Ein Team britischer Forscher unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universitäten Cambridge und Southampton im Vereinigten Königreich hat den ersten vollständig auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Impfstoff entwickelt, der an Menschen getestet werden soll.
„Viren wie Influenza, Coronaviren und die Ebola-Gruppe entwickeln sich ständig weiter, und wenn Impfstoffe auf den Markt kommen, sind sie möglicherweise kaum noch aufeinander abgestimmt – das derzeitige „reaktive“ Impfstoffsystem hat Schwierigkeiten, Schritt zu halten“, sagte Professor Saul Faust von der University of Southampton, der leitende Ermittler der Studie.
In den letzten Jahren kam es zu mehreren durch das Betacoronavirus verursachten Ausbrüchen, der schwerwiegendste davon löste die COVID-19-Pandemie aus. Die anhaltende Verbreitung dieser Viren hat dazu geführt, dass Krankheitserreger mutiert sind und neue Varianten entstanden sind.
Das Team hat den Bedarf an Impfstoffen erkannt, die einen breiteren Schutz gegen aktuelle und zukünftige gefährliche Mutationen bieten können, und hat einen neuen Impfstofftyp entwickelt, der dauerhaften Schutz gegen ein breites Spektrum von Viren – wie Ebola oder die Coronavirus-Gruppe – bietet, selbst wenn diese mutieren.
„Wir haben die Impfstoffentwicklung von einer reaktiven auf eine zukunftssichere Entwicklung umgestellt“, sagte Professor Jonathan Heeney vom Lab of Viral Zoonotics an der Universität Cambridge und wissenschaftlicher Leiter der Forschung.
„Wir haben das Problem herkömmlicher Impfstoffe überwunden, die nur einen begrenzten Schutz bieten. Das bedeutet, dass wir dem ständigen Kreislauf entkommen können, in dem wir die beim Menschen zirkulierenden Virusvarianten jagen und die Impfstoffe aktualisieren, um zu versuchen, aufzuholen, so wie ein Hund seinen Schwanz jagt.“
Heeney fügte hinzu, dass diese neue Klasse universeller Impfstoffe möglicherweise auch vor noch nicht aufgetretenen Viren schützen könnte.
Wie nutzten sie KI?
Um diesen Impfstoff zu entwickeln, verwendeten die Forscher eine vollständig von der KI entwickelte aktive Komponente, die als „Superantigen“ bekannt ist.
Es verwendet ein computerentwickeltes Protein, das gemeinsame Merkmale mehrerer Coronaviren nachahmt, anstatt auf einen einzelnen spezifischen Stamm abzuzielen, was das körpereigene Immunsystem dazu veranlassen kann, ein breites Spektrum von Krankheitserregern mit diesen Grundmerkmalen zu bekämpfen.
Das Team nutzte alle verfügbaren genetischen Sequenzdaten für Sarbeco-Coronaviren – zoonotische Viren, die hauptsächlich in Fledermäusen zirkulieren und auf Menschen oder andere Säugetiere überspringen können –, die in Überwachungsprogrammen auf der ganzen Welt aufgezeichnet wurden, und wendete dann maschinelles Lernen an, um das Superantigen zu erzeugen.
Keine Nadeln nötig
Eine weitere Neuheit ist, dass für diesen Impfstoff keine Nadel erforderlich ist. Die Verabreichung erfolgt über einen Mikrofluidstrahl, der das Antigen durch einen Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahl direkt in die Haut befördert.
Die Forscher stellten fest, dass diese Verabreichungsmethode die weltweite Anwendbarkeit erhöht, indem sie den Volumenbedarf reduziert, die Verschwendung scharfer Gegenstände eliminiert und die Akzeptanz in Umgebungen verbessert, in denen die nadelbasierte Verabreichung ein Hindernis darstellt.
Solche Impfstoffe sind im Allgemeinen auch thermostabiler als mRNA-Alternativen und erfordern keine Ultra-Kühlkettenlogistik, wodurch sie sich gut für den Einsatz in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen und in Krisenreaktionsszenarien eignen.
Was sind die nächsten Schritte?
Dieser erste Versuch umfasste eine kleine Anzahl von Teilnehmern und sollte die Sicherheit, Verträglichkeit und die ausgelöste Immunantwort bewerten.
Zwischen Dezember 2021 und September 2023 wurden 39 Freiwillige geimpft. Der Impfstoff wurde in allen vier Dosierungen gut vertragen, es wurden keine nennenswerten Sicherheitsbedenken gemeldet, sagten die Forscher.
„Der bemerkenswerte Erfolg dieser von der KI konzipierten ‚Superantigen‘-Studie stellt einen entscheidenden Fortschritt in unserer Fähigkeit dar, einen umfassenden, dauerhaften Virenschutz zu bieten“, sagte Professor Marian Knight, wissenschaftlicher Direktor am britischen National Institute for Health and Care Research (NIHR).
Nach diesen erfolgreichen Ergebnissen werden die Forscher nun eine klinische Phase-2-Studie starten, um die Fähigkeit des Impfstoffs zu bewerten, Immunreaktionen in einer breiteren und vielfältigeren Bevölkerung auszulösen und zu bestätigen, dass er eine starke, umfassend schützende Immunität erzeugt.
