Nukleinsäure-Impfstoffe verwenden mRNA, um den Zellen Anweisungen zu geben, wie sie ein gewünschtes Protein produzieren können. Libre de Droit/iStock über Getty Images
Die beiden erfolgreichsten in den USA entwickelten Coronavirus-Impfstoffe – die Impfstoffe von Pfizer und Moderna – sind beide mRNA-Impfstoffe. Die Idee, genetisches Material zu verwenden, um eine Immunantwort hervorzurufen, hat eine Welt der Forschung und potenzieller medizinischer Anwendungen eröffnet, die weit außerhalb der Reichweite herkömmlicher Impfstoffe liegen. Deborah Fuller ist Mikrobiologin an der University of Washington, der sich seit mehr als 20 Jahren mit genetischen Impfstoffen beschäftigt. Wir haben mit ihr darüber gesprochen Zukunft von mRNA-Impfstoffen für den Podcast The Conversation Weekly. Nachfolgend finden Sie Auszüge aus diesem Gespräch, die aus Gründen der Länge und Klarheit bearbeitet wurden.
Wie lange sind genbasierte Impfstoffe in der Entwicklung?
Diese Art von Impfstoff ist in Arbeit für über 30 Jahre. Nukleinsäure-Impfstoffe basieren auf der Idee, dass DNA RNA und dann RNA Proteine erzeugt. Sobald wir die genetische Sequenz oder den Code kennen, können wir für jedes beliebige Protein ein mRNA- oder DNA-Molekül entwerfen, das die Zellen einer Person dazu veranlasst, mit der Herstellung zu beginnen.
Als wir zum ersten Mal über diese Idee nachdachten, einen genetischen Code in die Zellen von jemandem einzufügen, untersuchten wir sowohl DNA als auch RNA. Die mRNA-Impfstoffe funktionierten zunächst nicht sehr gut. Sie waren instabil und sie verursachten ziemlich starke Immunantworten, die waren nicht unbedingt wünschenswert. DNA-Impfstoffe standen sehr lange im Vordergrund, und zwar sehr Die ersten klinischen Studien wurden mit einem DNA-Impfstoff durchgeführt.
Aber vor etwa sieben oder acht Jahren begannen mRNA-Impfstoffe, die Führung zu übernehmen. Forscher haben viele der Probleme gelöst – insbesondere die Instabilität – und entdeckt neue Technologien zur Bereitstellung von mRNA in Zellen und Möglichkeiten zur Modifikation der codierenden Sequenz zu machen die Impfstoffe viel sicherer in der Anwendung beim Menschen.
Sobald diese Probleme gelöst waren, war die Technologie wirklich bereit, ein revolutionäres Werkzeug für die Medizin zu werden. Das war gerade, als COVID-19 zuschlug.
Was unterscheidet Nukleinsäure-Impfstoffe von herkömmlichen Impfstoffen?
Die meisten Impfstoffe induzieren Antikörperreaktionen. Antikörper sind der primäre Immunmechanismus, der Infektionen blockiert. Als wir anfingen, Nukleinsäure-Impfstoffe zu untersuchen, stellten wir fest, dass diese Impfstoffe, weil sie in unseren Zellen exprimiert werden, es auch waren sehr effektiv bei der Induktion einer T-Zell-Antwort. Diese Entdeckung hat wirklich zu weiteren Überlegungen darüber geführt, wie Forscher Nukleinsäure-Impfstoffe nicht nur für Infektionskrankheiten, sondern auch für die Immuntherapie zur Behandlung von Krebs und chronischen Infektionskrankheiten – wie HIV, Hepatitis B und Herpes – sowie für Autoimmunerkrankungen und sogar für die Gentherapie verwenden könnten .
Wie kann ein Impfstoff Krebs oder chronische Infektionskrankheiten behandeln?
T-Zell-Antworten sind sehr wichtig, um Zellen zu identifizieren, die mit chronischen Krankheiten und abweichenden Krebszellen infiziert sind. Sie spielen auch eine große Rolle bei der Beseitigung dieser Zellen aus dem Körper.
Wenn eine Zelle krebsartig wird, ist es beginnt mit der Produktion von Neoantigenen. Im Normalfall erkennt das Immunsystem diese Neoantigene, erkennt, dass etwas mit der Zelle nicht stimmt und eliminiert sie. Der Grund, warum manche Menschen Tumore bekommen, ist, dass ihr Immunsystem nicht ganz in der Lage ist, die Tumorzellen zu eliminieren, sodass sich die Zellen vermehren.
Mit einem mRNA- oder DNA-Impfstoff soll Ihr Körper dazu gebracht werden, die sehr spezifischen Neoantigene, die die Krebszelle produziert hat, besser zu erkennen. Wenn Ihr Immunsystem diese besser erkennen und sehen kann, wird es das tun greifen die Krebszellen an und eliminieren sie aus dem Körper.
Dieselbe Strategie kann auf die angewendet werden Beseitigung chronischer Infektionen wie HIV, Hepatitis B und Herpes. Diese Viren infizieren den menschlichen Körper und bleiben für immer im Körper, es sei denn, das Immunsystem eliminiert sie. Ähnlich wie Nukleinsäure-Impfstoffe das Immunsystem trainieren können, Krebszellen zu eliminieren, können sie verwendet werden, um unsere Immunzellen zu trainieren, chronisch infizierte Zellen zu erkennen und zu eliminieren.
Wie ist der Stand dieser Impfstoffe?
Einige der allerersten klinischen Versuche mit Nukleinsäure-Impfstoffen fanden in den 1990er Jahren statt waren für Krebs, insbesondere für Melanom.
Heute gibt es eine Anzahl laufender klinischer mRNA-Studien für die Behandlung von Melanomen, Prostatakrebs, Eierstockkrebs, Brustkrebs, Leukämie, Glioblastom und anderen, und es gab einige vielversprechende Ergebnisse. Moderna hat kürzlich vielversprechende Ergebnisse seiner Phase-1-Studie mit mRNA bekannt gegeben Behandlung von soliden Tumoren und Lymphomen
Es gibt auch viele laufende Studien, die sich mit Krebs-DNA-Impfstoffen befassen, denn DNA-Impfstoffe sind es besonders wirksam bei der Induktion von T-Zell-Antworten. Ein Unternehmen namens Inovio hat kürzlich einen signifikanten Einfluss auf Gebärmutterhalskrebs nachgewiesen, der durch das humane Papillomavirus bei Frauen verursacht wird mit einem DNA-Impfstoff.
Können Nukleinsäure-Impfstoffe Autoimmunerkrankungen behandeln?
Autoimmunerkrankungen treten auf, wenn die Immunzellen einer Person tatsächlich einen Teil des eigenen Körpers angreifen. Ein Beispiel hierfür ist Multiple Sklerose. Wenn Sie Multiple Sklerose haben, Ihre eigene Immunzellen greifen Myelin an, ein Protein, das die Nervenzellen in Ihren Muskeln umhüllt.
Der Weg zur Beseitigung einer Autoimmunerkrankung besteht darin, Ihre Immunzellen so zu modulieren, dass sie Ihre eigenen Proteine nicht angreifen. Im Gegensatz zu Impfstoffen, deren Ziel es ist, das Immunsystem zu stimulieren, etwas besser zu erkennen, versucht die Behandlung von Autoimmunerkrankungen, das Immunsystem zu dämpfen, damit es aufhört, etwas anzugreifen, das es nicht sollte. Kürzlich haben Forscher einen mRNA-Impfstoff entwickelt, der ein Myelinprotein mit leicht veränderten genetischen Anweisungen codiert, um zu verhindern, dass es Immunantworten stimuliert. Anstatt normale T-Zellen zu aktivieren, die die Immunantwort verstärken, veranlasste der Impfstoff den Körper dazu produzieren regulatorische T-Zellen das spezifisch nur die T-Zellen unterdrückte, die Myelin angriffen.
Viele Krankheiten entstehen, wenn Menschen Mutationen haben oder bestimmte Gene fehlen, und Nukleinsäure-Impfstoffe könnten als vorübergehender Ersatz für die fehlenden Gene dienen. ttsz/iStock über Getty Images
Irgendwelche anderen Anwendungen der neuen Impfstofftechnologie?
Die letzte Anwendung ist eigentlich eines der allerersten Dinge, die Forscher über den Einsatz von DNA- und mRNA-Impfstoffen nachgedacht haben: Gentherapie. Manche Menschen werden ohne bestimmte Gene geboren. Das Ziel der Gentherapie ist es, Zellen mit den fehlenden Anweisungen zu versorgen, die sie benötigen, um ein wichtiges Protein herzustellen.
Ein gutes Beispiel dafür ist Mukoviszidose, eine genetische Erkrankung, die durch Mutationen in einem einzigen Gen verursacht wird. Unter Verwendung von DNA- oder einem mRNA-Impfstoff untersuchen Forscher die Machbarkeit, das fehlende Gen im Wesentlichen zu ersetzen und es dem Körper einer Person zu ermöglichen, dies zu tun produzieren vorübergehend das fehlende Protein. Sobald das Protein vorhanden ist, könnten die Symptome zumindest vorübergehend verschwinden. Die mRNA würde weder sehr lange im menschlichen Körper verbleiben, noch würde sie sich in die Genome der Menschen integrieren oder das Genom in irgendeiner Weise verändern. Es wären also zusätzliche Dosen erforderlich, wenn die Wirkung nachlässt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses Konzept machbar ist, aber es bedarf noch einiger Arbeit.
Über den Autor
Deborah Füller, Professor für Mikrobiologie, School of Medicine, Universität von Washington
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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