COVID-19 hat viele Möglichkeiten für verschiedene Institutionen eröffnet, neue Impfstoffkomponenten zu entwickeln und unterschiedliche technologische Ansätze zu testen. Als die Zeit für die finale Phase der Impfstoffstudien von Pfizer/BioNTech und Moderna kam, zeigte sich eine erstaunliche Wirksamkeit von 95 %, was den Menschen seit Beginn der Pandemie neue Hoffnung gab. Kurz darauf hat der Kampf gegen das SARS-CoV-2-Virus das Potenzial der mRNA-Technologie freigesetzt.
Die mRNA-Technologie mag für die Öffentlichkeit neu sein, ist jedoch eine Innovation, auf die Forscher schon seit geraumer Zeit setzen. Sie hat sich nicht nur als bemerkenswert sicher und wirksam gegen SARS-CoV-2 erwiesen, sondern zeigt auch vielversprechende Perspektiven gegen andere Infektionskrankheiten.
Abbildung 1. Wie mRNA-Impfstoffe funktionieren.
Quelle: Präsentation der National Institutes of Health bei einer Senatsanhörung (09. September 2020).
Im Kontext von COVID-19 weisen mRNA-Impfstoffe Zellen an, Proteine herzustellen, die eine Immunantwort auslösen und Antikörper erzeugen, die Schutz vor künftigen Infektionen bieten.
Die Geschichte der mRNA-Impfstoffe reicht bis in die frühen 1990er Jahre zurück, als Katalin Karikó – eine Forscherin der University of Pennsylvania – begann, die mRNA-Technologie als eine Form der Gentherapie zu testen (klicken Sie hier, um zu erfahren, wie Gentherapie funktioniert).
Abbildung 2. Chronologie wichtiger Entdeckungen in der RNA-Therapie.
Es gab viele wesentliche Entdeckungen, die zur Etablierung des Feldes der RNA-Therapie führten (Abb. 2). Von da an führten unzählige Forschungen und Experimente im Laufe der Jahre zu dem rasant wachsenden Potenzial der mRNA-Technologie von heute.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Impfstoffen, deren Herstellung durch die Züchtung abgeschwächter Formen des Virus Monate dauern kann, können RNA-Impfstoffe unter Verwendung der genetischen Sequenz des Erregers und anderer Komponenten schneller hergestellt werden. Nachfolgend sind einige der vielfältigen Anwendungen der mRNA-Technologie aufgeführt.
Behandlung von Kolorektalkrebs
Die Forschung darüber, ob die mRNA-Technologie das Wiederauftreten von Darmkrebs verhindern könnte, ist noch im Gange. Es ist bekannt, dass eine Operation die Standardbehandlung für viele Patienten mit Darmkrebs ist; Krebszellen können jedoch nach der Entfernung des Tumors im Körper verbleiben. Diese verbleibenden Krebszellen geben DNA in den Blutkreislauf ab, was als zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA) bezeichnet wird. Gewebe aus dem Tumor wird an ein spezialisiertes Labor geschickt, wo es auf genetische Mutationen untersucht wird, die das Krebswachstum antreiben. Sobald die Mutationen identifiziert wurden, werden diese von den häufigsten zu den seltensten priorisiert und basierend auf dieser Rangfolge wird ein mRNA-Impfstoff erstellt. Die mRNA weist die Zellen des Patienten an, Proteinfragmente basierend auf den bei den Tests identifizierten genetischen Mutationen des Tumors zu produzieren. Das Immunsystem sucht dann nach anderen Zellen mit den mutierten Proteinen und beseitigt alle verbleibenden zirkulierenden Tumorzellen.
Abbildung 3. Design von mRNA-Impfstoffen.
Behandlung von Autoimmunerkrankungen
Deutsche Forscher nutzten die mRNA-Technologie, um die Krankheitsaktivität bei Mäusen mit experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis (EAE), einer Erkrankung ähnlich der Multiplen Sklerose, zu reduzieren. Patienten werden häufig immunsuppressive Medikamente verschrieben, um die Symptome zu kontrollieren, aber diese Medikamente können Nebenwirkungen hervorrufen. Daher entwickelte das Forschungsteam einen mRNA-Impfstoff, der die Toleranz der Immunzellen erhöhte und Schäden verringerte, ohne die normale Funktion des Immunsystems zu beeinträchtigen.
Abbildung 4. Induktion von Toleranz mit einem entzündungshemmenden mRNA-Impfstoff.
Gentherapie
Die Gentherapie ist eine bedeutende Behandlungsstrategie zur Heilung erkrankter Zellen. Eine herkömmliche Gentherapie kann jedoch einige Risiken bergen. Eine von außerordentlichen Professoren des Zentrums für Krankheitsbiologie und integrative Medizin der medizinischen Fakultät der Universität Tokio durchgeführte Studie nutzte ein Polymermizellen-Arzneimittelabgabesystem (DDS), um ein neuartiges mRNA-Verabreichungssystem zu etablieren. Durch den Einsatz von mRNA für die Gentherapie gelang es der Forschungsgruppe, die Geweberegeneration von Riechnervenfasern und die Wiederherstellung der Riechfunktion bei Tieren mit Riechstörungen zu induzieren. Dies ebnete den Weg für den Einsatz von mRNA als Teil einer mRNA-basierten Gentherapie bei vielen Anwendungen für neurologische Störungen.
Abbildung 5. Gentherapie unter Verwendung von mRNA-beladenen Nanomaschinen.
Behandlung von durch Zecken übertragener Borreliose und Viren
Für das lebensbedrohliche Powassan-Virus gibt es keine bekannte Vorbeugung oder Behandlung. Dies ist ein durch Zecken übertragenes Virus, das beim Menschen eine Enzephalitis verursachen kann und, obwohl selten, in Nordamerika und Russland zirkuliert. Ein neuer Impfstoff gegen das Powassan-Virus besteht aus viraler mRNA, die in Lipid-Nanopartikel eingekapselt ist – dies erzeugt subvirale Partikel, die eine Immunantwort aufbauen und Schutz bieten. Der mRNA-basierte Impfstoff zeigte gute Ergebnisse gegen das Powassan-Virus, war hochgradig immunogen und verlieh Schutz gegen mehrere Mitglieder der Virusfamilie.
Abbildung 6. Ein mRNA-Impfstoff schützt Mäuse vor multiplen zeckenübertragenen Flavivirus-Infektionen.
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