Neue In-silico-Studien zur schnelleren Entwicklung von Tuberkuloseimpfstoffen
An Tuberkulose (TBC), einer der weltweit tödlichsten Infektionskrankheiten, starben 2021 1,6 Millionen Menschen. Obwohl die meisten Tuberkulosefälle in Entwicklungsländern vermeldet werden, sind die Industrieländer keineswegs immun und mit der Zunahme multiresistenter (MDR) Tuberkuloseerreger wächst auch die Gefahr einer weltweiten Epidemie. Obwohl derzeit an einem Impfstoff geforscht wird, der die Immunabwehr gegen den Erreger stärkt, stagniert die Entwicklung aufgrund hoher Kosten und langer Testzeiten. Der gesamte Entwicklungsprozess könnte nun durch technologische Neuerungen beschleunigt werden. Dies hat sich das EU-finanzierte Projekt STriTuVaD vorgenommen. „Im Kampf gegen die tödliche Krankheit wollten wir mittels neuer Computersimulationen und virtueller Patienten die Entwicklung, Prüfung und Zulassung eines vielversprechenden Impfstoffs beschleunigen“, erklärt Epifanio Fichera, Projektmanager bei Etna Biotech, dem Hauptpartner des Projekts. Die prospektive Validierung der Computermodelle erfolgt im Rahmen des Projekts parallel zu den doppelblinden, randomisierten klinischen Phase-IIb-Studien zum Impfstoff RUTI®, einem der modernsten therapeutischen Impfstoffe gegen mehrere Formen der Tuberkulose.
Einsatz von In-Silico-Studien
Bislang sind für die Entwicklung eines Impfstoffs mehrere klinische Studien erforderlich, um Sicherheit und Wirksamkeit zu bestätigen, was Jahre dauern und Millionen kosten kann. „Mit In-silico- bzw. computergestützten Studien könnte die Effizienz eines Impfstoffs hingegen in virtueller Umgebung simuliert werden, sodass erfolgversprechende Impfstoffkandidaten bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess identifiziert werden können“, so Fichera. Beim Aufbau seiner In-silico-Studie arbeitete das Projekt zunächst mit dem bereits vorhandenen Modellierungsrahmen Universal Immune System Simulator (UISS), der die Dynamik des menschlichen Immunsystems in großem Maßstab repliziert. Unterstützt von Fachleuten der Tuberkulose-Impfstoff-Initiative, TBVI und allen anderen Projektpartnern erweiterten Forschende der Universität Catania nun das UISS-Modell, um die Interaktion zwischen Tuberkuloseerreger und Immunsystem zu simulieren. Mit dieser erweiterten Plattform kann nicht nur die durch Impfung und Tuberkulosemedikamente erzeugte künstliche Immunität simuliert werden, sondern auch eine Bibliothek mit virtuellen Probanden und virtuellen geimpften Patienten erstellt werden. Parallel hierzu entwickelten Forschende der Universität Sheffield ein Bayesianisches Modell, das die Daten dieser virtuellen Patienten mit denen realer Patienten kombiniert. Durch Integration der Daten in die Plattform STriTuVaD lässt sich der Effekt einer Langzeitkombinationstherapie vorhersagen.
Vielversprechende erste Ergebnisse
Nachdem Archivel Farma die Herstellung und Prüfung einer klinischen Charge seines RUTI®-Impfstoffs abgeschlossen hatte, wurde die STriTuVaD-Plattform getestet. Während AIIMS die klinische Phase-IIb-Studie durchführte, reproduzierte die Universität Catania die Daten virtuell und testete die Wirkung des Impfstoffs gegen behandlungssensitive (drug-sensitive, DS) und multiresistente TBC-Erreger. Schwerpunkt für die Universität Bologna waren wiederum regulatorische Aspekte im Zusammenhang mit der In-silico-Strategie. Bei der DS-TBC-Kohorte wurden keine schwerwiegenden unerwünschten Ereignisse beim Einsatz des Impfstoffs beobachtet, während die Ergebnisse der MDR-TBC-Studie noch ausstehen. Die Daten der Wirksamkeitsstudie sollen in Kürze veröffentlicht werden. Basierend auf diesen vielversprechenden ersten Ergebnissen sowie der Verifizierung und Validierung wird die STriTuVaD-in-silico-Testplattform im SaaS-Format (Software-as-a-Service) bereitgestellt. „Mit der Veröffentlichung der STriTuVaD-in-silico-Studienplattform zur Vorhersage der Wirksamkeit von TBC-Impfstoffen könnte die Impfstoffentwicklung bahnbrechende Fortschritte machen“, schließt Fichera, „was ein spannender und wichtiger Beitrag im Kampf gegen Tuberkulose und andere durch Impfungen vermeidbare Krankheiten sein dürfte.“
Schlüsselbegriffe
STriTuVaD, In-Silico-Studien, Tuberkulose, Tuberkulose-Impfstoff, Impfstoff, Tuberkulose, Krankheit