Humoral immune response after COVID-19 vaccination
To determine vaccination success, testing for SARS-CoV-2 antibodies was performed in fully vaccinated individuals of the Bremen public service. Quantitative detection of spike AK showed a good response to COVID-19 vaccination in all study participants. Only a few participants did not reach a level of 250 U/ml as the manufacturer-specified upper quantifiable limit of quantification.
Although all individuals reported not having been previously infected with SARS-CoV-2, in one case antibodies to nucleocapsid antigen were detected in addition to the positive spike antibody result, indicating a seroprevalence of 0.97% for this study population.
Keywords: SARS-CoV-2 - seroprevalence - spike protein - nucleocapsid
ASU Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed 2019; 56: 574-575
Humorale Immunantwort nach COVID-19-Impfung
Zur Ermittlung des Impferfolges wurde bei vollständig geimpften Personen des bremischen öffentlichen Dienstes eine Testung auf SARS-CoV-2 Antikörper durchgeführt. Der quantitative Nachweis von Spike-AK zeigte bei allen Studienteilnehmern ein gutes Ansprechen auf die COVID-19-Impfung. Nur wenige Teilnehmende erreichten nicht einen Wert von 250 U/ml als herstellerseitig angegebene obere quantifizierbare Bestimmungsgrenze.
Obwohl alle Personen angaben, bisher noch nicht mit SARS-CoV-2-infiziert gewesen zu sein, konnte in einem Fall neben dem positiven Spike-Antikörper-Ergebnis auch Antikörper auf das Nucleocapsid-Antigen detektiert werden, so dass für dieses Studienkollektiv eine Seroprävalenz von 0,97% anzugeben ist.
Schlüsselwörter: SARS-CoV-2 – Seroprävalenz – Spikeprotein – Nukleokapsid
Einleitung
Die Impfkampagne gegen COVID-19 ist in Deutschland mittlerweile weit fortgeschritten und viele Beschäftigte des bremischen Öffentlichen Dienstes gelten als vollständig geimpft.
Unklar ist jedoch, wie lange der Impfschutz anhalten wird und ob alle Geimpften eine Immunantwort nach Impfung entwickeln. Gerade bei Personenkreisen, die vergleichsweise früh geimpft wurden, kamen aufgrund der geänderten STIKO-Empfehlungen vom 14.04.2021 heterologe Impfschemata zum Einsatz (Beschluss der STIKO zur 5. Aktualisierung der COVID-19-Impfempfehlung). So wurde nach der Erstgabe Vaxzevria® (Astra Zeneca) in der Regel ein mRNA-Impfstoff als Zweitimpfung verwendet.
Diese Studie dient der Ermittlung des Impferfolgs bei Beschäftigten im Öffentlichen Dienst Bremens und wurde nach einem positiven Votum der Ethik-Kommission der Ärztekammer Bremen (Vorlage-Nr.: 781) als monozentrische, nichtprospektive Beobachtungsstudie in das Deutsche Register klinischer Studien aufgenommen (DRKS-ID: DRKS00025567). Zu einem späteren Zeitpunkt ist eine weitere Erhebung geplant, um zeitabhängige Änderungen im Status der humoralen Immunantwort zu ermitteln.
Methode
Die freiwilligen Studienteilnehmenden (n=103) aus dem Öffentlichen Gesundheitsdienst sowie dem Bereich der Arbeitsmedizin des bremischen Öffentlichen Dienstes wurden vom 14.06. bis 29.06.2021 in die Studie aufgenommen. Als Einschlusskriterium galt eine abgeschlossene COVID-19-Impfung, die mindestens 14 Tage und nicht länger als drei Monate zurücklag. Von den Studienteilnehmenden hatten 13 Personen ein heterologes Impfschema (Vaxzevria® und mRNA-Impfstoff, Impfabstand 9 bis 12 Wochen) sowie 90 Personen ein homologes Impfschema erhalten. Letztere gliederten sich in Comirnaty® (Biontech/Pfizer;
88 Personen, Impfabstand 4 bis 10 Wochen) und Moderna (2 Personen, Impfabstand 7 Wochen). Homologe Impfschemata mit Vaxzevria® (Astra Zeneca) oder einer Einmalgabe mit dem Janssen-Covid-19-Impfstoff lagen nicht vor. Die Studienpopulation war überwiegend weiblich (88 %) und das mittlere Alter lag bei 48 Jahren (Altersspanne 23–65 Jahre).
Als Nachweismethode wurden zwei Testsysteme des Herstellers Roche verwendet, die Antikörper gegen das Nucleocapsid-Antigen und Antikörper gegen das Spike-Protein detektierten. Letztere konnten durch das Testsystem (Elecsys® Anti-SARS-CoV-2 S) im akkreditierten Labor quantitativ angegeben werden und waren in Anlehnung an den WHO-Standard kalibriert. Die klinische Sensitivität dieser Nachweismethode wird herstellerseitig mit 98,8 % (95%-KI: 98,1–99,3 %) und die klinische Spezifität mit 99,98 % (95%-KI: 99,91–100 %) angegeben. Zudem wird dem Elecsys®-Anti‑SARS‑CoV‑2-S-Test seitens Roche eine gute Übereinstimmung mit direkten und Surrogat-Virusneutralisationstests bescheinigt.
Die Leistungsdaten des qualitativen Antikörper-Testkits gegen das Nucleocapsid-Antigen (Elecsys® Anti-SARS-CoV-2) betrugen nach Herstellerangaben 99,5 % (95%-KI: 97,0–100 %) (klinische Sensitivität – ab Tag 14) sowie 99,5 % (95%-KI: 98,63–99,85 %; klinische Spezifität).
Ergebnis
Da bei allen Studienteilnehmenden IgG-Antikörper sowohl auf Spike- als auch auf Nucleocapsid-Antigen bestimmt wurden, konnte in den Ergebnissen zwischen Immunantwort auf eine Infektion (Spike- und Nucleocapsid-AK) sowie einer Immunantwort nach Impfung (Spike-AK) unterschieden werden.
Alle Studienteilnehmenden gaben an, bisher noch keine SARS-CoV-2-Infektion durchgemacht zu haben. Dennoch wurde bei einer Teilnehmerin neben dem positiven Spike-Antikörper-Ergebnis (> 250 U/ml) ein positiver Befund auf das Nucleocapsid-Antigen detektiert, so dass die Seroprävalenz in diesem Studienkollektiv mit 0,97 % anzugeben ist.
Alle Studienteilnehmenden entwickelten nach der Impfung unabhängig vom jeweiligen Impfabstand Antikörper gegen das Spike-Antigen, von denen 97 % die herstellerseitig angegebene obere quantifizierbare Bestimmungsgrenze (> 250 U/ml) erreichten. Auf eine Verdünnung zwecks weiterer Bestimmung des Wertes über 250 U/ml hinaus wurde verzichtet. Drei Personen erreichten nicht den maximal möglichen Wert, ihre Antikörper-Level waren leicht vermindert (207–247 U/ml). Gemeinsam ist diesen Personen, dass sie alle der älteren Gruppe (55–65 Jahre) zuzuordnen sind.
Einer der drei Fälle trat im heterologen Impfschema auf (1/13 Personen, Impfabstand 75 Tage), die beiden anderen waren homologen Impfschemata zuzuordnen (2/90 Personen, Impfabstand 35–38 Tage, jeweils Comirnaty® – Biontech/Pfizer).
Unterschiede aufgrund des Geschlechts sind wegen der geringen Studiengröße mit einem überproportionalen Frauenanteil nicht sicher auszumachen. Zwei der Fälle betrafen Männer (2/12), der Fall mit dem geringsten Antikörperwert betraf eine Frau (1/91).
Diskussion
Die dargestellten Ergebnisse zeigen ein gutes Ansprechen aller Studienteilnehmenden auf die COVID-19-Impfung mit Bildung von hohen Antikörpertitern. Aufgrund der vom Hersteller angegebenen hohen Korrelation der gemessenen Antikörper mit so genannten neutralisierenden Antikörpern ist somit von einem guten humoralen Immunschutz der Beschäftigten nach Impfung auszugehen.
Lediglich drei Personen zeigten Antikörperwerte, die unter dem maximal quantifizierbaren Abscheidewert lagen. Ursachen für diese niedrigeren Ergebnisse könnten in der individuellen Immunkompetenz der Personen liegen. Vorerkrankungen und bestehende immunsuppressive Therapien der Studienteilnehmenden wurden nicht erfragt und können damit an dieser Stelle nicht ausgeschlossen werden. Eine US-Kohortenstudie zeigt, dass medikamentöse Immunsuppression die Wirksamkeit einer Impfung gegen SARS-CoV-2 deutlich abschwächen kann (Boyarsky et al. 2021).
Andere Studiendaten zeigen, dass die Immunantwort nach einer mRNA-Impfung zwischen den Empfängern stark variiert, beispielsweise hatten ältere Männer im Vergleich zu jungen Frauen eine fast 50 % niedrigere anti-SARS-CoV-2 RBD-Gesamtantikörperantwort (Salvagno et al. 2021). Auch wenn die drei Fälle, in denen die quantitativ nachweisbare Obergrenze der Antikörperwerte nicht erreicht wurde alle der Gruppe der älteren Teilnehmenden zuzuordnen sind, kann unsere Studie hierzu keine Aussage machen.
Deutliche Unterschiede zwischen heterologen (Vaxzevria® und Comirnaty®) und homologen Impfschemata (zweifach mRNA-Impfstoff) sowie zwischen den jeweiligen dabei variierenden Impfabständen können nicht beschrieben werden. Beide Varianten scheinen in unserem Kollektiv mit einer guten Immunantwort einherzugehen.
Kritisch muss angemerkt werden, dass in dieser eher kleinen Studie eine exakte Bestimmung der quantitativen Antikörperwerte über 250 U/ml hinaus nicht erfolgte. Größere Unterschiede in den Antikörpertitern werden sich möglicherweise im längeren Intervall nach der Zweitimpfung ergeben, wenn die zweite Erhebung der Studiengruppe stattgefunden hat.
Überraschend ist die beobachtete geringe Seroprävalenz. Aufgrund des beruflich erhöhten Infektionsrisikos sowie der mittlerweile schon länger andauernden Pandemiesituation erscheint der errechnete Wert von 0,97 % relativ gering. Er liegt zum Beispiel deutlich unter den Ergebnissen des Robert Koch-Instituts, das in der „SeBluCo“ als größte deutsche SARS-CoV-2-Serostudie mit 115.085 Proben eine Prävalenz von ca. 14 % angab (Stand April 2021; Robert Koch-Institut 2021). Ob dieses den fachlichen Vorkenntnissen der Studienteilnehmenden mit einem besonders verantwortungsbewussten Verhalten im beruflichen Kontext sowie einem eher vorsichtigen privaten Umgang geschuldet ist oder auf andere Faktoren zurückgeht, kann nicht beantwortet werden.
Schlussfolgerung und Fazit
Eine Kontrolle der Immunität nach Impfung im betrieblichen Setting zeigte bei allen teilnehmenden Personen ein gutes Ansprechen auf die COVID-19-Impfung. Nur wenige Teilnehmende erreichten bei den anti-Spike-Antikörpern nicht einen Wert von mindestens 250 U/ml. Heterologe Impfschemata scheinen homologen Impfschemata dahingehend nicht nachzustehen, was jedoch in größeren Untersuchungen bestätigt werden muss.
Interessenkonflikt: Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte vorliegen.
Literatur
Boyarsky BJ, Werbel WA, Avery RK et al.: Immunogenicity of a single dose of SARS-CoV-2 messenger RNA vaccine in solid organ transplant recipients. JAMA 2021; 325: 1784–1786.
Robert Koch-Institut: Serologische Untersuchungen von Blutspenden auf Antikörper gegen SARS-CoV-2 (SeBluCo-Studie). 03.06.2021. https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Projekte_R…
Salvagno GL, Henry BM, di Piazza G, Pighi L, De Nitto S, Bragantini D, Gianfilippi GL, Lippi G: Anti-SARS-CoV-2 receptor-binding domain total antibodies response in seropositive and seronegative healthcare workers undergoing COVID-19 mRNA BNT162b2 vaccination. Diagnostics (Basel) 2021; 11: 832.
Kontakt
Dr. med. Jan Neumann, MaHM
Performa Nord, Zentrum für Gesunde Arbeit
Arbeitsmedizinischer Dienst
Bahnhofstraße 35
28195 Bremen
jan.neumann@performanord.bremen.de
Kernaussagen
eine nur geringe Seroprävalenz.
