Fortschritt bei Entwicklung von Gegengiften bei Schlangenbissen

„Es gibt derzeit eine Vielzahl von Ansätzen, um die Behandlung von Schlangenbissvergiftungen weiter zu verbessern. Schon heute stehen sogenannte polyvalente Gegengifte zur Verfügung, die nicht nur gegen das Gift einer einzelnen Schlangenart wirksam sind, Beispiele hierfür sind Inoserp Pan-Africa und Afriven. In der Praxis zeigt sich jedoch häufig, dass die Konzentration der enthaltenen Antikörper nicht ausreicht, um eine vollständig wirksame Therapie zu gewährleisten, oder dass sehr hohe Dosen erforderlich sind, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.“

„Eines dieser bestehenden Gegengifte (Inoserp) wurde in der Studie als Vergleich verwendet. Die Herstellung dieser Gegengifte ist allerdings äußerst aufwendig, und sie sind mit einem hohen Anaphylaxierisiko verbunden. Da es sich um Antikörper handelt, die aus dem Serum großer Säugetiere – meist Pferden oder Schafen – gewonnen werden, besteht ein hohes Risiko für allergische Reaktionen und eine Entstehung der sogenannten Serumkrankheit beim Menschen (Überreaktion des Immunsystems auf artfremde Proteine; Anm. der Red.).“

„Aus diesem Grund werden derzeit verschiedene Strategien verfolgt, um eine verträglichere, breit wirksame Therapie zu entwickeln, bei der Antikörpermoleküle kleiner, verträglicher und gleichzeitig kostengünstiger hergestellt werden können. Hierbei soll zukünftig auf Pferdeseren oder Schafseren verzichtet werden, und stattdessen zum Beispiel auf monoklonale Antikörper, die auf Bakterienkulturen wie E. coli gezüchtet werden können, zurückgegriffen werden. Dies würde die Massenproduktion deutlich günstiger und die Therapie verträglicher machen.“

„Meines Erachtens ist die Methodik solide und die Ergebnisse sollten problemlos reproduzierbar sein. Allerdings sind es immer noch grundwissenschaftliche Ergebnisse, die von der Anwendung im Menschen noch ein ganzes Stück entfernt sind.“

„Die Nanobodies haben im Gegensatz zu den klassischerweise verwendeten Antikörpern, die aus Pferden gewonnen werden, mehrere Vorteile. Zum einen können sie humanisiert hergestellt werden, sodass das Allergiepotenzial deutlich geringer ist. Zum anderen lassen sie sich wahrscheinlich deutlich günstiger herstellen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie deutlich wasserlöslicher sind, was eine höhere Gewebepenetration ermöglicht. Das heißt, sie können schneller ins Gewebe eindringen und können dort lokal wirken. Bei den Antikörpern, die wir im Moment haben, ist die Gewebepenetration relativ schlecht.“

„Allerdings haben die Nanobodies durch die hohe Wasserlöslichkeit eine kurze Halbwertszeit. Wenn die Schlange zum Beispiel in einen Muskel beißt, kann sich dort ein Depot an Gift anlagern, was nur langsam freigesetzt wird. Möglicherweise lässt die Wirkung der Nanobody-Therapie schon nach, während weiterhin Gift aus dem Depot austritt. Und das sieht man auch in dieser Studie an Mäusen: In manchen Fällen tritt der Effekt erst später ein. Dem kann entgegengesteuert werden, indem die Nanobodies wiederholt gegeben werden.“

„Der Ansatz ist spannend, auch weil es wirklich Schlangen trifft, wie die Elapidae – die Mambas und die Kobras –, bei denen die klassischen Gegengifte, die wir im Moment haben, selten so potent sind, dass sie in ausreichender Konzentration wirken können. Das ist bei diesen Schlangenarten ein ernsthaftes Problem.“

„Hier gibt es noch viele Herausforderungen. Wir sind immer noch im Mausmodell. Wir wissen zu wenig über das Verteilungsvolumen und die notwendige Dosis im Menschen. Im Rescue-Modell wurde der Maus das Gegengift fünf Minuten nach Gabe des Giftes injiziert (das Gegengift wird mit zeitlichem Abstand nach dem Gift gegeben, um eine realistische Behandlungssituation nachzuahmen, Anm. d. Redaktion). Das ist in der Realität bei Menschen nicht so. Da dauert es meist mehrere Stunden, bis das Gegengift injiziert werden kann. Und es gibt auch weiterhin das Problem, dass auch diese Medikamente intravenös gegeben werden müssen. Das bedeutet die Patienten müssen dafür in eine Klinik, die das Gegengift verabreichen kann.“

„Der nächste Schritt wäre der Test in größeren Tieren, um einen besseren Vergleich zum Menschen zu haben und zu prüfen, ob es ausreichend wirkt. Anschließend müssen die Phasen einer klinischen Prüfung im Menschen durchlaufen werden. Von Phase I, um die Verträglichkeit zu prüfen und die richtige Dosierung zu finden, bis mindestens Phase II. Phase-III-Studien sind immer sehr aufwendig, da man genügend Patienten braucht, die von den entsprechenden Schlangen gebissen worden. Und bei den klassischen Gegengiften ist es zudem häufig so, dass selbst wenn sie in Ostafrika gegen eine Schlange wirken, sie möglicherweise in Westafrika schlechter binden. Das wird bei den Nanobodies wahrscheinlich nicht der Fall sein, weil sie kreuzreaktiv über verschiedene Spezies sind. Da wird man auch erwarten, dass die Variation innerhalb einzelner Spezies abgedeckt werden.“

„Es gibt also durchaus Vorteile, die den Markt betreffen. Ein Produkt für ein begrenztes Gebiet, in dem eine Schlangenart vorkommt, ist kommerziell uninteressanter als ein Produkt, das für einen ganzen Kontinent hergestellt werden kann. Gegenstand der Studie sind die Elapidae, auf dem afrikanischen Kontinent sind dies vor allem Kobras und Mambas. Wenn das Gegengift also tatsächlich wirkt, wäre damit der gesamte Kontinent abgedeckt. Für Asien und Südamerika würde vermutlich ein anderes Gegengift benötigt.“

„Bei der Testung eines Gegengiftes erhalten die Menschen entweder das beste verfügbare Gegengift oder das neue experimentelle Produkt. Hierbei würde man die Studie so designen, dass man von einer gleichwertigen Wirksamkeit ausgehen kann.“

„Ein häufiges Problem besteht darin, dass Schlangenbisse überwiegend in ländlichen Gebieten passieren. Gerade in solchen Regionen ist es besonders schwierig, wissenschaftliche Studien durchzuführen. Zwar beginnen wir inzwischen, entsprechende Studien auch im ländlichen Afrika zu planen, und grundsätzlich ist das durchaus möglich, doch der organisatorische und logistische Aufwand ist enorm.“

„Hier gibt es immer noch zahlreiche Herausforderungen. Ein zentrales Problem besteht darin, dass wir bei vielen Schlangenarten noch wenig über die Variabilität ihrer Gifte wissen. Gerade deshalb ist der neue Ansatz so vielversprechend: Er zeigt, dass man möglicherweise unabhängig von dieser Variation arbeiten kann. In der Studie wurden acht verschiedene Nanobodies verwendet, mit denen sich die Gifte von 17 der 18 getesteten Spezies neutralisieren ließen. Wenn das so funktioniert, wäre zu erwarten, dass auch die Variation innerhalb einer Spezies keine Rolle spielt.“

„Bisher ist das Vorgehen ein anderes: Das Gift einer Schlangenart wird beispielsweise einem Pferd injiziert und dieses bildet Antikörper gegen das Schlangengift. Das Serum des Pferds wird verdünnt und aufgereinigt und die Antikörper dann dem Menschen verabreicht. Das Problem ist, dass das Gift einer Schlangenart auch innerhalb dieser Art variieren kann. Das Gegengift ist aber nur gegen die Population wirksam, mit der das Pferd ursprünglich immunisiert wurde, so dass dieser Ansatz eine sehr variable Wirksamkeit nach sich zieht. Der neue, auf Nanobodies basierende Ansatz hat dagegen den Vorteil, dass gezielt Antikörperfragmente identifiziert werden, die sehr breit wirksam zu sein scheinen, sodass diese Variationen keine Rolle mehr spielen und ein breit wirksames Gegengift entsteht.“

„Die erste große Herausforderung ist, ein Präparat zu entwickeln, das tatsächlich breit einsetzbar ist. Die zweite Hürde liegt darin, dass bislang kein Nanobody-basiertes Gegengift am Menschen getestet wurde. Es fehlen also klinische Studien im Menschen. Aus diesen wird sich dann ergeben, welche weiteren Hürden folgen.“

„Hinzu kommt die Implementation im Feld. Die logistische Versorgung, die Kosten der Produktion und die Verfügbarkeit der Mittel sind entscheidende Faktoren. Schlangenbissvergiftungen waren schon immer ein Bereich, in dem nur sehr begrenzte finanzielle Mittel zur Verfügung standen. Selbst wenn es gelingt, ein wirksames Produkt zu entwickeln, wird es kaum einen großen kommerziellen Anreiz geben, da die betroffenen Bevölkerungsgruppen in der Regel nicht über die finanziellen Ressourcen verfügen, um teure Behandlungen zu bezahlen. Wenn gleichzeitig die globalen Fördermittel für die Gesundheitsversorgung und zur Bekämpfung armutsassoziierter Erkrankungen weiter gekürzt werden, wird es kaum möglich sein, solche Präparate tatsächlich zu den Menschen zu bringen, die sie benötigen. Dann bleibt es bei wissenschaftlich spannenden Entwicklungen, die praktisch aber keine Wirkung entfalten. Wichtig ist daher, dass die Gesundheitssysteme in die Lage versetzt werden, solche Produkte zu beschaffen und bereitzustellen – und dass die Forschung in diesem Bereich auch dann weitergeführt wird, wenn kein großes kommerzielles Interesse besteht.“

„In einem vorangegangenen Paper von Glanville et al. [I] reicht die Kombination aus zwei Antikörpern – B03 und D09 – gegen die Familie der Giftnattern (Elapidae). Beim aktuellen Paper von Ahmadi et al. ist ein Cocktail von acht Antikörperfragmenten, den Nanobodies, gegen Giftnattern nötig. Je mehr Antikörper in einem Cocktail sind, desto schwieriger und aufwendiger ist die Entwicklung eines Therapeutikums. Trotzdem ist dieses Paper ein bedeutender Schritt für die Entwicklung eines rekombinanten universellen Therapeutikums gegen Giftnattern. Hier muss aber noch die Neutralisierung von Toxinen von weiteren Giftnattern analysiert werden.“

„Gifte von Schlangen – auch Venome genannt – enthalten viele unterschiedliche Komponenten beziehungsweise Toxine. Die Autoren haben jeweils ein Lama und ein Alpaka mit dem Gift von 18 Giftnattern immunisiert. Mit den B-Zellen – die Immunzellen, welche Antikörper produzieren – haben die Autoren eine Antikörper-Phagen-Display Bibliothek erstellt. Aus dieser Bibliothek haben sie dann Antikörperfragmente (Nanobodies) gegen drei relevante Toxine selektiert: die Drei-Finger-Toxine, Phospolipase A2 und Serin-Protease-Inhibitoren vom Kunitz-Typ.“

„Diese Nanobodies wurden weiter analysiert und am Ende in Mäusen getestet, um zu sehen, ob diese das Venom von 18, beziehungsweise 11 Giftnattern neutralisieren können. Dies wurde mit zwei Methoden durchgeführt: Beim ersten Ansatz wurde das Venom von 18 Giftnattern mit dem Nanobody-Cocktail gemischt und dann appliziert. Hier haben die Antikörper die Chance vorher die Toxine zu neutralisieren. Beim zweiten, dem therapeutischen, Ansatz wurde erst das Venom von elf Giftnattern und fünf Minuten später der Antikörper-Cocktail gespritzt. Diese Vorgehensweise bei Versuchen mit Toxinen ist etabliert.“

„Nanobodies bestehen nur aus der VH-Domäne eines Antikörpers (variable Region der schweren Kette eines Antikörpers, der Antigene erkennt, Variable Heavy Domain of Heavy Chain; Anm. d. Red.). Sie sind mit circa 12,5 Kilodalton sehr klein im Vergleich zu einem vollständigen Antikörper wie Immunglobulin G (IgG) (circa 150 Kilodalton). Nanobodies werden aus immunisierten Kamelen, Alpakas oder Lamas gewonnen.“

„Der Vorteil von Nanobodies ist, dass sie häufig auch in Bakterien (Escherichia coli) billig produziert werden können. IgGs hingegen müssen in Säugetierzellen teuer produziert werden. Der Nachteil hierbei ist die kurze Halbwertszeit im Blut, die nur wenige Stunden beträgt. IgGs haben eine Halbwertszeit von zwei bis drei Wochen. Bei einer akuten Vergiftung ist diese lange Halbwertszeit aber nicht unbedingt nötig. Komplette IgGs können den Vorteil haben, dass sie mit ihren zwei Armen Toxine vernetzen und somit für einen besseren Aufbau und eine bessere Entsorgung führen können. Sie können auch über den Fc-Teil (rezeptorbindende Domäne des Antikörpers; Anm. d. Red.) Effektorfunktionen auslösen, also mit dem Immunsystem kommunizieren.“

„Für die reine Neutralisierung eines Toxins reicht aber die Subdomäne des Antikörpers, ein VHH (Variable Heavy Domain of Heavy Chain; Anm. d. Red.).“

„Es gibt in der EU einen zugelassenen Nanobody für die Therapie der Autoimmunerkrankung erworbene thrombotisch-thrombozytopenische Purpura (aTTP): Caplacizumab.“

„Der nächste Schritt wäre die ,Good Manufacturing Praxis‘-Produktion (durch staatliche Behörden festgelegte Richtlinie, um Qualität von Produkten zu gewährleisten, GMP; Anm. d. Red.) der Antikörper und die präklinische Entwicklung der Moleküle. Darin werden verschiedene Aspekte geprüft, beispielsweise ob alle Nanobodies ausreichend produziert werden können, ob diese stabil sind, sie zufälligerweise an menschliches Gewebe binden oder unter Umständen toxisch sind. Später würde eine klinische Phase-I-Studie zur Prüfung der Sicherheit beim Menschen erfolgen. Was die regulatorischen Behörden für eine klinische Phase- II/III-Studie vorschlagen, darüber kann ich nur spekulieren.“

„Die größte Schwierigkeit ist die Finanzierung. Hierfür Pharmafirmen als Partner zu finden, könnte sich als schwierig herausstellen, da nicht viel Gewinn zu erwarten ist. Es wird eher mit einem Public-Private-Model funktionieren können.“