Über RNA-Impfstoffe

RNA-Impfstoffe sind nicht ganz neue und doch bahnbrechende Entwicklungen. Durch die Unternehmen CureVac und BioNTech sind sie hierzulande im Zusammenhang mit der SARS-CoV-2-Pandemie ins Bewußtsein der Öffentlichkeit gekommen (Link und Unternehmenslink). Zeit sich einmal diese Art von Impfstoffen näher anzuschauen. (Wer mehr über RNA wissen will: Viele Infos gibt es nebenan.)

Was sind RNA-Impfstoffe und wie funktionieren sie?

Konventionelle Impfstoffe beinhalten üblicherweise (inaktivierte) krankheitsauslösende Viren (oder Bakterien oder … aber das ignorieren wir hier und heute) bzw. Proteine die aus den Viren gewonnen wurden und so das “infektiontiöse Agenz” nachahmen. Sie stimulieren so die körpereingene Immunantwort, damit diese bei späterer Infektion schneller und effektiver erfolgen kann.

RNA-Impfstoffe verwenden einen etwas anderen Ansatz, der darauf beruht, wie Zellen Proteine herstellen: Zellen verwenden DNS/DNA als Info-Grundstock um Boten-RNA bzw. mRNA (= messenger RNA) herzustellen. Unsere DNA (jedenfalls der allergrößte Teil) ist in unseren Zellkernen. Die mRNA wird nach dem Kopieren von der DNA in das sog. Zellplasma gebracht, um dann in Proteine übersetzt zu werden. Die Proteine wiederum können dann als Enzyme, Rezeptoren, Transporter, etc. ihre Funktion erfüllen. Ein RNA-Impfstoff enthält solche mRNA-Stücke die für bestimmte “Antigene” der krankheitsauslösenden Viren stehen. Ist die mRNA erst einmal in den Zellen unseres Körpers, nutzen die Zellen diese genetische Information um die Antigene herzustellen. Diese werden dann auf der Oberfläche der Zellen den Immunzellen zur Schau gestellt. Die sehen dann “oh etwas Körperfremendes” und können diese Information nutzen um den “Eindringling” anzugehen. Die Information wird im Idealfall für lange Zeit gespeichert, um dann für gleiche Erkrankungen wieder zur Verfügung zu stehen – und dann erfüllt der Impfstoff seinen Zweck, weil zukünftige Infektionen ja nicht mehr künstlich sind (den Umstand, dass Impfstoffe manchmal mehrfach angewendet werden müssen, bis Immunität erreicht wird, ignorieren wir hier mal).

Wie werden RNA-Impfstoffe hergestellt und angewendet?

Der Hauptvorteil der RNA-Impfstoffe besteht darin, dass sie – im Prinzip – in jedem Labor von DNA-Mustern beliebig häufig aus günstigen Materialen hergestellt werden können. Potentiell kostengünstig und schneller als konventielle Impfstoffe, die auch mal Hühnereier oder Säugetierzellen zur Herstellung benötigen.

RNA-Impfstoffe können mittels verschiedener Methoden eingesetzt werden: Über Injektionen mit Spritze oder nadelfrei in die Haut; durch Injektion in das Blut, Muskeln, Lympfknoten oder direkt in gewünschte Organe; oder sogar über Nasensprays. Die optimale Methode muss für jeden RNA-Impfstoff-Typus ermittelt werden und kann stark durch vom gewünschten Ziel abhängen.

Arten von RNA-Impfstoffen

1. Nicht-replizierende mRNA, also RNA, die sich nicht selber vervielfältigen kann. Dies ist der einfachste Typ des RNA-Impfstoffes. Der mRNA-Strang wird verpackt (z. B. in Liposomen), gespritzt und von den Körperzellen aufgenommen, die sodann die Antigene herstellen.
2. in vivo selbst-replizierende mRNA. Hierbei wird die mRNA mit zusätzlicher RNA versehen, die sicherstellt, dass der die mRNA, die für das gewünschte Antigen kodiert, kopiert wird, sobald die Gesamt-RNA erst in der Zelle freigesetzt ist. Auf diese Weise werden größere Mengen des Antigens produziert, um so eine robuste Immunreaktion sicherzustellen.
3. mRNA, die in vitro (also außerhalb des Körpers) auf dendritische Zellen gegeben wird. Hierbei handelt es sich um Zellen unseres Immunsystems, die Antigene auf ihrer Oberfläche anderen Immunzellen präsentieren können und so helfen können eine Immunantwort zu provozieren. Diese Zellen werden aus Patientenblut gewonnen, mit dem RNA-Impfstoff behandelt und dem Patienten zurückgeben. (Dieser Weg spielt eher keine Rolle bei Impfstoffen gegen Viren.)

Vorteile

Gegenüber konventionellen Impfstoffen weisen RNA-Impfstoffe ein gewisses Potential auf^{[Pardi et al., 2018]}:

• Sicherheit: RNA-Impfstoffe werden nicht aus Krankheitserregern gewonnen oder von inaktivierten Krankheitserregern. Sie sind also selber niemals infektiös. mRNA integriert sich nicht in das Wirtsgenom und der mRNA-Strang des Impfstoffes wird relativ schnell abgebaut.
• Effizienz: Erste klinische Studien legen nahe, das diese Impfstoffe verlässlich das Immunsystem anregen und sehr gut von gesunden Testpersonen vertragen werden.
• Produktion: Impfstoffe können rel. schnell im Labormaßstab produziert werden, der Prozess kann standardisiert werden und deshalb wird dem Verfahren auch großes Potential bei beginnenden Epidemien oder Pandemien zugesprochen.

Herausforderungen / Nachteile:

Die Herstellungsmethoden für RNA-Impfstoffe können sehr effektiv sein. Doch gibt es einige Hürden zu nehmen, bevor ein solcher Impfstoff wie gewünscht eingesetzt werden kann:

• Nebenwirkungen: Der mRNA-Strang des Impfstoffes kann unerwünschte Immunreaktionen provozieren. Um diesen Effekt zu reduzieren, kann die Sequenz so hergestellt werden, dass sie von menschlichen Zellen besser vertragen wird.
• Anwendung: RNA ist toll und vielseitig – aber leider i.d.R. auch nicht stabil (wer je im Labor damit gearbeitet hat, kann ein Lied davon singen). Um die Anwendung zu verbessern, wird der mRNA-Strang in größere Moleküle oder Partikel wie Liposomen eingepackt.
• Lagerung: RNA-Impfstoffe, aber auch manche konventionelle Impfstoffe, müssen gekühlt oder gefroren gelagert und transportiert werden. Es gibt bereits Ansätze diese Limitierung zu überwinden, so dass zu hoffen ist, die Impfstoffe auch in Gebieten einzusetzen, wo anderweitig eine Kühlkette nicht sichergestellt werden kann.

Welches sind mögliche Anwendungsgebiete?

Im Wesentlichen gibt es zwei Hauptmöglichkeiten für eine Anwendung: Infektionskrankheiten und Krebserkrankungen. Hier ist die Forschung am stärksten und es gibt erste klinische Studien. Im Allergiekontext ist die die Forschung noch nicht so weit fortgeschritten^{[Weiss et al., 2017]}.

Infektionskrankheiten

Die Vergangenheit kennt einige Fehlschläge beim Einsatz konventioneller Methoden um gute Impfstoffe gegen bestimmte Krankheitserreger, insb. Viren, zu entwickeln. Beispiele sind Ebola, Zika, HIV-1, Herpes simplex. Hier stecken einige Hoffnungen in RNA-Impfstoffen^{[Chatal et al., 2018]}.

Impstoff gegen Krebs

Impfstoffe gegen Krebs sind eine Form der Immuntherapie, wo der Impfstoff das Immunsystem gegen den Krebs richten soll. Hier werden sowohl der Ansatz mit dendritischen Zellen als die Arbeit mit Sequenzen gegen krebs-spezifische “Patienten-Antigene” (als Form der personalisierten Medizin) verfolgt. Die Arbeiten sind recht weit fortgeschritten^{[Sahin et al., 2017;Sahin and Türeci, 2018]}.

Ein Ausblick

• Forschung und klinische Studien: Trotz aller Fortschritte ist die Methode noch relativ neu. Rückschläge sind jederzeit möglich und es gibt reichlich Raum für Optimierungen.
• Produktion: Mir sind bislang Produktionskapazitäten nur in kleinerem Maßstab bekannt. Ob man im Erfolgsfall (=klinische Studien erfolgreich) kurzfristig auf weltweite Anwendung skalieren kann?
• Sicherheit: Jede Anwendung wird neue Erkenntnisse über Risiken zu etwaigen Entzündungsreaktionen oder auto-immun-Reaktionen bringen. Bis zur Routine fehlt noch ein gute Stück Arbeit.