Vakzine zum Einatmen: Fortschritt für effektive pulmonale mRNA-Impfstoffe

Neuartige hybride polymere Nano-Carrier ermöglichen die Aufnahme von Impfstoffen über die Lunge und eine gezielte Aktivierung von Immunzellen.

Forschende unter der Leitung von Prof. Olivia M. Merkel, Inhaberin des Lehrstuhls für Drug Delivery an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), haben ein neues Transportsystem für mRNA-Impfstoffe entwickelt, die über die Atemwege aufgenommen werden. Die in „Cell Biomaterials“ veröffentlichte Studie stellt eine neuartige Wirkstoffkombination aus Poly(lactid-co-glycolid) (PLGA) und Poly(β-aminoestern) (PBAEs) vor, die gezielt darauf ausgelegt ist, zentrale biologische Barrieren in der Lunge zu überwinden.

„Um eine effektive Immunisierung der Schleimhäute durch Inhalation zu erreichen, braucht man Trägersysteme, die den Schleim der Atemwege durchdringen können und dabei die empfindlichen RNA-Moleküle schützen, die sie transportieren“, erklärt Merkel. Ist die Lungenbarriere überwunden, müssen die Nano-Carrier aus den sie transportierenden Bläschen (Endosomen) entweichen und die mRNA effizient in Immunzellen einbringen, die dann auf ihrer Oberfläche die entsprechenden Antigene präsentieren.

Stabiles und effizientes Transportsystem

Das LMU-Team hat ein System entwickelt, das diese Anforderungen über einen räumlich und zeitlich koordinierten Mechanismus erfüllt. Die Forschenden konnten zeigen, dass ihre hybriden Nanopartikel die angesteuerten Zellen des Immunsystems effizient transfizieren. Dies ist eine zentrale Voraussetzung für eine starke Immunaktivierung und unterstützt sowohl die Antigenpräsentation als auch die Reifung von Immunzellen.

Zudem durchdrangen die Partikel erfolgreich die Schleimbarriere und ermöglichten die mRNA-Expression in ex vivo humanen Präzisions-Lungenschnitten. Die Forschenden beschreiben dies als ein besonders relevantes menschliches Lungenmodell.

Vielversprechende Alternative zu Lipidnanopartikeln

„Ein wesentlicher Vorteil des neuen Systems ist seine hohe Stabilität während der Zerstäubung des Wirkstoffs“, konstatiert Merkel. Nach der Vernebelung mittels Vibrationsmembran-Inhalator behielten die PLGA/PBAE-Nano-Carrier eine höhere Transfektionseffizienz als klinisch zugelassene Lipidnanopartikel, was ihre Eignung für inhalative Impfstoffanwendungen unterstreicht. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass ein datenbasiertes Polymerdesign in der Lage ist, mehrere Transportbarrieren gleichzeitig zu adressieren. Diese hybride Plattform stellt eine vielversprechende Alternative zu Lipidnanopartikeln für die nächste Generation pulmonaler mRNA-Impfstoffe dar.“

Die Studie wurde von der Bayerischen Forschungsstiftung und dem Europäischen Forschungsrat (ERC) gefördert und leistet laut den Autorinnen und Autoren einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung sicherer, wirksamer und patientenfreundlicher mukosaler Impfstoffe.

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