Die Rolle der Basophilen- oder Komplementaktivierung bei der Induktion von Überempfindlichkeitsreaktionen auf COVID-19 Impfstoffe
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Philipps-Universität Marburg
Abstract
Nach der Einführung der mRNA-basierten COVID-19 Impfstoffe BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) und mRNA-1273 (Moderna), bei denen Polyethylenglykol (PEG)-konjugierte Lipidnanopartikel zur Verkapselung der mRNA verwendet werden, wurden Fälle von postvakzinaler Anaphylaxie berichtet. Dies führte zu Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Impfstoffe. Da allergische Reaktionen auf die in den Impfstoffen enthaltene mRNA selbst unwahrscheinlich sind, wurde das konjugierte PEG als der wahrscheinlichste Zusatzstoff in den Impfstoffen mit allergenem Potenzial angesehen.
Im Gegensatz zu den mRNA-basierten Impfstoffen enthalten die vektorbasierten COVID-19 Impfstoffe ChAdOx1 (AstraZeneca) und Ad.26.COV2.S (Johnson&Johnson/Janssen) kein PEG. Allerdings wurde bereits über allergische Reaktionen berichtet, die auf den zu PEG strukturell verwandten Zusatzstoff dieser Impftsoffe, Polysorbat 80, zurückzuführen sind.
Die Mechanismen, die Hypersensitivitätsreaktionen gegenüber den verschiedenen COVID-19 Impfstoffen auslösen, sind bis heute unklar. Diskutiert werden sowohl IgE-vermittelte als auch nicht-IgE-vermittelte Reaktionen, einschließlich einer Aktivierung des Komplementsystems, die als „complement activation related pseudoallergy“ (CARPA) bezeichnet wird.
Ziel dieser Studie war es, a) das allergene Potential sowohl der COVID-19 Impfstoffe selbst als auch ihrer Zusatzstoffe zu analysieren und b) die Rolle individueller Faktoren (z.B. Anaphylaxie oder allergische Rhinitis/Asthma in der Anamnese) für die Wahrscheinlichkeit impfstoffinduzierter allergischer Reaktionen zu evaluieren.
Insgesamt wurden 67 Probanden rekrutiert und Hauttests mit den vier COVID-19 Impfstoffen sowie mit PEG und Polysorbat 80 durchgeführt. Zusätzlich wurde die Basophilen- und/oder Komplementaktivierung analysiert und zwischen positiven (n=15) und negativen (n=52) Hauttestpersonen verglichen. Es konnten vier Personen mit positiven Hauttestergebnisse und Basophilenaktivierung identifiziert werden, was auf eine IgE-abhängige Reaktion gegenüber PEG und PEG-haltigen Produkten hindeuten könnte. Darüber hinaus zeigten 24 % der getesteten Proben (8/34) eine Aktivierung des Komplementsystems nach Inkubation mit mindestens einem der COVID-19 Impfstoffe, wobei in vier Fällen positive Hauttestergebnisse vorlagen.
Zusammenfassend beleuchten die Ergebnisse dieser Studie einen wichtigen Aspekt der COVID-19 Impfung: Trotz einiger Probanden mit allergischen Reaktionen in der Anamnese und positiven Hauttests zeigte die überwiegende Mehrheit nach Exposition mit COVID-19 Impfstoffen in vitro keine erhöhte Komplement- oder Basophilenaktivität. Diese Ergebnisse unterstreichen die allgemeine Sicherheit der Impfstoffe und deuten darauf hin, dass das Risiko schwerer Überempfindlichkeitsreaktionen relativ gering ist. Gleichzeitig ebnen sie den Weg für zukünftige Forschung zur weiteren Optimierung der Sicherheit und Verträglichkeit von Impfstoffen.
Following the introduction of mRNA-based COVID19 vaccines BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) and mRNA-1273 (Moderna), which utilize polyethylene glycol (PEG)-conjugated lipid nanoparticles to encapsulate mRNA, incidents of post-vaccination anaphylaxis were reported, leading to concerns over the vaccines' safety. As allergic reactions to the mRNA are unlikely, conjugated PEG was considered the most likely excipient with allergenic potential. In contrast, the vector-based COVID-19 vaccines ChAdOx1 (AstraZeneca) and Ad.26.COV2.S (Johnson&Johnson/Janssen) do not contain PEG. However, allergic reactions were reported as well, likely due to the structurally related excipient polysorbate 80.
The mechanisms triggering these hypersensitivities to the different COVID-19 vaccines are still unclear. Both IgE-mediated and non-IgE-mediated reactions, including activation of the complement system, referred to as complement activation-related pseudoallergy (CARPA), have been considered. This research project aimed to: a) analyse the allergenic potential of both the COVID-19 vaccines and their excipients, and b) assess the role of individual factors (e.g. history of anaphylaxis or allergic rhinitis/asthma) on the likelihood of developing vaccine-induced allergic reactions.
The study enrolled 67 subjects and skin tests were conducted using the four COVID-19 vaccines, as well as PEG and polysorbate 80. Furthermore, basophil and/or complement activation was analysed and compared between skin test-positive (n=15) and -negative (n=52) patients. Only four individuals with positive skin test results and basophil activation were identified, suggesting an IgE-dependent response to PEG and PEG-containing products. In addition, 24 % of the samples tested (8/34) showed an activation of the complement system activation post incubation with at least one of the COVID-19 vaccines, with four cases revealing positive skin test results.
In conclusion, the findings of this study illuminate a crucial aspect of COVID-19 vaccination: despite some subjects having a history of allergic reactions and positive skin tests, the vast majority did not exhibit increased complement or basophil activity in vitro after exposure to COVID-19 vaccines. These findings highlight the overall safety of the vaccines and suggests that the risk of severe hypersensitivity reactions is relatively low. The results could pave the way for future research to further optimize vaccine safety and tolerability.
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