Wie funktioniert der neue Corona Impfstoff?

Wirkmechanismus des Impfstoffes einfach erklärt

Dieser Artikel wurde am 15. Mai 2021 aktualisiert. Die Ereignisse in Sachen Corona Impfstoff haben sich im Laufe der letzten Monate überschlagen. Zusätzlich zur Übersicht über den Impfstoff von BioNTech / Pfizer findest Du wissenswertes zu den anderen mittlerweile zugelassenen Impfstoffen von AstraZeneca und Moderna. Du findest die Ergänzungen in den unteren Sektionen.

Die Firma BioNtech hat am Dienstag erfolgreiche Zwischenergebnisse einer umfangreichen Studie zur Wirksamkeit ihres Corona-Impfstoffes bekannt gegeben. Die Nachricht eines effektiven Impfstoffes gegen SARS-CoV-2 schlug in den Medien wie eine Bombe ein. Die deutsche Firma arbeitet mit dem amerikanischen Konzern Pfizer seit April an einem Impfstoff.

Ich habe die Nachricht am Vormittag im Radio gehört und wurde sofort hellhörig. Für mich und viele andere Risikopatienten ist dies ein Lichtstreif im tristen Corona-Leben. Aber: Wie wirkt der Corona Impfstoff eigentlich? Was ist der Wirkmechanismus dahinter?

In diesem Artikel erkläre ich Euch diesen Mechanismus auf einfache Art. Je besser wir die Hintergründe zu einem Corona-Impfstoff verstehen, desto besser können wir eine Entscheidung fällen, ob wir uns in naher Zukunft impfen lassen werden.

Woraus bestehen bisher verwendete Impfstoffe?

Die bisher eingesetzten Impfungen werden unterschieden in zwei Formen: Lebendimpfstoff und Totimpfstoff.  Ein Beispiel für Lebendimpfstoffe sind Masern, Mumps oder Windpocken-Impfungen.  Hierbei verwendet man eine abgeschwächte Virendosis. Alternativ werden ganze, abgetötete Krankheitserreger oder deren Bruchstücke  (Totimpfstoff) verabreicht. Beispiele für letztere ist die Grippe (Influenzavirus)-Impfung. In beiden Fällen wird so eine Immunreaktion des Körpers ausgelöst, die jedoch nicht zum Ausbruch der Krankheit selbst führt. 

Der von BioNtech entwickelte Corona-Impfstoff ist aber weder ein Lebendimpfstoff noch ein Totimpfstoff. Er gehört zu einer ganz neuen Gruppe von Impfstoffen, die bisher klinisch noch gar nicht im Einsatz sind: RNA-Impfstoffe!

Bevor ich die Wirkweise dieser Impfstoffe genauer erkläre, schauen wir uns einmal an, welchen Aspekt der Corona Infektion die Forscher für die Entwicklung ausgewählt haben.

Was ist der Angriffspunkt für den Corona-Impfstoff?

Bei einem neuen Virus, wie SARS-CoV2, suchen die Wissenschaftler eine Stelle, oder ein Teil der Struktur, die für eine Impfstoff-Entwicklung in Frage kommen.  Beim Corona-Virus ist es das Spike-Protein.  Diese Spike-Proteine kennen wir von den vielen Abbildungen des Virus, es sind diese auffälligen Stacheln auf der Kugeloberfläche. Mit diesen Proteinen heftet sich das Virus an die Oberfläche der menschlichen Zellen an, bevor es diese mit seiner eigenen Nukleinsäure infiziert. Anschließend vermehrt sich das Virus in der menschlichen Zelle und zerstört sie danach.

Der Bauplan für die Spikes des Virus ist Bestandteil des Impfstoffes

Das Spike-Protein ist ein wichtiges Antigen, das heißt, bei einer Infektion mit dem Virus bilden Zellen des menschlichen Immunsystems Antikörper hiergegen, um das Virus zu bekämpfen. Das Spike-Protein wurde deshalb zum Mittelpunkt der Entwicklung von verschiedenen Corona-Impfstoffen.

Wie wirkt der neue Corona-Impfstoff?

Dieser RNA-Impfstoff beruht in seiner Wirkung auf RNA, sprich Ribonukleinsäure.

Kurz zur Erklärung: RNA und DNA sind wichtige Makromoleküle, Nukleinsäuren, die in unseren Zellen die Erbinformationen speichern. RNA ist im Gegensatz zur DNA einsträngig und kann alle möglichen Raumstrukturen annehmen, sie hat einen anderen Zuckerbaustein und einen anderen Basenbaustein als die DNA.

Was hier zum Einsatz kommt, ist eine mRNA, messengerRNA  oder auch „Boten-RNA“ übersetzt. Vielleicht erinnert sich der eine oder andere noch an diese Begriffe aus dem Biologieunterricht. Das Besondere an diesem Impfstoffes ist, dass er wirklich nur die RNA enthält und nicht die Proteine des Virus. Die RNA ist deshalb für die menschliche Zelle nicht gefährlich.

In der folgenden Abbildung siehst du die Wirkungsweise des Impfstoffes im Zusammenhang.

Wirkmechanismus des mRNA Corona Impfstoffes

In der Abbildung siehst du die Wirkungsweise des Impfstoffes im Zusammenhang.

  1. Eintritt der mRNA in die Zelle
  2. Ablesen und Umsetzen der Information in Proteine
  3. Aktivierung des Immunsystems

Zu 1 u. 2:

Sobald die mRNA nach der Impfung in die Zelle gelangt, wird die genetische Information in Proteine umgesetzt. Der Vorgang, der in dann in der Zelle abläuft, ist die Translation (vielleicht weißt Du das noch aus der Schule?). In unserem Fall hier entsteht so das typische Spike-Protein der Corona-Virusoberfläche in der Zelle.

zu 3: Aktivierung des Immunsystems

Man kann sich gut vorstellen, dass das Spike-Protein ohne die weiteren Informationen und Proteine des Virus ungefährlich ist für unseren Körper. Es funktioniert aber als Antigen und aktiviert unser Immunsystem: Das ist die gewünschte Immunreaktion, die man bei jeder Impfung provozieren möchte. Es werden T-Helferzellen aktiviert und große Mengen an Antikörpern gegen das Spike-Protein aktiviert.  

Diese beiden Immun-Komponenten stehen nun bereit wie Wachpolizisten solange, bis (eventuell) ein komplettes Corona Virus den Körper erreicht. Sie erkennen dies an den Spikes, für die sie ja spezifisch passen wie ein Schlüssel ins Schloss, und sie können den Virus unschädlich machen.

Dieses Prinzip der RNA-Impfstoffe ist so besonders, weil zusammenfassend nicht das Antigen selbst z. B. in Form eines Totimpfstoffes in den Körper injiziert wird, sondern nur der genetische Bauplan des Antigens.

Wie ist der Corona-Impfstoff nun beschaffen?

Vielen Dank, dass Du immer noch weiterliest. Die wissenschaftlichen Zusammenhänge sind komplex, und ich freue mich, dass Du noch dabei bist. Aber Du fragst Dich jetzt sicher auch: Was ist das denn jetzt genau für ein Impfstoff? Wie heißt er und wie geht es weiter?

Die Antwort auf diese Fragen wird sich sicher in den nächsten Tagen noch deutlicher herauskristallisieren. Ich fasse aber schon einmal zusammen, was man bisher weiß:

BNT162b2 heißt der Stoff, der von Biontech in Zusammenarbeit mit Pfizer entwickelt worden ist. Der Wirkstoff, die mRNA speziell für die Corona-Spikes, wurde in winzig kleine Lipid-Partikel (Fett-Partikel) verpackt, so dass er gut in die menschliche Zelle eindringen kann. Die Verabreichung soll durch eine intramuskuläre Injektion erfolgen, und zwar so, wie es für viele andere Impfstoffe auch der Fall ist, zweimal mit einem Abstand von zwei Wochen.

Die klinische Studie, über die in dieser Woche berichtet wurde, wurde im Juli 2020 begonnen.

Wie ist der Status Quo jetzt?

Es wurden über 40.000 Patienten eingeschlossen. Das ist wichtig für Phase III-Studien der Arzneimittelentwicklung. Die Ergebnisse, die nun bekannt geworden sind, stammen aus einer Zwischenauswertung, d. h. die Studie läuft noch weiter. Für den Impfstoff ist aber ein Zulassungsverfahren beantragt worden, welches man Rolling-Review nennt. Bei diesem Verfahren können erste Ergebnisse schon bei den Behörden eingereicht werden wenn die Studie noch nicht final abgeschlossen ist – alles, um die Zulassung zu beschleunigen.

Es ist davon auszugehen, dass die Firmen, die hinter dem Impfstoff stehen, sich schnellstmöglich um eine Zulassung bemühen werden – durch die Einreichung der Daten in Europa bei der EMA und in den USA bei der FDA.

Bei den hohen Patientenzahlen, die in der Studie eingeschlossen wurden, wurden keine besonderen Verträglichkeitsprobleme bekannt (soweit das bis heute in der Öffentlichkeit bekannt wurde). Das lässt hoffen, dass auch die weiteren Daten zur Langzeit-Verträglichkeit (über zwei Monate Nachbeobachtung nach der Impfung), die in der BioNtech Studie zur Zeit noch laufen, ähnlich gut aussehen.

Aktualisierung Mai 2021: Weitere Impfstoffe

Ein weiterer mRNA Impfstoff: Moderna

Am 6. Januar 2021 wurde in Europa ein weiterer mRNA-Impfstoff gegen Corona zugelassen. Hersteller ist die Firma Moderna mit Sitz in Cambridge, USA. „Vaccine Moderna“, wie der offizielle Name lautet, ist einfacher zu lagern als der BioNTech Impfstoff, nämlich bei -2 bis -8 Grad. Der Wirkmechanismus ist der gleiche wie oben beschrieben, es wird empfohlen, die zweifache Dosierung im Zeitintervall von 28 Tagen durchzuführen. Die Studien, die zur Zulassung geführt haben, wurden an 30.000 Patienten vorwiegend in USA durchgeführt und ergaben eine Wirksamkeit von 94 %. Somit gilt der Moderna Impfstoff als vergleichbar wirksam wie der von BioNTech.
Vaccine Moderna wird seit Mitte Januar in Deutschland verimpft. Verglichen mit den über 20 Mio. Impfdosen von BioNTech beträgt sein Anteil an den gelieferten Impfdosen in Deutschland nur ein Zehntel (2,74 Mio. Dosen Moderna). [Stand 6.5.2021]

Vektor Impfstoffe: AstraZeneca und Jansen

Seit Anfang des Jahres überschlagen sich die täglichen Nachrichten und Schlagzeilen über den AstraZeneca Impfstoff mit dem Namen „Vaxzevria“. In diesem Abschnitt möchte ich kurz auf die Eigenarten des Vektorimpfstoffes eingehen. Die Schlagzeilen zu der seltenen Nebenwirkung dieses Impfstoffes haben uns alle beunruhigt. HIerzu findest Du im letzten Abschnitt eine kurze Erläuterung und Zusammenfassung.

Vaxzevria von Astra Zeneca – wie funktioniert der Vektor Impfstoff?

Im Gegensatz zum mRNA Impfstoff wird das Antigen, das die Immunreaktion im Körper auslösen soll, nicht durch Nano-Lipidtröpfchen eingehüllt in die Zelle geschleust, sondern es wird ein Vektor verwendet. Dieser Vektor ist ein Virus, also ein anderer Virus als Corona, nämlich ein harmloser Erkältungsvirus (auch Adenovirus genannt). Dieser Virus kann problemlos die Zellwand passieren und schleust somit eine genetische Information in unsere Zelle. Interessant ist, dass diese genetische Information erneut der Bauplan für das Spike-Protein des Coronavirus ist. In diesem Punkt sind sich beide Impfstoff-Klassen also gleich.

In der Abbildung siehst du den gesamten Ablauf vom Eintritt des Vektorimpfstoffes bis zur Auslösung der Immunantwort. Die virale DNA führt dazu, dass die menschliche Zelle das Spike-Protein produziert und damit die Immunantwort auslöst, die aus T-Zellen, B-Zellen und Antikörpern besteht. Diese Immunantwort schützt uns vor der Corona-Infektion.

Wirkmechanismus Vektorimpfstoff
Wirkmechanismus eines Vektorimpfstoffes

Probleme mit AstraZeneca – Die Sache mit den Sinusvenenthrombosen

Im März 2021 wurden die Impfprogramme mit Vaxzevria in verschiedenen europäischen Ländern gestoppt, weil eini paar extrem seltene Fälle thromboembolischer Erkrankungen nach der Impfung auftraten. So wurde von 16 solcher Fälle innerhalb von 2 Wochen in Deutschland berichtet.

Wir alle, die wir auf sehnlichst auf unsere Impfungen warteten, waren sehr verunsichert durch diesen Stopp. Was ist das aber – eine Sinusvenenthrombose?

Sinusvenenthrombosen (SVT) sind seltene Blutgerinnsel, die sich in den Gefäßen des Gehirns bilden können

Die sogenannten SInusvenen befinden sich in unserem Gehirn in der äußeren HIrnhaut. Thrombosen kennen wir beispielsweise von Schlaganfällen. Beides sind Gerinnsel, also Verschlüsse von Gefäßen, die durch die Aggregation von Blutplättchen, den Thrombozyten entstehen. Eine Thrombose der Sinusvenen ist im Normalfall sehr selten (1-3 in 1 Mio. Menschen). Die Ursachen für eine solche Sinusvenenthrombosen sind in den meisten Fällen ungeklärt, die typischen ersten Symptome sind Schmerzen, die vom Nasenwinkel ausgehen und Sehstörungen. Die Schmerzen greifen nachfolgend weiter auf Kopf und Nacken über, und in einigen Fällen treten Rückenschmerzen und angeschwollene Beine auf.

Wie hoch ist das Risiko, nach einer Impfung mit AstraZeneca eine SVT zu bekommen?

Die folgende Tabelle fasst die Fälle der SVT in den Ländern mit den meisten AstraZeneca Impfungen zusammen.

Risiko SInusvenen Thrombose 2021
Übersicht über berichtete Sinusvenen Thrombosen nach Impfung

Es ist deutlich zu sehen, dass das Risiko in allen drei beobachteten Regionen in der gleichen Größenordnung liegt. mRNA Impfstoffe haben ein zehnfach geringeres Risiko hierfür als die Vektorimpfstoffe von AstraZeneca und Johnson & Johnson.

Wie sind diese Zahlen nun einzuordnen? Die EMA (Europeans Medicines Agency), die europäische Zulassungsbehörde, veröffentlichte am 23. April ein Gutachten über die Sicherheit und das Risiko der AstraZeneca Impfung unter Berücksichtigung der SVT. In dieser Nutzen-Risiko Beurteilung zeigte sich ein Nutzen der Impfung mit einer sehr hohen Zahl verhinderter Todesfälle durch Covid-19 gegenüber dem Risiko von 0,4 bis 0,5 Inzidenz einer Sinusvenenthrombose auf 100.000 Patienten besonders bei älteren Patienten. Die Zahlen machen sehr deutlich, dass insbesondere ältere Patienten einen so deutlichen Nutzen von der Impfung haben, dass das Risiko demgegenüber vernachlässigbar ist. Da die Nutzen Risiko Betrachtung bei jungen Patienten etwas anders ausfällt, bestätigte die EMA anschließend die Empfehlungen der STIKO (Ständige Impfkommission), vorrangig über 60 jährige Menschen mit Vaxzevria zu impfen.

Nutzen Risiko Astrazeneca impfung
Vergleich verhinderte Todesfälle nach Covid-19 mit dem Auftreten seltener Sinusvenen-Thrombosen nach Vaxzevria

Nach Durchsicht dieser ganzen Daten habe ich das Auftreten der Sinusvenenthrombosen besser verstanden und ich kann der Regelung, jüngere von nun ab mit BioNTech Impfstoff zu impfen, gut folgen.

Es gibt weltweit insgesamt 286 Impfstoff-Projekte in der Entwicklung. In Deutschland warten wir nun alle auf die Zulassung des dritten mRNA Impfstoffes der deutschen Firma Curevac. Dieser Impfstoff soll die Lücke schließen, die die neue Regelung um Vaxzevria gerissen hat.

Dieses Aktualisierung des Blogartikels zum Corona Impfstoff ist Bestandteil eines Vortrages, den ich am 6. Mai online in Aachen gehalten habe. Im Rahmen dieses Vortrages habe ich viele weitere Informationen zur Impfung allgemein und zu den Impfstoffen gegen Corona zusammengetragen.

Möchtest du mehr darüber lesen? Wenn du die gesamten Vortragsfolien anschauen möchtest, dann trage dich mit deiner E-mail unter diesem Artikel in das Formular ein. Du bekommst sie dann anschließend als pdf in dein Postfach.

Wenn du weitere Fragen zum Thema Corona Impfung hast, schreibe mir gerne eine Mail. Ich versuche mich über die weiteren Entwicklungen auf dem Laufenden zu halten und beantworte deine Fragen gerne!

9 Kommentare zu „Wie funktioniert der neue Corona Impfstoff?“

  1. Norbert Opgen-Rhein

    Hallo Annette,
    mir gefällt deine wissenschaftliche Abhandlung über den neuen Impfstoff sehr gut! Ich hoffe, dass der RNA- Impfstoff die Angst vor möglichen Impfreaktionen in der Bevölkerung reduziert und sich große Teile impfen lassen, damit SARS- CoV2 besiegt wird.
    Liebe Grüße
    Norbert

    1. Hallo Norbert, vielen Dank für Deinen Kommentar. Ich hoffe das auch, verstehe aber auch einige Skepsis zu diesem Zeitpunkt. Es handelt sich jetzt halt um eine Zwischenauswertung, ich bin aber zuversichtlich, dass wir bald weitere Daten aus dieser Studie in der Öffentlichkeit erhalten werden.

  2. Liebe Netti
    sehr verständlich aufgearbeitet und toll zu lesen. Ja hoffentlich gibt es bald etwas Verlässliches besonders für die Risikogruppen. Für Leute die sich die Hintergründe nicht vorstellen können, was es heißt so einen Impfstoff zu entwickeln, ist es absolut positiv von einem unabhängigen Kenntnisträger Informationen zu erhalten. Ich hoffe Du erhälst bei Deiner Recherche genug verlässliche Studienergebnisse um Deine Sache so fortsetzen zu können.
    Ich freue mich auf und über Deine Infos Elly

    1. Liebe Elly, vielen Dank für Deinen Kommentar! Mir hat das Ganze Spaß gemacht, weil mir der Gedanke um den neuen Impfstoff keine Ruhe gelassen hat. Und Du bringst mich auf die Idee, das Ganze, weiter zu verfolgen, und bei Abschluss der Studie einen weiteren zusammenfassenden Beitrag zu schreiben! Viele Grüße, Annette

  3. Hallo Annette,
    danke für deine interessanten Ausführungen.
    Du hast mir die Sorge, dass jetzt ein Impfstoff mit der „heißen Nadel“ gestrickt wird ,dessen Nebenwirkungen und Langzeitfolgen vielleicht ungeahnte Risiken bergen,
    etwas genommen. Irgendwie möchten wir doch sobald wie möglich unser altes Leben zurück bekommen.
    Viele Grüße von Maren

    1. Liebe Maren, ich freue mich sehr, dass Du den Artikel gelesen hast. Es ist ja schon etwas komplex, die ganze Wirkung zu verstehen. Zu Nebenwirkungen gibt es bisher ein paar Aussagen in der Presse, Langzeitfolgen natürlich noch nicht. Aber ich bleibe dran :-). herzliche Grüße, Annette

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