Was sind Human Challenge Studien? Bedeutung, Definition, Erklärung

Human-Challenge-Studien sind Studien mit einer Herausforderung an Menschen (so die wörtliche Übersetzung). Der Begriff wird im Kontext der medizinischen Forschung verwendet und ist landläufig als Studie mit menschlichen Probanden bekannt. Im Falle der Erforschung von Covid-19-Viren wurden gesunde Freiwillige gezielt mit SARS-CoV-2 infiziert. Das Ergebnis: Die Viren sind ab dem zweiten Tag nach der Infektion ansteckend und bleiben es rund zehn Tage lang. Eine Fragestellung der kürzlich durchgeführten Human-Challenge-Studien zu diesem Thema lautete auch: Wie zuverlässig können Schnelltests die Ansteckungsgefahr erfassen?

Generelles zu Human-Challenge-Studien: Bedeutung, Erklärung

Human-Challenge-Studien sind ethisch umstritten, weil sie für die Freiwilligen immer ein hohes Risiko bergen. Es gibt sie auch für Grippe- oder Malariamedikamente. Die hier beschriebene spezielle Human-Challenge-Studie für die Erforschung von Coronaviren war auch deshalb umstritten, weil sie mit dem Wildtyp von SARS-CoV-2 durchgeführt wurde, obgleich man zu jenem Zeitpunkt schon wusste, dass das Virus relativ schnell und stark mutiert. Daher sind die Ergebnisse mit einer gewissen Vorsicht zu genießen. Dennoch ist sich die Forschung darüber einig, dass man weder auf Tierversuche noch auf Human-Challenge-Studien gänzlich verzichten kann.

Fragestellungen und Studiendesign der Corona-Studie

Im Jahr 2021 führten Forscher am Londoner Imperial College die erste Human-Challenge-Studie mit SARS-CoV-2-Viren durch. Sie infizierten gesunde, junge Probanden mit dem Virus. Ihre Auswahl war unter dem Gesichtspunkt erfolgt, dass jüngere und grundsätzlich gesunde Menschen mit einem vergleichsweise milden Verlauf, auf jeden Fall aber mit nur schwachen Komplikationen (Beatmung etc.) rechnen können. Gleichzeitig trägt gerade diese Gruppe durch die vielfach asymptomatischen, also nicht erkannten Verläufe erheblich zur Ausbreitung des Virus bei. Die britischen Wissenschaftler wollten nun wissen, ab welchem Zeitpunkt nach der Infektion und wie lange danach eine Person ansteckend ist. Diese Fragen sind bislang nicht umfassend geklärt. Seit dem 1. Februar 2022 gibt es einen Preprint zu dieser Studie. Folgende Fragestellungen standen bei der Human-Challenge-Studie im Fokus:

• #1 Ab wann ist eine infizierte Person ansteckend?
• #2 Ab wann entwickelt sie/er eigene Symptome?
• #3 Wie lange ist sie/er ansteckend?
• #4 Wie sicher können Schnelltests diese genannten Zeiträume erfassen?

Die Studienteilnehmer waren 36 gesunde Teilnehmer*innen, deren Risiko für einen riskanten COVID-19-Verlauf als sehr gering eingeschätzt wurde. Ihr Alter betrug 18 bis 29 Jahre. Sie waren bei ihrer Auswahl für die Studie nicht geimpft und nicht genesen. Zwei der Probanden hatten allerdings zwischen ihrer Auswahl und dem Beginn der Studie Kontakt mit einer infizierten Person (sogenannte Serokonversion), weshalb ihr individuelles Studienergebnis nicht in die Auswertung mit einfloss. Per Protokoll kann daher nur von 34 Teilnehmer*innen ausgegangen werden, was nach anerkannten wissenschaftlichen Maßstäben eine vergleichsweise geringe Teilnehmerzahl ist, die belastbare Aussagen zulassen kann, aber nicht muss. Die Infektion der Teilnehmer*innen erfolgte durch das Einbringen einer exakt definierten Menge von mit SARS-CoV-2-Viren kontaminierter Flüssigkeit in die Nase. Es wurde die am niedrigsten mögliche Virusdosis verabreicht, die gerade noch eine Infektion auslösen kann. Dies ist die Menge an Viren, die ein Tropfen Nasensekret einer infizierten Person enthält.

Studienergebnisse der Human Challenge Studien zu Covid-19

Trotz einiger Bedenken zur Aussagekraft der genannten Human-Challenge-Studie sollen hier wesentliche Ergebnisse zitiert werden:

• 53 % (18 von 34) der Teilnehmer*innen infizierten sich mit SARS-CoV-2.
• Das Virus wurde nach 40 Stunden zuerst im Rachen nachgewiesen, nach 58 Stunden erreichte es mit wesentlich höherer Last die Nase.
• Der Spitzenwert der Virustiter wurde im Rachen nach 112 Stunden erreicht, in der Nase nach 148 Stunden.
• Die Viruslast blieb in der Nase durchweg signifikant höher als im Rachen.
• Sämtliche Infizierten wurden auch nach 14 Tagen noch positiv auf SARS-CoV-2 getestet.
• Die Viruslast war allerdings etwa ab dem 11. Tag so gering, dass die von den Probanden ausgehende Ansteckungsgefahr signifikant gesunken war (bis zu „vernachlässigbar klein“).
• Nachweisbar blieben die Viren bei 83 % der Probanden bis 14 Tage nach der Ansteckung und bei 33 % bis 28 Tage nach der Ansteckung. Komplett negativ wurden sämtliche Teilnehmer*innen erst 90 Tage nach der Ansteckung getestet.

Schlussfolgerungen

Offenkundig ist aufgrund der deutlich höheren Viruslast die Ansteckungsgefahr über die Nase wesentlich größer als über den Mundatem. Die Maske sollte daher stets die Nase bedecken. Die symptom- und nachweisfreie Inkubationszeit ist mit unter zwei Tagen deutlich kürzer, als man bislang geschätzt hatte (bis zu sechs Tage). Nach der Inkubationszeit bleibt die Viruslast rund eine Woche lang sehr hoch. In dieser Zeit geht von Infizierten eine hohe Ansteckungsgefahr aus. Später – etwa ab Tag 11 nach der Ansteckung – sind sie zwar nicht gänzlich virenfrei, jedoch kaum noch ansteckend.

Das deutsche RKI hat hierzu eigene Studien durchgeführt und einen Ct-Wert von 30 ermittelt (Wert für die Viruslast), ab dem die Ansteckungsgefahr zu vernachlässigen ist. Die britischen Wissenschaftler bestätigen im Wesentlichen diese Aussage. Dieser Wert bedeutet auch, dass die Verdünnung von Aerosolen durch Wind im Freien und große Abstände zwischen Personen die Ansteckungsgefahr sehr deutlich senkt. In der vorliegenden Human-Challenge-Studie gelten überdies die zehn Tage, in denen die Infizierten eine Gefahr für ihre Umgebung darstellen und daher isoliert werden sollten, als reichlich bemessen.

Der eigentliche Median (Mitte der erhobenen Daten) für das Ende der Ansteckungsgefahr liegt eigentlich bei 6,5 Tagen für Viren aus der Nase und 6,25 Tagen für Viren aus dem Rachen. Nach 10,2 Tagen soll auch von der Nase praktisch keine Gefahr mehr ausgehen. Die bislang empfohlene Quarantänezeit von zehn Tagen sei gut gewählt, heißt es im Statement der britischen Wissenschaftler.

Einschränkung der Studienbewertung

Die Forscher nennen selbst die Einschränkungen, denen ihre Studienergebnisse unterliegen. Diese sind:

• geringe Teilnehmerzahl
• Gesundheitszustand der Probanden (jung und gesund)
• relativ kurze Nachbeobachtungszeit
• Durchführung mit dem Wildtyp des Coronavirus

Trotz dieser Einschränkungen hält der Leiter der Studie Prof. Christopher Chiu die Ergebnisse für relevant. Er räumt zwar ein, dass sich andere Virusvarianten (Delta, Omikron) anders ausbreiten könnten, doch die Faktoren für den Schutz vor Corona seien bei ihnen dieselben. Er weist auch darauf hin, dass die Infektiosität von Corona bislang möglicherweise immer noch unterschätzt werde.

Symptome der Probanden während der Human-Challenge-Studie

89 % der Probanden entwickelten leichte bis mittelschwere Symptome, die nach der Inkubationszeit (ab dem späten zweiten Tag) bis zum vierten Tag nach der Infektion begannen. Es waren typische Erkältungssymptome:

• Geruchsverlust
• Niesen
• verstopfte oder laufende Nase
• Halsschmerzen
• Kopf-, Muskel- und Gelenkschmerzen
• Fieber
• Müdigkeit

Nach der Aussage des Studienleiters Prof. Chiu gab es keine klinisch behandlungsbedürftigen Symptome und keine Lungenveränderungen. Der Geruchssinn war nach 90 Tagen bei fast allen Teilnehmer*innen wieder komplett hergestellt. Bei zwei Probanden dauerte es rund fünf Monate. Aufgrund dieser Symptome und des überwiegend sehr leichten Krankheitsverlaufs, der allerdings am Alter und Gesundheitszustand der Freiwilligen und an der sehr geringen Viruslast bei der Infektion lag, hält das britische Forscherteam prinzipiell eine Human-Challenge-Studie mit Coronaviren und so einem Studiendesign ethisch für vertretbar.

Ergebnisse der Antigen-Schnelltests

Antigen-Schnelltests sind nach Aussage der Wissenschaftler „ein guter Indikator“ für den Nachweis einer Infektion kurz nach der Ansteckung. Aus der kurzen Inkubationszeit, die inzwischen für die Omikron-Variante des Virus bestätigt wurde, ergibt sich eine sehr große Sicherheit mit Antigen-Schnelltests, wenn diese etwa alle drei Tage durchgeführt werden. Es kann sich auch um Selbsttests handeln, wenn diese ordnungsgemäß durchgeführt werden. Dazu muss der Nasenabstrich tief genug und gründlich genug genommen werden, anschließend muss die Probe lange genug in der Testflüssigkeit bleiben (mindestens eine Minute).

Grundsätzlich, so das britische Forscherteam, korrelierten die Ergebnisse der Antigen-Schnelltests sehr gut mit denjenigen der PCR-Tests. Das funktionierte auch bei einem symptomfreien Verlauf. Zu beachten ist allerdings, dass Antigen-Schnelltests ihre Wirkung am ehesten bei hoher Viruslast entfalten, also etwa zwischen dem dritten bis achten Tag nach der Ansteckung. Die britischen Wissenschaftler empfehlen jedermann mindestens zwei Antigen-Schnelltests (auch Selbsttests) pro Woche.