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Gibt es orale Impfstoffe?

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Gibt es essbare Impfstoffe und wenn ja, wie wirken sie? Gibt es jetzt essbare Impfstoffe im Handel?


Kurz gesagt, ja.

Ein gutes Beispiel für einen oral verabreichten Impfstoff ist dieser Polio-Impfstoff.


Herkömmliche biologische Impfstoffe funktionieren, indem sie eine sichere Form eines Virus oder Bakteriums – oder eines harmlosen Teils davon, wie beispielsweise eines Peptids – einführen, um eine Immunantwort im Körper hervorzurufen.

Dies ermöglicht es dem Körper, eine Krankheit wie eine Grippe zu erkennen und effektiver damit umzugehen, sollte er jemals wirklich darauf stoßen.

Die Schwierigkeit bei diesen biologischen Impfstoffen besteht jedoch darin, dass sie während des Transports eingefroren oder gekühlt werden müssen, um sie stabil zu halten, was ihre Lieferung in Länder ohne zuverlässige Stromversorgung teuer und schwierig macht.

Für diesen neuen Influenza-A-Impfstoff haben Wissenschaftler der Cardiff University künstliche Peptide entwickelt, die die in echten Viren nachahmen.

Im Gegensatz zu den biologischen Peptiden können diese "Spiegelbild"-Moleküle nicht verdaut werden, was die Möglichkeit eröffnet, sie in Pillenform zu verabreichen.

Die im Journal of Clinical Investigation veröffentlichte Studie ergab, dass der Prototyp beim Test in einer Kulturschale eine starke Reaktion des Immunsystems in menschlichen Zellen auslöste.

Und es war bei Mäusen genauso wirksam wie das standardmäßige biologische Influenza-Peptid.

Es wurde auch gezeigt, dass es Zellen erzeugt, die das Influenzavirus abtöten, wenn es den Mäusen oral verabreicht wird.

Prof. Andrew Sewell von der medizinischen Fakultät der Cardiff University, der die Studie leitete, sagte: „Orale Impfstoffe haben viele Vorteile.

"Sie wären nicht nur eine gute Nachricht für Menschen, die Angst vor Nadeln haben, sondern sie könnten auch viel einfacher zu lagern und zu transportieren sein, wodurch sie sich weitaus besser für den Einsatz an abgelegenen Orten eignen, an denen aktuelle Impfstoffabgabesysteme problematisch sein können."

Die Forscher räumten jedoch ein, dass viel mehr Forschung erforderlich ist, um diese synthetischen Impfungen für die gesamte Bevölkerung und für andere Krankheiten zu entwickeln.

Sie fügten hinzu, es werde wahrscheinlich mehrere Jahre dauern, bis ein solcher Impfstoff an Menschen getestet werden könne.


Ein Einzeldosis-Impfstoff mit ChAdOx1-Vektor bietet vollständigen Schutz gegen Nipah Bangladesch und Malaysia bei syrischen Goldhamstern

Das Nipah-Virus (NiV) ist ein hochpathogenes, wieder auftretendes Virus, das in Südostasien Ausbrüche verursacht. Derzeit gibt es weder zugelassene noch zugelassene Impfstoffe oder antivirale Mittel. Hier untersuchten wir die Wirksamkeit von ChAdOx1 NiVB, einem auf Affen-Adenovirus basierenden Impfstoff, der für das NiV-Glykoprotein (G) Bangladesch kodiert, bei syrischen Hamstern. Sowohl die Prime-only- als auch die Prime-Boost-Impfung führten zu einem einheitlichen Schutz gegen eine tödliche Provokation mit NiV Bangladesch: Alle Tiere überlebten die Provokation und wir konnten weder in Mundabstrichen noch in Lungen- oder Hirngewebe infektiöse Viren finden. Darüber hinaus wurden keine pathologischen Lungenschäden beobachtet. Eine Einzeldosis ChAdOx1 NiVB verhinderte auch Krankheiten und Letalität durch heterologe Provokation mit NiV Malaysia. Während wir kein infektiöses Virus in Abstrichen oder Geweben von Tieren nachweisen konnten, die mit dem heterologen Stamm herausgefordert wurden, konnte durch in situ-Hybridisierung eine sehr begrenzte Menge viraler RNA in Lungengewebe gefunden werden. Eine Einzeldosis ChAdOx1 NiVB bot auch einen teilweisen Schutz gegen das Hendra-Virus und der passive Transfer von Antikörpern, die durch die ChAdOx1 NiVB-Impfung ausgelöst wurden, schützte syrische Hamster teilweise vor NiV Bangladesch. Aus diesen Daten schließen wir, dass ChAdOx1 NiVB ein geeigneter Kandidat für die weitere präklinische Entwicklung von NiV-Impfstoffen ist.

Interessenkonflikt-Erklärung

Ich habe die Richtlinien der Zeitschrift gelesen und die Autoren dieses Manuskripts haben die folgenden konkurrierenden Interessen: SCG wird als Erfinder eines Patents für die Verwendung von ChAdOx1-Vektor-Impfstoffen genannt. Die übrigen Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Figuren

Abb. 1. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV…

Abb. 1. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV B schützt syrische Hamster vor einer tödlichen Herausforderung…

Abb. 2. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV…

Abb. 2. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV B schützt syrische Hamster vor bronchointerstitiellen Pneumonien verursacht…

Abb. 3. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV…

Abb. 3. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV B schützt syrische Hamster vor einer tödlichen Herausforderung…

Abb. 4. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV…

Abb. 4. Einzeldosis-Impfung mit ChAdOx1 NiV B schützt syrische Hamster vor schwerer bronchointerstitiellen Lungenentzündung…

Abb. 5. Behandlung mit ChAdOx1 NiV B…

Abb. 5. Behandlung mit ChAdOx1 NiV B ausgelöste Antikörper bieten einen teilweisen Schutz gegen eine tödliche…

Abb. 6. Behandlung mit ausgelösten IgG-Antikörpern…

Abb. 6. Behandlung mit durch ChAdOx1 NiV . ausgelösten IgG-Antikörpern B Impfung reduzierte Pathologie und…


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Bisher ist Vero der einzige chinesische Impfstoff, für den der Hersteller offizielle Daten veröffentlicht hat. Am 29. Dezember 2020 meldete Sinopharm in einer Zwischenauswertung eine Wirksamkeit von 79 %. Einen Tag später wurde der Impfstoff in China zugelassen.

Daten aus anderen Ländern zeigen kein einheitliches Bild – die Emirate bestätigten in ihrer Studie eine noch höhere Wirksamkeit: 86 %.

Die dortigen Behörden genehmigten den Impfstoff noch schneller als die Chinesen. Der Impfstoff durfte ab Anfang Dezember verabreicht werden. Auch Serbien hat den Impfstoff im Januar zugelassen.

In Peru war es weniger vielversprechend. Die dortigen Behörden stellten im Dezember klinische Studien ein, nachdem ein Patient infolge einer Impfung eine Lähmung der Arme erlitt.

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Welchen Prozess verfolgen Hersteller, um möglicherweise einen COVID-19-Impfstoff durch die EUA zur Verfügung zu stellen?

  • Impfstoffhersteller führen einen Entwicklungsprozess durch, an dem Zehntausende von Studienteilnehmern teilnehmen, um nicht-klinische, klinische und Herstellungsinformationen zu generieren, die von der FDA benötigt werden, damit die Behörde feststellen kann, ob der bekannte und potenzielle Nutzen die bekannten und potenziellen Risiken eines Impfstoffs überwiegt die Prävention von COVID-19.
  • Wenn der Phase-3-Teil der klinischen Humanstudie einen vorbestimmten Punkt erreicht, der darüber informiert, wie gut ein Impfstoff COVID-19 verhindert, wie im Voraus mit der FDA besprochen und vereinbart, wird eine unabhängige Gruppe (ein sogenanntes Data Safety Monitoring Board) die Daten überprüfen und informieren Sie den Hersteller über die Ergebnisse. Auf der Grundlage der Daten und der Interpretation der Daten durch diese Gruppe entscheiden die Hersteller, ob und wann sie einen EUA-Antrag bei der FDA stellen, unter Berücksichtigung der Eingaben der FDA.
  • Nachdem die FDA eine EUA-Anfrage erhalten hat, werden unsere Karrierewissenschaftler und Ärzte alle in der Einreichung des Herstellers enthaltenen Informationen bewerten.
  • Während die Bewertung durch die FDA läuft, werden wir auch eine öffentliche Sitzung unseres Beratungsausschusses für Impfstoffe und verwandte biologische Produkte ansetzen, der sich aus externen Experten aus Wissenschaft und Gesundheit aus dem ganzen Land zusammensetzt. During the meeting, these experts, who are carefully screened for any potential conflicts of interest, will discuss the safety and effectiveness data so that the public and scientific community will have a clear understanding of the data and information that FDA is evaluating to make a decision whether to authorize a COVID-19 vaccine for emergency use.
  • Following the advisory committee meeting, FDA’s career professional staff will consider the input of the advisory committee members and continue their evaluation of the submission to determine whether the available safety and effectiveness and manufacturing data support an emergency use authorization of the specific COVID-19 vaccine in the United States.

Einführung

Infectious diseases directly account for nearly 25% of deaths worldwide, and are a predominant cause of morbidity and mortality in the developing world (Fauci et al., 2005). Even for diseases for which vaccines exist, limited access – due to financial as well as infrastructural or medical personnel limitations – is a major contributor to this high infectious disease burden. Many developing world diseases do not yet have vaccines, in part because traditional vaccine production costs present a significant investment hurdle, considering the financial capacity of the intended consumers. Both cost and ease of administration are challenges that must be tackled to address this undue burden on global health and productivity.

Oral vaccination has many distinct advantages over parenteral administration, but has proven difficult to achieve thus far, reflected by the scarcity of licensed oral vaccines. Perhaps the most significant benefit of oral vaccination is the ability to elicit both mucosal and systemic immunity. As most human pathogens enter via mucosal surfaces – either nasally, orally, or by sexual transmission – mucosal immunity can serve as a first line of defense to prevent infection before it reaches the bloodstream (Mason and Herbst-Kralovetz, 2012). Oral vaccines also obviate the need for trained medical personnel to administer them and reduce the risks of infection associated with needles. They also have higher compliance from patients, owing to the lack of fear and resistance associated with injections. Both of these latter aspects are important considerations for successful vaccination campaign coverage in remote or resource-limited settings.

Plant-produced vaccines have two critical advantages: much lower cost than traditional recombinant vaccine platforms, and improved safety because of insusceptibility to mammalian pathogen contamination. The batch costs of plant-produced vaccines may be as much as a thousand times less than traditional animal cell culture or even bacterial or yeast cell culture, though it has been noted that this will not translate directly to per-dose cost because downstream sales, packaging, and distribution costs are similar regardless of production method (Rybicki, 2009). The current status of plant-produced vaccines in pre-clinical and early phase human clinical trials has been extensively reviewed (Lossl and Waheed, 2011 Mason and Herbst-Kralovetz, 2012 Rosales-Mendoza et al., 2012a,b Guan et al., 2013 Jacob et al., 2013) despite positive preliminary data, none have made it through to licensing. The only licensed plant-produced vaccine is a veterinary injectable vaccine against Newcastle disease virus in poultry, made from purified antigen expressed in cultured tobacco cells. Dow AgroSciences received Food and Drug Administration (FDA) approval for the vaccine in 2006, but only as a demonstration that plant-produced vaccines can meet the stringent regulatory requirements for approval it is not currently for sale (Rybicki, 2009).

Plant cells are of particular interest for oral vaccines because their rigid cell walls provide exceptional antigen protection through the stomach into the intestines, where they can access the gut-associated lymphoid tissue (Kwon et al., 2013). Expression within chloroplasts or other storage organelles may also provide additional protection (Khan et al., 2012). While vaccine antigens have been transformed into many edible species including lettuce, tomato, potato, and tobacco, expression in stable transformed crop plants has suffered from low yields, typically less than 1% of total soluble protein (TSP Lossl and Waheed, 2011). Yields have been increased by transient expression using recombinant viral vectors or Agrobacterium infection, but this expression is typically unstable (Rybicki, 2009). Even using these strategies, the most consistently high-yielding host species is tobacco, which is inedible and therefore would require purification prior to vaccine administration (Lossl and Waheed, 2011).

Algae as a Recombinant Protein Production Platform

Green microalgae have proven to be highly useful protein production platforms for a variety of industrial and therapeutic applications, particularly for complex or heavily disulfide-bonded proteins. The chloroplast provides a unique enclosed compartment that facilitates folding (Chebolu and Daniell, 2009), and transgene products have been shown to accumulate to high levels in the algal chloroplast – as high as 10% of TSP (Manuell et al., 2007 Surzycki et al., 2009). Unlike prokaryotes, chloroplasts of algae contain much of the same sophisticated cellular folding machinery as other eukaryotic organisms like yeast. While the algal nuclear genome can also be transformed, to date most transgene expression has been from the chloroplast genome due to reduced gene silencing and higher protein accumulation.

The green alga model organism Chlamydomonas reinhardtii has been used to produce a number of human and animal therapeutically relevant proteins, including full-length human antibodies (Tran et al., 2009), signaling molecules such as vascular endothelial growth factor (Rasala et al., 2010), and structural proteins like fibronectin (Rasala et al., 2010). Though expression levels are highly variable by gene, improvements in codon optimization (Franklin et al., 2002 Surzycki et al., 2009) and characterization of ideal gene regulatory elements (Rasala et al., 2011 Specht and Mayfield, 2013) continue to increase levels of transgene expression. C. reinhardtii’s success and future potential as a therapeutic protein production platform has been recently reviewed (Rasala and Mayfield, 2011).

Advantages of an Algal Vaccine Production Host

Unicellular green algae possess all the positive attributes of plant systems, plus several unique advantages over terrestrial plants as vaccine production hosts. Algal biomass accumulation is extremely rapid, and the entirety of the biomass can be utilized for vaccine production, unlike plants that expend energy producing supporting tissues that do not contain the vaccine antigen or cannot be harvested easily. Algae are also not restricted by growing season or local soil fertility, and concerns of cross-contamination of nearby food crops are non-existent. Enclosed bioreactors can be used for higher biomass yields and to reduce concerns of environmental escape (Franconi et al., 2010), and media can be recycled to minimize water and nutrient loss. The 2002 discovery of transgenic viral capsid protein-expressing maize in food harvests of nearby corn and soybean crops effectively halted efforts to produce vaccines in edible crop plants, making a food crop-based oral vaccine highly unlikely (Rybicki, 2009). Green algae such as C. reinhardtii are generally recognized as safe (GRAS) by the FDA, resurrecting hope that unprocessed edible vaccines can be produced in a photosynthetic organism.

Crop plants can contain hundreds of chloroplasts per cell, and each chloroplast harbors dozens of copies of its plastid genome. Im Gegensatz, C. reinhardtii contains a single chloroplast that occupies about half of the volume of the cell (Franklin and Mayfield, 2005), making stable homoplasmic transformed lines much easier to obtain (a few weeks versus several months) and allowing for increased yields of plastid-expressed vaccine antigens, which account for nearly all antigens expressed to date in algae. This genomic stability, combined with the ability to tightly regulate growth conditions inside contained bioreactors, allows for more consistent expression levels than terrestrial plants, which can vary by several-fold.

Finally, algae can be easily preserved by lyophilization, and two studies of algal-produced vaccine antigens have verified that dried algae stored at room temperature for 6 months (Gregory et al., 2013) or even 20 months (Dreesen et al., 2010) exhibit nearly equivalent antigen effectiveness as freshly harvested algae, though storage at 37° did begin to cause a loss of activity over time (Gregory et al., 2013). The algal cell wall appears sufficient to withstand harsh conditions within the stomach, as very little antigen degradation was observed after whole cells were incubated with pepsin at pH 1.7 (Dreesen et al., 2010). These observations indicate that algae are an ideal host for vaccine transport without cold-chain supply, and that the cells provide adequate protection for antigens en route to the intestinal mucosal lymph tissue, obviating the additional expense associated with encapsulation.

Algal Vaccine Progress

The first reported algal-synthesized vaccine antigen was a chimeric molecule comprising the foot-and-mouth disease virus structural protein VP1 and the beta subunit of cholera toxin (CTB), a known mucosal adjuvant (Sun et al., 2003). This antigen had been previously expressed in plants and had demonstrated oral immunity in mice (Wigdorovitz et al., 1999), but advancement of trials was hindered by low expression levels. In C. reinhardtii, 3𠄴% TSP was reported, but higher yields may be possible because the strains examined were not completely homoplasmic (Sun et al., 2003).

The next report of an algal-produced vaccine antigen showed the first in vivo data for efficacy conferring immunity. The classical swine fever virus (CSFV) surface protein E2 was expressed from the C. reinhardtii chloroplast genome, and total protein extracts were administered subcutaneously with Freud’s adjuvant or orally by gavage with no adjuvant. Subcutaneous immunization reportedly induced a significant immune response, but no data for this result was shown. No systemic or mucosal immune response was detected after the oral immunization, and it was suggested that a mucosal adjuvant may be necessary for oral administration to be effective (He et al., 2007).

Wang et al. (2008) expressed the human glutamic acid decarboxylase, a known Type 1 diabetes autoimmune antigen, which reacted with sera from non-obese diabetic mice. Surprisingly, detectable expression was achieved using a non-codon-optimized gene. A more thorough investigation of the factors affecting vaccine antigen expression in algae found that indeed codon optimization is critical for high yield. It has also been noted that yield is highly variable among individual transformants despite the fact that chloroplast transformation proceeds by homologous recombination, eliminating positional effects within the genome (Surzycki et al., 2009).

Oral immunization was finally shown to be effective when the antigen of interest was fused to the B subunit of CTB, which forms a pentameric structure and binds the GM1 ganglioside for internalization into intestinal cells. After feeding freeze-dried algae repeatedly to mice, fecal IgA and systemic IgG antibody titers reached similarly high levels for both the intended Staphylococcus aureus antigen and CTB. Significantly, within a week of finishing the 5-week oral vaccination, 80% of immunized mice survived a lethal challenge with S. aureus that killed all control mice within 48 h (Dreesen et al., 2010).

Two studies earlier this year reported relatively low yields of two additional algal-produced antigens, but they are still promising compared to previous literature using alternative systems. A human papillomavirus E7 protein, while only accumulated to 0.12% TSP, expressed similar to or better than in other plant systems and did not require fusion to a stabilizing protein to achieve consistent expression. Furthermore, the algal chloroplast-produced E7 was soluble, whereas the plant-produced E7 was found predominantly in the insoluble fraction using multiple solubilization buffers. While the antibody titer elicited by affinity purified protein was much higher, a crude algal extract was shown to be equally effective at preventing tumor development and promoting mouse survival (Demurtas et al., 2013). A chimeric antigen intended to prevent hypertension, consisting of a fusion between angiotensin and a Hepatitis B antigen as a carrier, was the first algal vaccine to be expressed from the nuclear genome without chloroplast targeting. While it only accumulated to 0.05% TSP, it was detectable by Western blot from algal TSP extracts (Soria-Guerra et al., 2014).

Since 2010, several studies have shown that malarial transmission-blocking vaccines can be produced in C. reinhardtii. Transmission-blocking vaccines target surface proteins that appear on the sexual and gamete stages of Plasmodium, the causative pathogen of malaria. There is some evidence that these vaccines may provide partial protection to individuals, but the main benefit of vaccination with a transmission-blocking vaccine is derived from herd immunity preventing the spread of the disease. Therefore, it is especially critical that transmission-blocking vaccines can be delivered easily and at extremely low cost, to reach threshold coverage of the huge populations living in malaria-endemic regions. One difficulty of producing these Plasmodium surface proteins is that they contain multiple EGF-like domains that are heavily disulfide-bonded, rendering them difficult to fold and therefore difficult to accumulate to high levels without forming insoluble aggregates (Gregory et al., 2012). Interessant, Plasmodien appear to not glycosylate their proteins (Gowda and Davidson, 1999), making algal chloroplasts suitable hosts as the chloroplast also does not contain glycosylation machinery.

A total of six algae-produced malarial antigens or fragments thereof – Pfs25, Pfs28, Pfs48/45, PfMSP1, PbMSP1, and PbAMA1 – have been shown to fold properly and exhibit antibody recognition akin to that of the native Plasmodium surface proteins (Dauvillພ et al., 2010 Gregory et al., 2012 Jones et al., 2013). Algal chloroplast-produced Pfs25 was able to completely prevent malaria transmission, indicated by a total absence of Plasmodium oocysts in mosquito midguts after feeding on immunized mouse sera. Furthermore, feeding lyophilized algae expressing Pfs25 fused to CTB elicited a mucosal response to both antigens (Gregory et al., 2013). However, systemic IgG response was only observed for the CTB. This is in contrast with the S. aureus D2 protein fused to CTB, where systemic immunity was elicited for both domains (Dreesen et al., 2010), suggesting that either the furin protease cleavable linker between the Pfs25 and CTB domains prevented Pfs25 from being presented to the systemic immune system, or perhaps that Pfs25 is inherently less immunogenic. In a different strategy, truncated versions of the malarial proteins AMA1 and MSP1 were fused to the major protein constituent of the chloroplast starch granules, the granule-bound starch synthase (GBSS). Though they were expressed from the nuclear genome, reasonable accumulation was achieved because the proteins were targeted to and sequestered within the chloroplast starch granules. Both oral and injected vaccination using purified starch from these strains reduced parasite load and prolonged mice survival after challenge with Plasmodium berghei in the case of an injected vaccine consisting of both antigens, 30% of mice survived the otherwise-lethal infection (Dauvillພ et al., 2010).

All vaccines produced in algae to date are summarized in Table 1, along with reported yields and significant pre-clinical findings. Most work thus far has been performed in the green alga model organism C. reinhardtii, though one of the earliest reports of an algal-produced hepatitis B antigen was in the marine alga Dunaliella salina (Geng et al., 2003) and hepatitis B antigen has also been produced in the diatom Phaeodactylum tricornutum (Hempel et al., 2011). In recent years the algal genetic toolkit has been expanded to other algal species, including other green algae, diatoms, and cyanobacteria (Ducat et al., 2011 Georgianna and Mayfield, 2012 Qin et al., 2012), with a goal of broad host range compatibility. Already, over 20 species of algae – including dinoflagellates, red algae, and diatoms – have been transformed, and a suite of promoters and selectable markers have been characterized for many species (see Gong et al., 2011, for a comprehensive review). While the first generation of algal vaccines has been predominantly pioneered in Chlamydomonas, these advances can readily be applied to alternative algal species that may be more suitable for large-scale vaccine production.

TABLE 1. Summary of algal-produced vaccines and significant findings.

Future Potential for Algal-Based Oral Recombinant Vaccines

From the research available to date, it is clear that algae can produce complex vaccine antigens, and that Chlamydomonas-produced antigens can elicit immunogenic responses that are appropriate for their intended roles as vaccines. It is also clear that identifying alternative mucosal adjuvants to complement these antigens is critical, whether for co-administration with algal-produced antigens or for incorporation into chimeric fusion proteins. It has been suggested that antigenic fusions with CTB, one of the preferred adjuvants, may interfere with the CTB subunit’s ability to form the pentameric structure essential for strong GM1 ganglioside binding (Sun et al., 2003). Many alternatives to CTB are under investigation for oral vaccination in other production platforms, including CpG-containing oligodeoxynucleotides, saponins, and subunits from heat-labile enterotoxin and ricin toxin (Pelosi et al., 2012). Future work should empirically explore many combinations of antigens, mucosal adjuvants, and even testing multiple linkers and potential translocation domains. As has been noted previously, expression, uptake, and antigenicity are all difficult to predict in the context of plant-produced oral vaccine antigens (Rybicki, 2009), so a high-throughput system like algae is extremely valuable for rapidly testing many versions of potential chimeric vaccine molecules. Furthermore, many antigens will require proper post-translational modifications such as glycosylation to be recognized properly more work needs to be done to increase expression levels from the nuclear genome, as glycosylation does not occur in the chloroplast.

It has been suggested that the first licensed plant-produced human vaccines likely will not be the first ones tested in humans, many of which targeted pathogens like Hepatitis B for which a relatively inexpensive vaccine already exists (Rybicki, 2009). Stepping stones along the way to human vaccines may include reagents for cheaper diagnostics and development of veterinary vaccines. Several human studies with plant-made vaccines have also indicated a role for oral boosting of an existing immune response conferred by traditional injectable vaccines (Mason and Herbst-Kralovetz, 2012). An algal-produced human vaccine production platform will likely come to fruition as an alternative for very expensive vaccines like HPV, or for novel vaccines against diseases for which no alternative currently exists (Martinez et al., 2012). The cost and logistical considerations of storage, delivery, and administration in resource-limited settings indicate that plant or algal production may be the only feasible option for large-scale inexpensive vaccination, and thus this avenue deserves increased attention from research funding agencies and investment from the pharmaceutical industry as well.


Genny himself believed that aluminium salts help by binding to the vaccine’s main ingredient, the part resembling the pathogen

To this day, the aluminium in vaccines is always in the form of salts. These include aluminium hydroxide (commonly used as an antacid to relieve indigestion and heartburn), aluminium phosphate (often used in dental cement) and potassium aluminium sulphate, which is sometimes found in baking powder.

Genny himself believed that aluminium salts help by binding to the vaccine’s main ingredient, the part resembling the pathogen, presenting it to the immune system more slowly. This might give the immune system longer to respond, and therefore lead to stronger immunity.

But this idea has gone out of fashion – and the truth has proven to be a lot more complicated.

One theory is that the toxicity of aluminium salts is, paradoxically, the reason they work. They lead distressed cells to release uric acid, which activates an immune reaction normally associated with damage. Immune cells flock to the site, and start producing antibodies – and voila, the vaccine has worked.

Another idea is that a receptor called “Nalp3” is likely to play a central role. For a 2008 study led by Richard Flavell from Yale University, Connecticut, mice which had been genetically engineered without it were injected with a vaccine containing aluminium. Their immune response was almost non-existent. However, when they tried a vaccine using a different adjuvant – one containing an emulsion of mineral oil – the animals produced antibodies as usual.

Aqualene, an oil made from shark livers, is is a key ingredient in one leading squalene (Credit: Wildstanimal/Getty Images)

This suggests that in ordinary mice (and humans), the aluminium in vaccines works by activating the Nalp3 receptor, which acts as a kind of danger switch alerting the rest of the immune system. Once the immune cavalry has arrived, they help to generate a stronger response and the vaccine has more of an impact.

In fact, though there are many different types of adjuvant, and many different potential mechanisms, this seems to be at the core of how they work – they attract the attention of the immune system, and this leads to a stronger memory of the pathogen the vaccine resembles.

Take squalene, an oil made from shark livers and a key ingredient in the adjuvant “MF59”. It’s already added to vaccines for the seasonal flu and is currently being investigated for use in vaccines against Covid-19. (This has caused some controversy, after reports that, if such a vaccine were mass produced so that the entire global population could receive a dose, around 250,000 endangered sharks would need to be slaughtered – however this estimate is up for debate.)


How Vaccines Have Changed Our World In One Graphic

The data in this graphic come from the web site of the Centers for Disease Control & Prevention, but a graphic designer in Purchase, N.Y., named Leon Farrant has created a graphic that drives home what the data mean.

Below is a look at the past morbidity (how many people became sick) of what were once very common infectious diseases, and the current morbidity in the U.S. There's no smallpox and no polio, almost no measles, dramatically less chickenpox (also known as varicella) and H. influenza (that's not flu, but a bacteria that can cause deadly meningitis.

This should drive home how effective the common childhood inoculations, made by Merck, Sanofi, GlaxoSmithKline, and Novartis, are. The pneumococcal vaccine, made by Pfizer, has resulted in dramatic drops in meningitis and pneumonia. When Bristol-Myers Squibb lost a patent case related to its hepatitis B drug the other week, investors shrugged, because children here are vaccinated against hepatitis B, so this isn't a big market. The pertussis (whooping cough) vaccine has been failing us, because immunity against it fades. But there's still a dramatic reduction in what was once a common disease.

You can see more of Farrant's work here.

vaccine infographic created by Leon Farrant

Aktualisieren: To be clear, these data represent data collected in 2007 on past incidence of these diseases. This was published here, in the Journal of the American Medical Association. The current data are annualized cases for 2010, per the link to the original data that I had included above.

More on vaccines:

I believe this is biology's century. I've covered science and medicine for Forbes from the Human Genome Project through Vioxx to the blossoming DNA technology changing

I believe this is biology's century. I've covered science and medicine for Forbes from the Human Genome Project through Vioxx to the blossoming DNA technology changing the world today. Email me, follow me on Twitter, circle me onGoogle Plus, or subscribe to my Facebook page.


Danksagung

We are very grateful to all the speakers and participants, both at the discussion meeting in central London and at the subsequent 2-day workshop in Chicheley Hall, for their presentations of novel, exciting results, their contribution to discussions and their input into the research agenda needed to tackle the biological challenges to effective vaccines in the developing world. Helen Eaton has been a wonderfully helpful editor and kept us on schedule. Finally, we would like to thank the team at the Royal Society for helping us put together the meeting, particularly Naomi Asantewa-Sechereh for her organizational wizardry.

Funding statement

We thank the Hooke Committee of the Royal Society for supporting the meeting and the Society itself for funding. We are grateful to the Bill and Melinda Gates Foundation for providing a bursary fund to support the participation of researchers from low- and middle-income countries who are studying vaccines.



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