mini|hochkant=1.5|Der Impfstoff enthält oder erzeugt bei der aktiven Immunisierung ein Antigen, gegen welches das Immunsystem des Patienten binnen 14 Tagen eigene Antikörper bildet, was eine anhaltende Immunität bewirkt. Werden lediglich Antikörper verimpft, spricht man von passiver Immunisierung, der Schutz tritt sofort ein, hält aber nur kurzzeitig an. mini|hochkant=1.5|Üblicherweise wird Impfstoff per Spritze in einen Muskel injiziert
Ein Impfstoff, auch das Vakzin oder seltener die Vakzine ( „von Kühen stammend“; siehe Vakzination), ist ein Arzneimittel, das zur Impfung verwendet wird und vor Erkrankung schützen soll.
Die meisten verwendeten Impfstoffe sind Aktivimpfstoffe, die einen Wirkstoff enthalten, der eine adaptive Immunantwort im Immunsystem des Geimpften auslöst und über die Erzeugung von Gedächtniszellen langfristig wirkt. Hingegen schützen Passivimpfstoffe, die meist aus menschlichen Antikörpern (früher Antikörpern genesener Tiere) hergestellt werden, nur wenige Wochen vor einer Erkrankung.
Impfstoffe richten sich in erster Linie gegen Erreger von Infektionskrankheiten, können aber auch gegen Krebs (Krebsimpfstoffe) oder Allergien (Hyposensibilisierung) verwendet werden. Impfstoffe enthalten entweder ein Antigen oder eine DNA oder RNA, die für dieses Antigen codiert. Das Antigen (engl. von antibody-generating ‚antikörpererzeugend‘) ist der Bestandteil des Impfstoffs, der die adaptive Immunantwort hervorruft. Bei genauerer Betrachtung liegen auf dem Antigen ein oder mehrere Epitope, gegen die nach der Impfung eine adaptive Immunantwort erzeugt wird. Ein Impfstoff kann sowohl aus einem Antigen eines einzigen Erregers als auch aus einer Mischung mehrerer Antigene von verschiedenen Erregern oder Erregerstämmen bestehen. Eventuell enthält das Vakzin auch Zusatzstoffe, um seine Wirkung zu verstärken. Infolge der Impfung entstehen im Geimpften B-Gedächtniszellen und bei manchen Impfstofftypen auch T-Gedächtniszellen, die über Jahre erhalten bleiben und bei erneutem Kontakt zügig zur Zellteilung angeregt werden.
Geschichte mini|Frühe Form der Impfstoffentwicklung mini|Vergleich der Impfreaktion mit Pockenviren (links) und Kuhpockenviren (rechts) 16 Tage nach Inokulation (1802) mini|Kupferstich zu Jenner und Impfgegnern von I. Cruikshank (1808)
Die Pocken (lat. variola) waren die erste Krankheit, bei der versucht wurde, Individuen durch absichtliche Infektion mit Erregern zu immunisieren (Variolation). Es wird angenommen, dass diese Versuche entweder in Indien oder China bereits um 1000 v. Chr. begannen.K. Bourzac, D. Bernoulli: . In: Journal of Young Investigators. Band 6, Ausgabe 3, 2002. Die erste gesicherte Dokumentation über Pockenimpfungen stammt aus dem Jahr 1549 vom chinesischen Arzt Wan Quan (1499–1582) in seinem Werk Douzhen xinfa (痘疹心法).Joseph Needham: Science and Civilization in China. Band 6: Biology and Biological Technology. Teil 6: Medicine. Cambridge University Press, Cambridge 1999, S. 134. Bei dieser Impfung wurde gemahlener Pockenschorf in die Nase der Impflinge geblasen. Die daraus resultierende Immunität senkte die Letalität einer Pockenvirusinfektion von 20 bis 30 % auf unter zwei Prozent.
Lady Mary Wortley Montagu berichtete 1718, dass die Türken im Osmanischen Reich sich in ähnlicher Weise den Körperflüssigkeiten von leicht Infizierten aussetzten, und wendete diese Methode bei ihren eigenen Kindern an. Spätestens in den Jahren ab 1770 beobachteten sechs Personen, darunter Sevel, Jensen, Jesty (1774), Rendall und Plett (1791),Sudhoffs Archiv. Band 90, Heft 2, 2006, S. 219–232. dass Melkerinnen gegen Menschenpocken immun geworden waren, nachdem sie die vergleichsweise harmlosen Kuhpocken überstanden hatten. Sie impften daraufhin im Familien- und Bekanntenkreis erfolgreich mit der Kuhpockenlymphe. Der englische Landarzt Edward Jenner erfuhr von Ärzten, mit denen er in Kontakt stand, dass Personen anscheinend nicht auf eine Pocken-Variolation ansprachen, wenn sie vorher an Kuhpocken erkrankt waren. Jenner stellte daher die Hypothese auf, dass eine absichtliche Infektion (Inokulation) mit Kuhpockenviren dieselbe Immunität ermögliche wie eine überstandene Erkrankung an Kuhpocken und daher Schutz vor humanen Pocken böte. Jenner entnahm 1796 infektiöse Flüssigkeiten von der Hand der mit Kuhpocken infizierten Magd Sarah Nelmes und führte diese durch Injektion oder Kratzen in den Arm des acht Jahre alten, gesunden James Phipps ein. James entwickelte Symptome einer Kuhpocken-Infektion, von der er vollständig genas. 48 Tage später führte Jenner eine zu dieser Zeit etablierte Pocken-Variolation durch. Der Junge entwickelte keine Pockensymptome. Da Kuhpocken verwendet wurden, entstand die Bezeichnung Vakzination (von lat. vacca ‚Kuh‘).A. Saleh, S. Qamar, A. Tekin, R. Singh, R. Kashyap: Vaccine Development Throughout History. In: Cureus. Band 13, Nummer 7, Juli 2021, S. e16635, doi:10.7759/cureus.16635, PMID 34462676, . Ab dem 20. Jahrhundert wurden anstatt Kuhpockenviren die nahe verwandten Vacciniaviren verwendet, die weniger Nebenwirkungen erzeugten. Die weltweiten Impfungen mit Pockenimpfstoffen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts führten bis 1980 zur Eradikation der Pocken in der freien Wildbahn,H. Meyer, R. Ehmann, G. L. Smith: Smallpox in the Post-Eradication Era. In: Viruses. Band 12, Nummer 2, Januar 2020, doi:10.3390/v12020138, PMID 31991671, . denn humane Pockenviren haben kein Reservoir in anderen Tierarten.M. K. Slifka, J. M. Hanifin: Smallpox: the basics. In: Dermatologic clinics. Band 22, Nummer 3, Juli 2004, S. 263–74, vi, doi:10.1016/j.det.2004.03.002, PMID 15207308. Das war die erste weltweite Eradikation einer Infektionskrankheit des Menschen.K. A. Simonsen, J. Snowden: Smallpox. 2021. In: StatPearls. StatPearls Publishing, PMID 29262186.
mini|hochkant=1|Jonas Salk im Jahr 1955 mit zwei Zellkulturflaschen zur Polioimpfstoffherstellung. Neben der Verwendung von Pathogenen anderer Arten kamen in Folge weitere Methoden hinzu. Louis Pasteur untersuchte in den 1870er Jahren Impfstoffe gegen Hühnercholera und Milzbrand.Louis Pasteur, Übersetzer unbekannt: Translation of an address on the germ theory. In: The Lancet. Nr. 118, 1881, S. 271, doi:10.1016/S0140-6736(02)35739-8. Im Jahr 1879 entdeckte er zufällig, dass die später als Attenuierung bezeichnete Gewöhnung von Erregern an neue Umgebungsbedingungen (an andere Wirte oder Zellkulturbedingungen) eine mildere Impfreaktion bzw. Infektion und dennoch eine Immunität hervorrief.Stanley A. Plotkin, Walter A. Orenstein: Vaccines. 5. Auflage, Saunders / Elsevier, Philadelphia (PA) 2008, ISBN 978-1-4160-3611-1, S. 2–3. Er hatte eine Zellkultur von Hühnercholerabakterien über Nacht der Luft ausgesetzt und diese Kultur erfolgreich verimpft. Allerdings ging er irrtümlich davon aus, dass der Erreger durch den Luftkontakt dauerhaft geschwächt wurde. Heute ist bekannt, dass Erreger unter neuen Umgebungsbedingungen nicht mehr benötigte Virulenzfaktoren verlieren können, wenn kein Selektionsdruck mehr darauf ausgeübt wird. Dadurch entstehen schlechter an den ursprünglichen Wirt angepasste Erreger, die sich in diesem Wirt schlechter vermehren, weniger Erkrankung erzeugen und trotzdem eine Immunität hervorrufen. Allerdings kann diese Gewöhnung bei nur kleinen Änderungen auch zurück erfolgen, was als Reversion bezeichnet wird und in sehr seltenen Fällen zur Erkrankung nach Impfung führen kann, wie es später beim attenuierten Polioimpfstoff von Albert Sabin beobachtet wurde.Wolfram Gerlich: Medizinische Virologie. Thieme, Stuttgart 2010, ISBN 3-13-113962-5. S. 466. Seit 1998 wird der Sabin-Lebendimpfstoff gegen Poliomyelitis nicht mehr von der ständigen Impfkommission empfohlen und seit 1999 nicht mehr in Europa verwendet, nur noch der inaktivierte Totimpfstoff nach Jonas Salk.Polio: Warum Spritzimpfung statt Schluckimpfung? Auf: gesundheit.de, aktualisiert am 25. Januar 2017, zuletzt abgerufen am 23. August 2021.
Virale Impfstoffe der nächsten Generation bestanden aus Gründen der Arzneimittelsicherheit vermehrt aus inaktivierten (z. B. der Polioimpfstoff von Salk),J. E. Salk: Studies in human subjects on active immunization against poliomyelitis. I. A preliminary report of experiments in progress. In: Journal of the American Medical Association. 1953, Band 151, Nr. 13, S. 1081–1098, PMID 13034436. gespaltenen (z. B. der Influenzaimpfstoff) oder attenuierten Virionen, wie der 17D-Gelbfieberimpfstoff von Max Theiler,M. Theiler, H. H. Smith: The effect of prolonged cultivation in vitro upon the pathogenicity of Yellow Fever Virus. In: Journal of Experimental Medicine. 1937, Band 65, Nr. 6, S. 767–786, PMID 19870633, . der Impfstoff gegen das Poliovirus von Albert Sabin oder das Modified Vaccinia Ankara von Anton Mayr.A. B. Sabin: Present status of attenuated live virus poliomyelitis vaccine. In: Bulletin of the New York Academy of Medicine. 1957, Band 33, Nr. 1, S. 17–39, PMID 13383294, .A. Mayr, V. Hochstein-Mintzel, H. Stickl: Abstammung, Eigenschaften und Verwendung des attenuierten Vaccinia-Stammes MVA. In: Infection. 1975, Band 3, S. 6–14. Max Theiler erhielt 1951 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine „Entdeckungen über Gelbfieber und seine Bekämpfung“.
Aus den Spaltimpfstoffen gingen die gereinigten Antigene (auch Untereinheiten-Impfstoffe, engl. ) wie das HBsAg des Hepatitis-B-Virus im Jahr 1981,R. H. Purcell, J. L. Gerin: Hepatitis B subunit vaccine: a preliminary report of safety and efficacy tests in chimpanzees. In: American Journal of the Medical Sciences. 1975, Band 270, Nr. 2, S. 395–399, PMID 828832. Konjugatimpfstoffe wie gegen Haemophilus influenzae im Jahr 1983R. Schneerson, O. Barrera, A. Sutton, J. B. Robbins: Preparation, characterization, and immunogenicity of Haemophilus influenzae type b polysaccharide-protein conjugates. In: Journal of Experimental Medicine. 1980, Band 152, Nr. 2, S. 361–376, PMID 6967514, . und auch die synthetisch erzeugten Peptidimpfstoffe hervor,A. Nelde, H. G. Rammensee, J. S. Walz: The Peptide Vaccine of the Future. In: Molecular & cellular proteomics : MCP. Band 20, 2021, S. 100022, doi:10.1074/mcp.R120.002309, PMID 33583769, .A. Patronov, I. Doytchinova: T-cell epitope vaccine design by immunoinformatics. In: Open Biology. 2013, Band 3, Nr. 1, S. 120139, doi:10.1098/rsob.120139, PMID 23303307, . die durch eine Proteinreinigung bzw. im letzten Fall durch eine Peptidsynthese weniger Nebenwirkungen durch Kontaminationen erzeugten, weniger bzw. im letzten Fall kein Risiko einer Erkrankung besaßen und bei denen sich die Dosis leichter einstellen ließ, die jedoch auch oftmals weniger wirksam in Hinblick auf den Impfschutz waren. Diese Impfstoffe wirkten (mit Ausnahme der attenuierten Pathogene) vor allem außerhalb der Zelle auf die humorale Immunantwort, da nur eine geringe Aufnahme in Zellen und nur eine geringe anschließende Präsentation der Epitope an MHCI für eine zelluläre Immunantwort erfolgte. Bei intrazellulären Erregern ist eine ausschließliche humorale Immunantwort ineffektiv.Eckhart Buddecke: Molekulare Medizin. ecomed-Storck, 2002, ISBN 3-609-16091-8. S. 162. Daher wurden in den folgenden Jahren verstärkt genetische Impfstoffe entwickelt, deren Antigene im Zytosol erzeugt und anschließend in Peptide zerlegt an MHCI präsentiert werden, wodurch auch eine zelluläre Immunantwort entsteht.