Eine Tragödie namens „Lübecker Impfstoffvorfall“ hätte jedoch beinahe die Zukunft von BCG ruiniert. Das Gesundheitsamt der Stadt Lübeck begann am 24. Februar 1930 mit der Impfung von Säuglingen. Insgesamt 256 Neugeborene erhielten oral BCG, was zu 76 Todesfällen und 131 Erkrankungen führte. Nachfolgende Untersuchungen ergaben, dass der Impfstoff während des Produktionsprozesses versehentlich mit toxischen Stämmen von Mycobacterium tuberculosis verunreinigt wurde und nicht etwa ein Problem mit dem BCG-Impfstoff selbst vorlag. Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Sicherheit und Wirksamkeit setzte Deutschland die BCG-Impfung jedoch aus, Großbritannien verzögerte die Einführung von BCG und in den USA wurde BCG nie als Routineimpfstoff aufgeführt.

Während des Zweiten Weltkriegs kam es in Europa und Asien erneut zu Tuberkulosefällen und BCG wurde in großem Umfang eingesetzt. In den 1950er Jahren startete die WHO eine umfassende Kampagne zur Tuberkulosebekämpfung, um BCG weltweit bekannt zu machen. Bis heute wurden weltweit mehr als 4 Milliarden Menschen mit BCG geimpft.

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Nächste auszurottende Krankheit: Polio

Der Kinohit „Breathe“ aus dem Jahr 2017 stellt die Polio-Katastrophe der 1940er und 1950er Jahre nach. Während dieser Epidemie wurde das erste mechanische Beatmungsgerät der Menschheit, die „Eiserne Lunge“, häufig eingesetzt. Das Poliovirus dringt in das Nervensystem ein und verursacht Muskeldegeneration, Lähmungen und manchmal den Tod durch Ersticken. US-Präsident Franklin Roosevelt erkrankte im Alter von 39 Jahren an Kinderlähmung und war seitdem auf beiden Beinen gelähmt. Um die Ausbreitung der Kinderlähmung in den Vereinigten Staaten einzudämmen, gründete er 1938 die National Polio Foundation.

Mit Unterstützung dieser Stiftung entwickelte der amerikanische Arzt Jonas Salk (1914–1995) einen injizierbaren inaktivierten Polio-Impfstoff. Im Jahr 1954 führte er erfolgreich die größte klinische Doppelblindstudie in der amerikanischen Geschichte durch, an der fast 1,8 Millionen Kinder teilnahmen. Der „Cutter-Vorfall“ im Jahr 1955 untergrub das Vertrauen der Menschen in den Impfstoff jedoch erheblich. Etwa 200.000 Kinder wurden mit zwei Chargen inaktivierter Impfstoffe geimpft, die von Carter Laboratories in Kalifornien hergestellt wurden. Aufgrund unvollständiger Produktion wurden den Impfstoffen unvollständig inaktivierte Polioviren beigemischt. 70.000 Menschen litten an Muskelatrophie, 164 Kinder erkrankten an einer Halbseitenlähmung und 10 Menschen starben. Die große Kontroverse hat zu umfassenden Reformen bei der Impfstoffproduktion und -sicherheit geführt.

Ebenfalls mit Unterstützung dieser Stiftung entwickelte Albert Sabin (1906–1993) einen oralen, abgeschwächten Lebendvirusimpfstoff, der „billig und einfach zu verabreichen“ war. Sabin experimentierte an einer Reihe von Personen, darunter auch an seinen eigenen Familienmitgliedern und Gefängnisinsassen. Später wurde in der Sowjetunion eine groß angelegte Impfung durchgeführt, an der etwa 10 Millionen Kinder teilnahmen. Der Impfstoff war ein großer Erfolg und Sabin erhielt 1965 den Nobelpreis für Medizin. Allerdings herrschte zwischen Salk und Sabin schon immer ein wechselseitiger Konkurrenzkampf, der sich zu einem der größten Konflikte in der Geschichte der Medizin entwickelte. Anfang der 1960er Jahre war Sabins oraler Polioimpfstoff (OPV) in den meisten Ländern zum Standardimpfstoff geworden und wurde in die Routineimpfungen aufgenommen.

Im Jahr 1988 verabschiedete die WHO eine Resolution zur Ausrottung der Kinderlähmung bis zum Jahr 2000. Zu diesem Zeitpunkt war Polio in 125 Ländern in fünf Regionen endemisch. Im Jahr 2002 galt Polio in drei WHO-Regionen (Amerika, Westpazifik und Europa) als ausgerottet und war damit die nächste Krankheit, die vollständig ausgerottet wurde.

Am 24. Oktober 2019, anlässlich des Welt-Polio-Tages (24. Oktober), gab die Weltgesundheitsorganisation durch die Global Polio Eradication Certification Commission offiziell bekannt, dass das wilde Poliovirus Typ 3 weltweit ausgerottet sei. Dies ist nach der weltweiten Ausrottung der Pocken und des wilden Poliovirus Typ 2 ein weiterer historischer Erfolg in der Geschichte der menschlichen öffentlichen Gesundheit. Das bedeutet, dass von den drei verschiedenen Typen wilder Polioviren auf der Welt die Typen 2 und 3 vollständig eliminiert wurden, sodass nur noch Typ 1 übrig ist, bei dem durch wilde Stämme verursachte Poliofälle vorkommen. Die Weltgesundheitsorganisation vertritt weiterhin die Ansicht, dass die weltweiten Bemühungen nicht nachlassen dürfen, und fordert alle Beteiligten und Partner auf, bis zum endgültigen Erfolg an der grundlegenden Strategie zur Ausrottung der Kinderlähmung festzuhalten.

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Kampf gegen ein heimtückisches Virus: Grippeimpfung

Laut WHO-Statistik erkranken weltweit jährlich 5 bis 10 Prozent der Erwachsenen und 20 bis 30 Prozent der Kinder an saisonalen Grippeepidemien, 3 bis 5 Millionen Menschen erkranken schwer und 250.000 bis 500.000 Menschen sterben.

Die Grippepandemie, die zwischen 1918 und 1919 auf mysteriöse Weise ausbrach und wieder verschwand, infizierte 500 Millionen Menschen und tötete 50 Millionen Menschen weltweit. Diese Epidemie wird auch „Spanische Grippe“ genannt, allerdings nicht, weil sie erstmals in Spanien auftrat, sondern weil sie während des Ersten Weltkrieges auftrat. Die Länder befürchteten, dass die Epidemie Panik und Widerstand in der Bevölkerung auslösen könnte, und kontrollierten daher die Medien, um die Epidemie zu vertuschen. Spanien war kein kriegerisches Land und die Regierung zensierte keine Nachrichtenberichte und Veröffentlichungen. Es war das erste Land, das sich der Epidemie stellte und sie wahrheitsgemäß bekannt gab. In der Folge glaubten die Menschen in anderen Ländern, die von den Medien getäuscht wurden, dass die Pest ihren Ursprung in Spanien habe und nannten sie „Spanische Grippe“.

Als Wissenschaftler in den 1940er Jahren das Grippevirus identifizierten und mit der Massenproduktion von Grippeimpfstoffen begannen, erkannten sie auch die Komplexität der Krankheit. Daten zeigen, dass es bei Grippeimpfstoffen zu deutlichen „Off-Target“-Phänomenen kommt und ihre Wirksamkeit grundsätzlich zwischen 70 und 90 Prozent liegt. In vielen Fällen liegt die Wirksamkeit der Grippeimpfung unter 60 % und kann in manchen Jahren sogar auf 10 % sinken. Dies liegt daran, dass das Grippevirus alle paar Jahre mutiert, neue Stämme hervorbringt und einer „Antigendrift“ oder „Antigenverschiebung“ unterliegt. Es gibt keine Kreuzimmunität zwischen verschiedenen Stämmen und wir können nicht vorhersagen, welche „neuen“ Grippestämme in Zukunft auftreten werden. Nur durch sorgfältige Überwachung und die jährliche Produktion neuer Impfstoffe kann ein Schutz vor den saisonal zirkulierenden Virusstämmen gewährleistet werden. Zu diesem Zweck organisiert die WHO jedes Jahr zwei Diskussionen und Analysen, um auf Grundlage des Globalen Grippeüberwachungsnetzwerks (darunter 13 Grippereferenzlabore der WHO, darunter 1 in Peking und 2 in Hongkong) Informationen über die globale Grippeepidemie zu sammeln, Trends der Grippeepidemie vorherzusagen und geeignete Stämme für die Herstellung des diesjährigen Grippeimpfstoffs zu empfehlen. Derzeit suchen alle Beteiligten noch immer nach neuen Technologien, um die Verfügbarkeit von Grippeimpfstoffen zu verbessern und sich so auf die nächste globale Pandemie vorzubereiten.

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Das Impfstoff-Paradoxon: Je mehr wir ihn brauchen, desto weniger bekommen wir ihn

Heute gibt es 25 Hochrisikokrankheiten, denen man durch wirksame Impfstoffe vorbeugen kann. In Zukunft dürfte sich der Fokus der Impfstoffe nicht mehr nur auf Infektionskrankheiten, sondern auch auf Autoimmunerkrankungen, allergische Reaktionen, insulinabhängigen Diabetes und chronische Erkrankungen wie Alterung, Bluthochdruck und Krebs richten.

Doch trotz enormer Fortschritte bei der Impfstoffentwicklung gibt es gegen die weltweit größten Todeskrankheiten wie Malaria und AIDS noch immer keine wirksamen Impfstoffe, die das Stadium der kommerziellen Produktion erreicht haben. Zudem bereitet die schnelle Mutation des HIV-Virus den Wissenschaftlern große Kopfschmerzen.

Mit der zunehmenden Zahl der Impfstoffentwicklungen zeichnet sich ein Bild der Ungleichheit ab. Einerseits haben Pharmaunternehmen begonnen, die Impfstoffforschung stärker auf Autoimmunerkrankungen, allergische Reaktionen, insulinabhängigen Diabetes und chronische Krankheiten wie Alterung, Bluthochdruck und Krebs auszurichten. Andererseits gibt es weltweit mehr als ein Dutzend „vernachlässigte Tropenkrankheiten“, darunter Onchozerkose, Afrikanische Trypanosomiasis und das zur Erblindung führende Trachom. Diese Krankheiten stellen eine enorme Krankheitslast dar und beeinträchtigen das Leben von mehr als einer Milliarde Menschen, von denen die meisten in Ländern unterhalb der Armutsgrenze leben, insbesondere in Afrika südlich der Sahara. Gegen die meisten dieser Krankheiten gibt es jedoch keine Impfung.

Nehmen wir als Beispiel die Kinderimpfstoffe gegen Pneumokokken und Rotaviren. Einerseits ist in Ländern mit niedrigem Einkommen und schlechten sanitären Bedingungen das Risiko, dass Kinder unter fünf Jahren an Pneumokokken-Erkrankungen und Rotavirus-Infektionen sterben, viel höher als in Ländern mit hohem Einkommen. Da es in diesen Ländern jedoch keine oder nur eine unzureichende Infrastruktur im Gesundheitswesen gibt, sind Impfstoffe weder erschwinglich noch erhältlich. Der „Afrikanische Meningitisgürtel“ ist ein herzzerreißender Beweis. Obwohl gereinigte, hitzebeständige und gefriergetrocknete Meningokokken-Impfstoffe schon seit langem erhältlich sind, wütet in Afrika, vom Senegal im Westen bis nach Äthiopien im Osten, immer noch periodisch eine Meningitis-Epidemie mit einer Sterblichkeitsrate von 10 bis 50 Prozent.

Bis die Impfrate steigt, ist es noch ein weiter Weg. Am Beispiel der Dreifachimpfung gegen Keuchhusten, Diphtherie und Neugeborenentetanus zeigten UNICEF-Daten, dass im Jahr 2018 weltweit 14 % der Kinder noch nicht oder nur unvollständig geimpft waren, 13,5 Millionen waren nicht geimpft und 5,9 Millionen waren unvollständig geimpft, davon 60 % in zehn Ländern mit niedrigem Einkommen.

Im Laufe der Geschichte der Medizin und der damit verbundenen Krankheiten hat der weitverbreitete Einsatz von Impfstoffen eine wichtige Rolle bei der Senkung der Kindersterblichkeit gespielt. Dies ist untrennbar mit dem Fortschritt der medizinischen Wissenschaft und der rationalen Verteilung medizinischer Ressourcen verbunden. Es wird zunehmend erkannt, dass man sich mit den Problemen der ärmsten und schwächsten Menschen der Welt auseinandersetzen muss. (Autor: Su Jingjing, Außerordentlicher Professor, School of Medical Humanities, Peking-Universität)