Het geheim van een kansrijk vaccin

De ontwikkeling van elk vaccin begint met een ontwerp aan de tekentafel. Het doel is om in een vroeg stadium alleen de kansrijke vaccins te selecteren voor verder onderzoek bij proefpersonen. Want dat onderzoek is duur.

Aan de tekentafel van elk vaccin staat een aantal zaken centraal. Onderzoekers kijken eerst naar de manier waarop een ziekteverwekker het lichaam binnendringt en ziek maakt, en naar de genetische samenstelling (genoom) van de ziekteverwekker. Op basis hiervan worden de belangrijkste moleculen opgespoord die de ziekteverwekker nodig heeft voor het veroorzaken van een infectie. Dit zijn de mogelijke werkzame stoffen (antigenen) voor het vaccin, die een aangeleerde afweerreactie kunnen opwekken. Bij het coronavirus was het spike-eiwit een veelbelovende werkzame stof, omdat het essentieel was voor het binnendringen van lichaamscellen.

Daarna is van belang welke afweerreactie bescherming biedt tegen de ziekteverwekker. Is het aanmaken van antistoffen tegen de antigenen voldoende of zijn ook T-cellen daarbij noodzakelijk? Welke tests tonen deze afweerreacties aan? Het laatste puzzelstuk is het bepalen van een geschikte vorm om het vaccin zo toe te dienen dat het de juiste afweer activeert. Met welke techniek prikkelt de werkzame stof het best het aangeleerde afweersysteem? Zijn er hulpstoffen nodig om een bepaalde aangeboren afweerreactie uit te lokken? In welke dosis, hoe vaak en via welke route moet het vaccin worden toegediend?

Platformtechnologieën

De eerste succesvolle vaccins werden tot ver in de twintigste eeuw ontwikkeld op basis van de principes van Pasteur: isoleer de hele ziekteverwekker, inactiveer of verzwak die en injecteer hem. Deze klassieke technologie werkt(e) vooral goed tegen infecties door bacteriën of virussen die weinig varianten kennen en die bestreden kunnen worden door veel antistoffen aan te maken. Voorbeelden bij de mens zijn difterie, tetanus, mazelen en rodehond.

De klassieke aanpak heeft ook nadelen, soms heeft het vaccin te veel bijwerkingen (eerste generatie kinkhoestvaccin), is de ziekteverwekker lastig te kweken (hepatitis B-virus) of heeft die te veel varianten (pneumokokken). Na een aantal wetenschappelijke doorbraken zijn daarom nieuwe zogeheten platformtechnologieën ontwikkeld. Deze gebruiken vaak maar één of enkele antigenen (eiwitten of suikermoleculen) van de ziekteverwekker als werkzame stof. Biedt men deze antigenen aan als zuivere stof, dan worden ze direct na toediening herkend door specifieke B- en T-cellen.

Een andere mogelijkheid is dat men het lichaam de erfelijke code van een eiwitantigeen aanbiedt, ingebouwd in het erfelijk materiaal van een micro-organisme (de vector) of als mRNA of DNA dat verpakt is in vetbolletjes. Bij dit type vaccins moeten de lichaamscellen eerst zelf het vaccin opnemen, de code aflezen en er eiwitantigenen mee aanmaken. Daarna komen de B- en T-cellen in actie. Ook zijn er nieuwe hulpstoffen ontwikkeld naast de al bijna honderd jaar gebruikte aluminiumzouten die de afweerreactie versterken en aansturen. En nieuwe toedieningsvormen.

Stappenschema voor de productie van vaccins. Blauw: processtappen voor het enten, grootschalig kweken en oogsten van virus- of bacterievaccinstammen. Groen: mogelijke processtappen voor het scheiden en zuiveren van de werkzame stof. Paars: verschillende nabewerkingen van de werkzame stof tot een product, zoals het toevoegen van een hulpstof, en handelingen aan een vaccin, zoals verpakken, kwaliteitscontrole en opslag. Parallelle stappen zijn opties die afhangen van de componenten en de bouwtekening van het vaccin. © Stichting BWM

Testen, testen, testen

Op basis van de tekentafelinformatie wordt een aantal vaccins ontworpen en op kleine schaal gemaakt. Tests in het laboratorium en bij proefdieren moeten uitwijzen welke vaccins het meest kansrijk zijn. Dat gebeurt op basis van een aantal criteria.

• De gekozen werkzame stof (antigeen) moet ‘immunogeen’ zijn. De aanwezigheid van antistoffen of T-cellen na vaccinatie wijst erop dat de stof een specifieke afweerreactie kan opwekken.
• De opgewekte afweerreactie moet proefdieren beschermen tegen een latere opzettelijke infectie met de levende ziekteverwekker. Soms blijkt een bepaalde stabiele structuur van een antigeen nodig voor het opwekken van de meest beschermende antistoffen. Dat lukte bij de coronavaccins alleen met een stabiele ‘pre-fusie’-vorm van het spike-eiwit.
• Toedieningsvorm en -route moeten veilig en optimaal zijn. Tests wijzen uit welke platformtechnologie, hulpstof, dosis, toedieningsroute, aantal vaccinaties en tussenpozen veilig zijn en goede bescherming bieden.
• Het productieproces moet reproduceerbaar en opschaalbaar zijn. De productie van de meeste vaccins, ook bij nieuwe platformtechnologieën, start bij het opkweken van een virus of bacteriestam. Pas na vele stappen van bewerking en zuivering van tussenproducten komt het vaccin in het vaccinflesje terecht. Daarin zitten naast werkzame en hulpstoffen ook nog buffers en andere stoffen die nodig zijn voor toediening en stabiliteit.

De tijd die deze voorselectie van de meest kansrijke vaccins in beslag neemt, varieert enorm, van enkele jaren tot zo’n tien jaar of soms meer. Daarna volgt nog het medisch onderzoek bij proefpersonen. In de coronapandemie duurde de tekentafelfase van het eerste coronavaccin maar twee maanden.