Development of a combined GMMA and glycoconjugate iNTS-TCV trivalent vaccine against invasive salmonellosis

In vielen Teilen Subsahara-Afrikas lauert eine stille und tödliche Bedrohung im Wasser und in den Lebensmitteln, die Kinder konsumieren. Sie stammt von einer Familie von Bakterien, die als Salmonella bekannt sind. Während einige Arten dieser Bakterien die vertraute Magenverstimmung verursachen, die als Lebensmittelvergiftung bekannt ist, können andere Arten in den Blutkreislauf eindringen und zu einem schweren Zustand führen, der als invasive nicht-typhoidale Salmonellose bezeichnet wird. Diese Krankheit trifft Kleinkinder am härtesten und tötet sie oft, bevor sie angemessen diagnostiziert oder behandelt werden können, insbesondere in Regionen, in denen der Zugang zu wirksamen Antibiotika begrenzt ist oder in denen die Bakterien gegen gängige Medikamente resistent geworden sind. Gleichzeitig verursacht eine verwandte, aber unterschiedliche Version der Bakterien, die Typhus verursacht, weiterhin weltweit Millionen von Menschen krank. Seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, Impfstoffe gegen diese Bedrohungen zu entwickeln. Während ein Impfstoff gegen Typhus existiert, gab es bisher keinen zugelassenen Impfstoff, um die invasiven Blutinfektionen durch die anderen Salmonella-Arten zu stoppen. Die Herausforderung bestand darin, einen Weg zu finden, um gleichzeitig gegen mehrere gefährliche Stämme zu schützen, ohne einen Impfstoff zu entwickeln, der zu komplex in der Herstellung oder zu hart für den menschlichen Körper ist.

Ein Forschungsteam am GSK Vaccines Institute for Global Health hat einen bedeutenden Schritt zur Lösung dieses Problems unternommen, indem es einen neuen, aus drei Teilen bestehenden Impfstoffkandidaten entwickelt hat. Ihre Arbeit konzentriert sich darauf, zwei verschiedene Impfstofftechnologien in einer einzigen Spritze zu kombinieren. Die erste Technologie umfasst winzige Bläschen, die aus der äußeren Hülle der Bakterien entnommen wurden und als natürliches Liefersystem für das Immunsystem dienen. Die zweite ist eine bewährte Methode zur Erstellung eines Impfstoffs gegen Typhus, bei der eine Zuckerschicht der Bakterien an ein harmloses Protein gebunden wird, um dem Körper zu helfen, diese zu erkennen. Das Ziel war zu sehen, ob diese zwei sehr unterschiedlichen Ansätze zusammen in einer Mischung funktionieren können, um gleichzeitig gegen die zwei häufigsten invasiven Salmonella-Stämme und die Typhus-Bakterien zu schützen.

Die Forscher begannen damit, die für den Impfstoff benötigten bakteriellen Komponenten zu erzeugen. Sie modifizierten Stämme von Salmonella Typhimurium und Salmonella Enteritidis – die beiden Typen, die für die überwiegende Mehrheit der invasiven Infektionen verantwortlich sind –, um ihre äußeren Membranbläschen natürlich freizusetzen. Diese Bläschen, bekannt als GMMA, tragen die spezifischen Marker, die das Immunsystem benötigt, um zu lernen, wie man die Bakterien bekämpft. In einem Schritt, um die zukünftige Produktion für Entwicklungsländer einfacher und anpassungsfähiger zu machen, testete das Team eine neue Methode zum Züchten dieser Bakterien in Einweg-Bioreaktoren – das sind flexible Behälter, die keine schwere Reinigung und Validierung erfordern, wie es bei traditionellen Stahltanks der Fall ist. Es gelang ihnen, große Mengen dieser Bläschen zu produzieren, wobei sie bestätigten, dass die neue Herstellungsmethode genauso gut funktionierte wie die alte. Sie mischten diese Bläschen dann mit der Typhus-Impfstoffkomponente, die aus einem Zuckermolekül der Typhus-Bakterien besteht, das an ein Trägerprotein gebunden ist. Die Mischung wurde sorgfältig formuliert, sodass die bakteriellen Bläschen an einem Mineralgel hafteten, während die Typhus-Komponente frei in der Flüssigkeit schwamm, um sicherzustellen, dass alle Teile des Impfstoffs stabil und wirksam blieben.

Als das Team diese neue Kombination an Mäusen testete, entdeckte es etwas Unerwartetes und Vielversprechendes. Sie hatten befürchtet, dass das Mischen dieser verschiedenen Impfstoffteile dazu führen könnte, dass sie sich gegenseitig stören und das Endprodukt weniger effektiv macht als, wenn die Teile separat verabreicht würden. Die Ergebnisse zeigten jedoch das Gegenteil. Die Mäuse, die den kombinierten Impfstoff erhielten, produzierten starke Antikörper gegen alle drei bakteriellen Ziele. Wichtiger noch: Die Immunreaktion auf die Typhus-Komponente war im kombinierten Impfstoff tatsächlich stärker als wenn der Typhus-Impfstoff allein verabreicht wurde. Die Mäuse produzierten höhere Mengen an Antikörpern, und diese Antikörper waren in Labortests besser darin, die Bakterien abzutöten. Dies deutete darauf hin, dass die bakteriellen Bläschen nicht nur passiv in der Mischung vorlagen, sondern aktiv dazu beitrugen, die Reaktion des Körpers auf den Typhus-Teil des Impfstoffs zu verstärken.

Um zu verstehen, warum diese Verstärkung geschah, untersuchten die Forscher genau, wie die Immunzellen auf den Impfstoff reagierten. Sie fanden heraus, dass die bakteriellen Bläschen ein starkes Entzündungssignal auslösten, das eine spezifische Gruppe von chemischen Botenstoffen freisetzte, welche die Immunzellen rekrutieren und aktivieren. Dieses Umfeld schien das Immunsystem dazu zu ermutigen, eine vielfältigere und stärkere Art von Antikörpern gegen die Typhus-Bakterien zu produzieren, die besser für einen langfristigen Schutz geeignet ist. Im Gegensatz dazu löste der Typhus-Impfstoff allein nicht dieses gleiche Maß an Aktivität aus. Die Studie bestätigte auch, dass der neue Impfstoff sicher ist. Bei Tests an Kaninchen verursachte der Impfstoff nur leichte, vorübergehende Reaktionen an der Einstichstelle, wie etwa Schwellungen, was ein normales Zeichen dafür ist, dass das Immunsystem arbeitet. Die Tiere zeigten keine Anzeichen einer schweren Erkrankung oder systemischen Toxizität, und ihre Körpertemperatur kehrte nach den Injektionen schnell zum Normalwert zurück.

Die Forscher überprüften auch die Stabilität des Impfstoffs über die Zeit. Sie lagerten Proben bei Standard-Kühlschranktemperaturen und testeten sie nach achtzehn Monaten. Der Impfstoff blieb potent, was bedeutet, dass er noch genauso gut funktionierte wie bei seiner Herstellung, und seine physikalischen Eigenschaften veränderten sich nicht. Diese Stabilität ist entscheidend für einen Impfstoff, der in Regionen eingesetzt werden soll, in denen die Kühlkette für die Lagerung schwierig aufrechtzuerhalten sein könnte. Dem Team gelang es, den Impfstoff sowohl mit kleinskaligen Labormethoden als auch mit groß angelegten Herstellungsprozessen zu produzieren, wodurch bewiesen wurde, dass das Rezept skaliert werden kann, um genügend Dosen für klinische Studien herzustellen.

Diese Arbeit zeigt, dass es möglich ist, zwei unterschiedliche Impfstofftechnologien zu einem einzigen, wirksamen Produkt zu verschmelzen. Die Kombination funktionierte nicht nur, sie verbesserte auch den Schutz gegen Typhus und bot gleichzeitig Schutz gegen die invasiven Salmonella-Stämme, für die es derzeit keinen Impfstoff gibt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die bakteriellen Bläschen als natürlicher Helfer oder Adjuvans wirken, der die Immunreaktion stärkt, ohne dass zusätzliche chemische Booster benötigt werden. Obwohl diese Ergebnisse aus Tierstudien stammen, bilden sie ein starkes Fundament für das weitere Vorgehen. Der Impfstoffkandidat ist bereits in klinische Studien am Menschen übergegangen, um seine Sicherheit und Wirksamkeit beim Menschen zu testen, und bietet ein potenzielles neues Werkzeug, um die Last tödlicher bakterieller Infektionen in den verwundbarsten Bevölkerungsgruppen der Welt zu verringern.