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Covid-19: Was braucht es, um die Welt zu impfen?

Lieferengpässe und eine spezielle Produktion erschweren eine globale Impfstrategie. Was ist nötig, damit Covid-Impfstoffe weltweit gerecht verteilt werden? Hilft es etwa, geistige Eigentumsrechte aufzuheben? Eine FAQ
Nach jetziger Kenntnis wird AstraZeneca wohl weniger AZD1222 an die EU liefern als zunächst vereinbart. Laden...

Innerhalb weniger Monate haben Pharmafirmen hunderte Millionen Dosen an Covid-19-Impfstoff produziert. Doch die Welt braucht Milliarden – und zwar so schnell wie möglich. Nach Angaben der Unternehmen ist es ihnen möglich, bis Ende 2021 genug Impfstoffe herzustellen, um den Großteil der Weltbevölkerung zu immunisieren. Dabei ist allerdings die politische Beeinflussung bei der Verteilung nicht berücksichtigt, etwa wenn Länder Exportkontrollen einführen – oder dass die überwältigende Mehrheit der Dosen in reichere Länder geht.

Angesichts dieser Situation ist eine Kampagne entstanden mit der Forderung auf den vorübergehenden Verzicht auf geistige Eigentumsrechte, damit Hersteller in ärmeren Ländern die Impfstoffe selbst herstellen können. Was braucht es sonst, um die Welt zu impfen? Die fünf wichtigsten Fragen zur Vergrößerung der Impfstoffproduktion.

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Wie viel Impfstoff kann weltweit produziert werden?

Wie viele andere Industriezweige gibt auch die Pharmaindustrie ihre Produktionskapazitäten nicht preis, sagt Rasmus Bech Hansen, Geschäftsführer von Airfinity, einem in London ansässigen Analyseunternehmen, das Daten über die Branche zusammenstellt. Aber das Impfstoffwachstum werde in den kommenden Monaten wahrscheinlich »exponentiell« sein.

Nach Angaben von Airfinity wurden bis Anfang März rund 413 Millionen Covid-19-Impfdosen produziert. Das Unternehmen geht davon aus, dass diese Zahl bis Ende 2021 auf 9,5 Milliarden Dosen ansteigen wird. Eine größere Zahl wurde im März 2021 in einer Analyse des Global Health Innovation Center an der Duke University in Durham, North Carolina, veröffentlicht. Die Forscher des Zentrums betrachteten öffentlich bekannt gegebene Prognosen von Impfstoffherstellern, die sich auf rund zwölf Milliarden Dosen bis zum Ende des Jahres summieren.

»Die Lieferketten könnten zusammenbrechen, und Länder könnten damit drohen, Impfstoffexporte zu blockieren«
(Andrea Taylor, Gesundheitsforscherin)

Die Leiterin der Studie an der Duke University, Andrea Taylor, fürchtet jedoch, diese Zahlen könnten womöglich erst Ende 2022 erreicht werden. »Die Lieferketten könnten zusammenbrechen, und Länder könnten damit drohen, Impfstoffexporte zu blockieren«, sagt sie – und das ist sogar bereits geschehen: Indien und die Europäische Union haben Beschränkungen für Impfstoffexporte angekündigt.

Um den Impfstoff herzustellen, braucht es bis zu 200 Einzelkomponenten, die oft in verschiedenen Ländern hergestellt werden. Dazu gehören Glasfläschchen, Filter, Harz, Schläuche und Einwegbeutel. »Wenn ein entscheidendes Teil ausfällt, kann das den gesamten Prozess stören«, sagte Richard Hatchett, Geschäftsführer der Coalition for Epidemic Preparedness Innovations, einer Nichtregierungsorganisation mit Sitz in Oslo, bei einem Gipfeltreffen von Herstellern und politischen Entscheidungsträgern Anfang März.

Martin Friede, Leiter der Impfstoffentwicklung bei der Weltgesundheitsorganisation (WHO) in Genf, Schweiz, ist jedoch zuversichtlicher, dass zumindest ein potenzieller Engpass vermieden werden kann: der Prozess des Abfüllens der Impfstoffsubstanz in Fläschchen (bekannt als »fill and finish«). Viele Firmen, die injizierbare Medikamente herstellen, können bei der Befüllung der Fläschchen helfen. Laut Friede hat die WHO eine Liste von mehreren hundert Einrichtungen weltweit erstellt, die derzeit Insulin, monoklonale Antikörper oder injizierbare Antibiotika abfüllen. Die WHO startet außerdem einen Matchmaking-Service, um diese Produzenten mit Impfstofffirmen zusammenzubringen, fügt Friede hinzu.

Staaten, die ein hohes oder mittleres Einkommen haben, konnten sich einen Großteil der bislang verfügbaren Impfstoffdosen sichern, wie die Grafik zeigt.Laden...

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Können Unternehmen nicht zusammenarbeiten, um Impfstoffe schneller herzustellen?

Das tun sie bereits. Firmen, die normalerweise miteinander konkurrieren würden, arbeiten zusammen, um das Tempo zu erhöhen. In einer Kooperation stellt Merck Impfstoffe für seinen Rivalen Johnson & Johnson her. In einem anderen Fall stellen GSK und Novartis 100 Millionen beziehungsweise 250 Millionen Dosen eines Impfstoffs für Curevac her. Ein solches Maß an Zusammenarbeit von multinationalen Konzernen ist beispiellos.

Darüber hinaus gibt es viele Fill-and-finish-Deals. Zum Beispiel hat Sanofi einen Vertrag mit Biontech, um die späte Herstellung von 125 Millionen Dosen des Impfstoffs zu übernehmen, der von Biontech mit Pfizer entwickelt wurde. Sanofi hat auch einen Vertrag über die Abfüllung und Verpackung von Millionen von Dosen dieses Impfstoffs.

Aber die größten Produktionsverträge wurden von AstraZeneca für den Impfstoff ausgehandelt, den es zusammen mit der University of Oxford entwickelt hat. Das Unternehmen hat Produktionskapazitäten für 2,9 Milliarden Impfstoffdosen an 25 Firmen in 15 Ländern vergeben. Das größte Partnerschaftsabkommen besteht mit dem Serum Institute of India in Pune, das im Juni 2020 die Produktion von einer Milliarde Dosen des AstraZeneca-Impfstoffs zugesagt hat. Das Serum Institute, der weltweit größte Hersteller von Impfstoffkomponenten, erklärte sich im vergangenen August ebenfalls bereit, mindestens eine Milliarde Dosen eines von Novavax entwickelten Impfstoffs herzustellen.

Zu den Firmen, die sich für die Herstellung von Impfstoffen verpflichtet haben, gehört auch das südafrikanische Unternehmen Aspen Pharmaceuticals, das den Impfstoff von Johnson & Johnson herstellen sowie abfüllen und veredeln wird.

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Warum stellt die Welt nicht mehr Impfstoffe her?

Es gibt drei Haupttypen von Covid-19-Impfstoffen: virale Vektoren, ganze Viren und Boten-RNA (mRNA). mRNA-Impfstoffe bestehen aus Strängen genetischen Materials, die für ein Protein auf dem Virus codieren, das eine Immunreaktion hervorruft. Bis Anfang März wurden rund 179 Millionen Dosen produziert, was 43 Prozent der Gesamtmenge entspricht. Im Gegensatz dazu waren 35 Prozent der Impfstoffe ganze Viren und 22 Prozent virale Vektoren, so die Daten von Airfinity.

Könnten andere Unternehmen mitmachen, um mehr zu produzieren? Die Herstellung von mRNA-Impfstoffen ist einfach, aber die Skalierung ist knifflig, sagt Zoltán Kis, Chemieingenieur am Future Vaccine Manufacturing Hub am Imperial College London. Da das Verfahren so neu sei, gebe es einen Mangel an geschultem Personal. »Es ist sehr schwer, Leute zu finden, die ausgebildet und auch gut darin sind.«

Wie tödlich ist das Coronavirus? Was ist über die Fälle in Deutschland bekannt? Wie kann ich mich vor Sars-CoV-2 schützen? Diese Fragen und mehr beantworten wir in unserer FAQ. Mehr zum Thema lesen Sie auf unserer Schwerpunktseite »Ein neues Coronavirus verändert die Welt«. Die weltweite Berichterstattung von »Scientific American«, »Spektrum der Wissenschaft« und anderen internationalen Ausgaben haben wir zudem auf einer Seite zusammengefasst.

Der größte Engpass bei der Herstellung von mRNA-Impfstoffen ist jedoch der weltweite Mangel an wichtigen Komponenten, insbesondere an Nukleotiden, Enzymen und Lipiden. Diese werden nicht nur von wenigen Unternehmen hergestellt, sondern diese sind auch zu langsam, ihre Herstellung zu lizenzieren, damit andere dies tun können. Zum Beispiel benötigt jeder RNA-Strang eine »Kappe«, die verhindert, dass der menschliche Körper ihn als Fremdmaterial abstößt. Das ist Kis zufolge die teuerste Komponente, und die geistigen Eigentumsrechte für ein beliebtes Kappendesign liegen bei einer Firma: TriLink Biotechnologies mit Sitz in San Diego, Kalifornien. Zudem hält eine kleine Anzahl von Unternehmen die Rechte an einem der vier Lipid-Nanopartikel, die eine Art Käfig um die RNA bilden, fügt Kis hinzu.

Allerdings weiten die Hersteller der Komponenten ihre Produktion jetzt aus. TriLink zum Beispiel hat neue Anlagen in Kalifornien gebaut. Und das Darmstädter Unternehmen Merck erweitert seine Lipidlieferungen an Biontech, den Kooperationspartner von Pfizer. Zu Beginn der Pandemie wurde schnell in die Forschung und Entwicklung von Impfstoffen investiert; der Skalierung der Komponenten wurde weniger Aufmerksamkeit geschenkt, sagt Drew Weissman, ein RNA-Biologe an der University of Pennsylvania in Philadelphia. Weissmans Forschung legte den Grundstein für die mRNA-Impfstoffe, die sowohl von Pfizer-Biontech als auch von Moderna entwickelt wurden.

»Vielleicht hätten die Regierungen ihre Autorität nutzen können, um die Chemieunternehmen dazu zu bringen, mehr Rohstoffe zu produzieren, aber das ist viel verlangt, wenn das Medikament noch nicht einmal zugelassen ist«
(Drew Weissmann, RNA-Biologe)

»Im Februar 2020 dachten Pfizer und Moderna bereits darüber nach, wie sie mehr Impfstoff herstellen könnten. Sie fingen an, GMP-Firmen [good manufacturing practice] zu kaufen«, sagt Weissman. Das sind Firmen, die schon die zahlreichen strengen Anforderungen für die Herstellung sicherer Lebensmittel, Medikamente oder medizinischer Geräte erfüllen. »Sie begannen, andere Firmen zu pachten, doch sie hatten keine Kontrolle über die Rohstoffe. Vielleicht hätten die Regierungen ihre Autorität nutzen können, um die Chemieunternehmen dazu zu bringen, mehr Rohstoffe zu produzieren, aber das ist viel verlangt, wenn das Medikament noch nicht einmal zugelassen ist.«

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Inwieweit verlangsamt der Schutz des geistigen Eigentums den Zugang zu Covid-19-Impfstoffen?

Um 70 Prozent der Weltbevölkerung zu impfen, werden etwa elf Milliarden Dosen benötigt – mit der Annahme, dass pro Person zwei Dosen verabreicht werden. 70 Prozent ist der Anteil der Bevölkerung, der laut Epidemiologen immun sein muss, um eine Herdenimmunität zu erreichen. Laut Forschern des Global Health Innovation Center haben Länder mit hohem und mittlerem Einkommen, die ein Fünftel der Weltbevölkerung repräsentieren, etwa sechs Milliarden Dosen gekauft; Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen, die vier Fünftel der Bevölkerung repräsentieren, jedoch nur etwa 2,6 Milliarden. Darin enthalten sind 1,1 Milliarden Dosen für COVAX, ein Programm, bei dem sich internationale Geldgeber verpflichtet haben, ein Fünftel der Weltbevölkerung zu impfen. Nach diesem Maßstab, so die Forscher, könnte es zwei oder mehr Jahre dauern, bis die Menschen in den einkommensschwächsten Gruppen geimpft sind.

Deshalb gehören Indien und Südafrika zu den Ländern, die sich in einer Kampagne dafür einsetzen, dass Covid-19-bezogene geistige Eigentumsrechte vorübergehend außer Kraft gesetzt werden, um die Produktion massiv erhöhen zu können. Im Oktober 2020 beantragten die beiden Länder bei der Welthandelsorganisation (WTO), dass bestimmte geistige Eigentumsrechte an Covid-19-Medizinprodukten und -Technologien vorübergehend ausgesetzt werden, bis die Herdenimmunität erreicht ist. Der Vorschlag wird mittlerweile von rund 100 Ländern und einer breiten Koalition von Organisationen unterstützt, die sich People's Vaccine Alliance nennt und zu der auch die HIV/Aids-Behörde der Vereinten Nationen UNAIDS und die Menschenrechtsorganisation Amnesty International gehören. Der Antrag wurde bei einem WTO-Treffen am 10. und 11. März diskutiert, im April sollen die Gespräche fortgesetzt werden.

»Wir können die schmerzhaften Lektionen aus den frühen Jahren der Aids-Bekämpfung nicht wiederholen. Damals wurden Menschen in wohlhabenderen Ländern wieder gesund, während Millionen von Menschen in Entwicklungsländern zurückblieben«
(Winnie Byanyima, geschäftsführende Direktorin von UNAIDS)

Die Ausnahmeregelung würde es Regierungen und Herstellern ermöglichen, mehr Impfstoff zu organisieren. Ohne einen temporären Verzicht auf geistige Eigentumsrechte, so die Befürworter, werden die ärmeren Länder von der Wohltätigkeit der reicheren Länder und deren Pharmaindustrie abhängig bleiben. Laut John Nkengasong, einem Virologen, der die Africa Centres for Disease Control and Prevention leitet, resultiert die Kampagne für den Verzicht auf geistige Eigentumsrechte auch aus der Erfahrung der Aids-Epidemie. In den 1990er Jahren waren Medikamente zur Behandlung von HIV entwickelt worden und in Ländern mit hohem Einkommen verfügbar, obwohl die meisten Fälle von HIV und Todesfälle in Afrika auftraten. Damals wie heute dauerte es viele Jahre, bis Aids-Medikamente in Afrika ankamen, sagt er.

»Wir können die schmerzhaften Lektionen aus den frühen Jahren der Aids-Bekämpfung nicht wiederholen. Damals wurden Menschen in wohlhabenderen Ländern wieder gesund, während Millionen von Menschen in Entwicklungsländern zurückblieben«, sagte Winnie Byanyima, geschäftsführende Direktorin von UNAIDS im März. Aber der indisch-südafrikanische Vorschlag wird von der Europäischen Union, den Vereinigten Staaten, Großbritannien und den meisten der größeren Pharmafirmen abgelehnt. Aus ihrer Sicht ist ein Verzicht auf geistige Eigentumsrechte für Covid-19-Impfstoffe unnötig und sogar kontraproduktiv.

Jerome Kim, Generaldirektor des International Vaccine Institute in Seoul, sagt: »Das Problem bei Impfstoffen ist, dass man anders als bei einem Medikament nicht einfach die Anweisungen befolgen und annehmen kann, dass man einen Impfstoff hat. Es handelt sich um einen komplexen biologischen Prozess, der mehrere Schritte der Qualitätskontrolle umfasst.« Vor allem die RNA-Technologie sei nicht so einfach umzusetzen. Dazu kommt, dass zumindest bei mRNA-Impfstoffen die Rechte am geistigen Eigentum auf viele Unternehmen verstreut sind. Die Verhandlungen mit allen Beteiligten würden wahrscheinlich ein Jahr dauern, sagt Kim. »Würden wir dadurch tatsächlich schneller zu einem Impfstoff kommen? Oder würden Sie nur von einer Firma verlangen, etwas aufzugeben, das am Ende keinen Einfluss auf die globale Gesundheit hat?«

»Wir haben Partnerschaften unter Konkurrenten gesehen, die ich noch vor einem halben Jahr nicht für möglich gehalten hätte«
(Martin Friede, Leiter der Impfstoffentwicklung bei der WHO)

Stattdessen schlägt Kim vor, dass Unternehmen ihre geistigen Eigentumsrechte an Dritte lizenzieren. Ein solcher »Technologietransfer« wird den Prozess beschleunigen, weil mehr Unternehmen die Dinge herstellen werden. Dies geschieht bereits, wie er betont. »Ich denke, der Technologietransfer ist eines der bemerkenswertesten Merkmale dieser Pandemie«, sagt Kim. Friede stimmt ihm zu: »Wir haben Partnerschaften unter Konkurrenten gesehen, die ich noch vor einem halben Jahr nicht für möglich gehalten hätte.«

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Welche anderen Arten des Technologietransfers könnten die Produktion von Impfstoffen beschleunigen?

Die WHO befürwortet einen so genannten »koordinierten Technologietransfer«, bei dem Universitäten und Hersteller ihre Impfstoffe über einen von der WHO koordinierten globalen Mechanismus an andere Unternehmen lizenzieren, die auch die Ausbildung der Mitarbeiter der Empfängerunternehmen erleichtern und Investitionen in die Infrastruktur koordinieren würden. Dieser Ansatz sei kohärenter und transparenter als einmalige Technologietransferabkommen wie das zwischen AstraZeneca und dem Serum Institute.

Einen anderen Ansatz verfolgt die University of Pennsylvania, die genügend geistige Eigentumsrechte an mRNA-Impfstoffen besitzt, um diese selbst herzustellen, nun aber der Chulalongkorn University in Bangkok bei der Entwicklung einer Anlage zur Impfstoffherstellung hilft. »Wenn man sich die Einführung der Impfstoffe im Moment ansieht, wird es zwei Jahre dauern, bis Thailand und andere Länder mit niedrigerem Einkommen ihre Bevölkerung impfen können«, sagt Weissman, der an dem Projekt mitarbeitet. Die Regierung des Landes wollte nicht so lange warten: »Sie haben das Geld aufgebracht, damit sie bis Ende dieses Jahres bereit sind, ihre Leute zu impfen.«

Langfristig, so argumentiert Friede, braucht jede Region eine Einrichtung, die über das gesamte Produktions-Knowhow verfügt und Impfstoffe herstellen kann. Am eklatantesten ist die Lücke in Afrika. Dieser Kontinent importiert 99 Prozent seiner Impfstoffe, sagt Nkengasong. Dort gibt es nur drei große Impfstoffhersteller. »Kann ein Kontinent mit 1,2 Milliarden Einwohnern – in 30 Jahren werden es 2,4 Milliarden sein, jeder vierte Mensch auf der Welt wird Afrikaner sein – langfristig 99 Prozent seiner Impfstoffe importieren?«

Messenger RNA: Die Wissenschaft der Geschwindigkeit

Messenger-RNA(mRNA)-Impfstoffe werden bei dieser Pandemie zum ersten Mal eingesetzt. Laut Zoltán Kis, einem Chemieingenieur am Future Vaccine Manufacturing Hub am Imperial College London, gibt es im Wesentlichen drei Gründe, warum mRNA-Impfstoffe einfacher herzustellen sind als konventionelle Impfstoffe: Die mRNA-Technologie benötigt keine lebenden Zellen, es sind weniger Substanzen beteiligt, und der Prozess erfordert kleinere Volumina.

Es kann zwei Tage dauern, eine Charge in einem 30-Liter-Reaktor herzustellen (man geht derzeit davon aus, dass dies die größte machbare Größe ist), wobei die Qualitätskontrolle die benötigte Zeit noch verlängern könnte. Am Anfang steht ein zweistündiger Prozess, in dem eine lange RNA-Kette hergestellt wird. Dazu benötigt man eine DNA-Vorlage, vier verschiedene Nukleotide und ein Enzym, das die Nukleotide in der richtigen Reihenfolge miteinander verbindet.

Sobald das passiert ist, wird ein weiteres Enzym hinzugefügt, um die DNA-Vorlage abzubauen, was etwa 15 Minuten dauert. Dann folgt die Aufreinigung – auch das ist relativ einfach, da die mRNA das größte Molekül in der Mischung ist und es keine lebenden Zellen oder Zelltrümmer zu entfernen gibt. Der nächste Schritt ist die Stabilisierung der RNA durch Verkapselung in Lipid-Nanopartikeln. Indem die RNA und die Nanopartikel zusammengeschüttet werden, lagern sich Letztere selbst um Erstere herum an, ein Prozess, der etwa einen Tag dauert.

Anschließend werden Glasfläschchen mit der Impfstoffsubstanz befüllt. Eine Abfüllanlage kann etwa 400 Fläschchen pro Minute befüllen, etwa 126 Millionen Fläschchen pro Jahr.

Die technische Herausforderung besteht vor allem darin, die extrem empfindliche RNA vor dem Abbau zu bewahren. Selbst wenn sie einmal im Inneren der Lipidblasen geschützt ist, sind sehr niedrige Temperaturen nötig, um sie intakt zu halten. »Es ist eine Herausforderung, aber wenn man erst einmal die Leute hat, die wissen, wie man das macht, ist es eher ein Standardverfahren«, sagt Kis.

Deshalb erwägen Arzneimittelhersteller, die noch nie Impfstoffe hergestellt haben, jetzt den Einstieg in die mRNA-Produktion, und das könnte die Produktionskapazitäten entscheidend verändern, sagt Martin Friede, Leiter der Impfstoffentwicklung bei der Weltgesundheitsorganisation in Genf, Schweiz. »Manche Leute wissen gar nicht, auf was für einem Schatz sie sitzen«, fügt er hinzu.

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