Die mRNA-Technologie verstehen: COVID-19-Impfstoffe und darüber hinaus

Für viele von uns trat die mRNA-Technologie im Dezember 2020 triumphal auf den Plan, als die erfolgreichen Phase-3-Studien des Impfstoffs COVID-19 von Pfizer-BioNTech bekannt gegeben wurden, kurz gefolgt von der Ankündigung der erfolgreichen Phase-3-Studien für den mRNA-Impfstoff von Moderna selbst. Die mRNA-Technologie gibt es jedoch schon seit Anfang der 90er Jahre¹, und mindestens seit 2011 werden Krebsimpfstoffe mit mRNA-Technologie am Menschen erprobt.² In diesem Artikel gehen wir der Frage nach, warum diese aufstrebende Biopharma-Technologie perfekt geeignet war, das COVID-19-Impfstoffrätsel zu lösen, und welche transformative Rolle sie im Gesundheitswesen nach der Pandemie spielen wird.

Verständnis der mRNA-COVID-19-Impfstoffe

Die Daten aus den Phase-3-Studien am Menschen sowohl für den Moderna- als auch für den Pfizer-BioNTech-Impfstoff waren überwältigend positiv und zeigten eine Wirksamkeit von über 90 %. Der Aufregung über die Aussicht auf einen Ausweg aus der Pandemie folgten schnell Fragen, wie es möglich war, in so kurzer Zeit wirksame Impfstoffe herzustellen. Die Erforschung und Entwicklung von Impfstoffen dauert in der Regel 10 – 15 Jahre,³ und die Öffentlichkeit wurde gewarnt, dass sie bestenfalls auf 1 – 2 Jahre für einen COVID-19-Impfstoff hoffen sollte, vorausgesetzt, alle fünf Phasen des Impfstoffentwicklungsprozesses verliefen reibungslos.

Nach der Veröffentlichung der Sequenzierung des SARS-CoV-2-Virus im Januar 2020 durch chinesische Wissenschaftler begann das Rennen um die Entwicklung eines Impfstoffs. Die Ergebnisse der Phase-3-Studie von Pfizer-BioNTech wurden weniger als 12 Monate, nachdem die ersten Fälle in China gemeldet wurden, und etwa 10 Monate nach der Veröffentlichung der entscheidenden Sequenzierungsdaten bekannt gegeben, was die Geschwindigkeit bis zur Marktreife zu einem neuen Weltrekord machte.⁴

Mehrere Faktoren ermöglichten eine signifikante Steigerung der Geschwindigkeit: unbegrenzte finanzielle Mittel, eine beispiellose Zusammenarbeit innerhalb der Biopharma-Welt und intensivierte und sich überschneidende F&E-Prozesse, einschließlich sich überschneidender Studien am Menschen, um nur einige zu nennen. Ein weiterer Schlüsselfaktor für die schnelle Markteinführung der Impfstoffe von Moderna und Pfizer-BioNTech ist, dass sie eine relativ neue Biopharma-Technologie nutzen: Boten-Ribonukleinsäure oder Messenger-RNA (mRNA).

Traditionell werden Impfstoffe entwickelt, indem ein Virus geschwächt oder abgetötet wird, oder indem ein Teil des Virus im Labor hergestellt wird. Dies ist jedoch zeitaufwendig.⁵ Im Gegensatz zu herkömmlichen Impfstoffen verwenden mRNA-Impfstoffe nichts vom eigentlichen Virus, sondern replizieren den genetischen Code des Virus synthetisch, der dann in den menschlichen Körper eingebracht wird. Dieser genetische Code regt dann den menschlichen Körper an, das SARS-CoV-2-Spike-Protein zu produzieren, das dann die entscheidende Immunreaktion auslöst und den Wirt schützt.

Da die mRNA-Technologie bereits seit mindestens einem Jahrzehnt in Versuchen an lebenden Tieren und Menschen erprobt wird, ist es relativ sicher und einfach, sie mit dem relevanten genetischen Code des Antigens zu kodieren, was eine schnelle Entwicklung ermöglicht. Infolgedessen könnte es nur eine Woche dauern, einen Impfstoff zu entwickeln und mit ersten Tests zu beginnen.⁶

Der Erfolg der mRNA-Impfstoffe von Moderna und Pfizer-BioNTech hat der Welt gezeigt, was möglich ist: Wir haben jetzt eine Biopharma-Technologie, die in der Lage ist, unvorhergesehene gesundheitliche Notfälle schnell und effektiv zu bekämpfen. Aber was bedeutet das Aufkommen der mRNA-Technologie für Biopharma und das Gesundheitswesen über COVID-19 hinaus?

mRNA-Technologie vor COVID-19

Die mRNA-Technologie tauchte erstmals in den frühen 90er Jahren auf, allerdings mit begrenzter Unterstützung. Die Hauptarchitektin der mRNA-Technologie, Katalin Karikó, eine in Ungarn geborene Biochemikerin, die heute an der University of Pennsylvania arbeitet, kämpfte jahrelang einen aussichtslosen Kampf auf der Suche nach Fördermitteln. Ihre Theorien machten durchaus Sinn: Der menschliche Körper produziert auf natürliche Weise Millionen der winzigen Proteine, um sich selbst am Leben zu erhalten, und er verwendet mRNA, um die Zellen anzuweisen, welche Proteine sie herstellen sollen. Ihre Theorie bestand darin, unsere eigene, spezifische mRNA zu schaffen, die es theoretisch ermöglicht, den Körper synthetisch anzuweisen, eine beliebige Anzahl von Proteintypen zu produzieren und damit die gewünschte Immunantwort auszulösen.⁷ Eine überzeugende Wissenschaft mit potenziell weltverändernden Auswirkungen, ja, aber sie hatte einen entscheidenden Stolperstein.

Wie die DNA hat jeder RNA-Strang die gleiche Grundstruktur, bestehend aus stickstoffhaltigen Basen, die kovalent an ein Zucker-Phosphat-Rückgrat gebunden sind.⁸ Jeder dieser Stränge besteht aus vier Bausteinen, den so genannten Nukleosiden. Hierin lag ein Problem für die frühe mRNA-Technologie. In ihrer synthetischen, veränderten Form wirkte einer dieser Bausteine als “rote Fahne”, wenn er in einen lebenden Wirt eingebracht wurde, und löste eine unerwünschte Immunreaktion aus, die die mRNA zerstörte, bevor sie die vorgesehenen Zellen erreichen konnte.⁹ Damit die mRNA-Wissenschaft über das Konzept hinausgehen konnte, musste dieses Problem gelöst werden. So kam es, dass Katalin Karikó und ihr langjähriger Mitarbeiter Drew Weissman, ein Immunologe mit Medizinstudium und Doktortitel der Boston University, eine Lösung entwickelten. Indem sie den störenden Block einfach gegen eine optimierte Version austauschten, konnte die mRNA die körpereigenen Abwehrmechanismen umgehen und so ihr Ziel erreichen.

Die mRNA-Technologie war angekommen. Im Jahr 2017 veröffentlichte das bald weltbekannte deutsche Biotech-Unternehmen BioNTech die Ergebnisse der ersten klinischen Studie für einen mRNA-basierten individualisierten Impfstoff, der das Potenzial hat, gegen alle Krebsarten zu wirken.¹⁰ Um die Impfstoffe zu entwickeln, sequenzierten die Forscher die Tumor-DNA des Patienten und identifizierten Tumormutationen, indem sie sie mit der DNA von gesundem Gewebe verglichen. Dann identifiziert ein Algorithmus, welche Mutationen mit höherer Wahrscheinlichkeit vom Immunsystem erkannt werden und eine Immunantwort auslösen, und diese ausgewählten Mutationen werden in einen mRNA-Impfstoff eingebaut.¹¹

Von den 13 Patienten, die an der Humanstudie teilnahmen (alle hatten Krebs, waren geheilt und hatten in der Vergangenheit Rückfälle mit immer kürzeren Abständen zwischen den einzelnen Heilungen), blieben acht Patienten während des gesamten 23-monatigen Zeitraums nach Erhalt des Impfstoffs völlig krebsfrei. Von den fünf Patienten, die vor Beginn der Studie einen Rückfall erlitten hatten, verschwand bei einem von ihnen der Tumor nach der Impfung vollständig, bei einem anderen schrumpfte er deutlich. Die übrigen drei sprachen nicht auf den Impfstoff an.¹²

mRNA jenseits von COVID-19: Krebs, Herzkrankheiten, HIV und mehr

Die mRNA-Technologie ist im Begriff, die Medizin und die pharmazeutische Industrie, wie wir sie kennen, zu verändern.¹³ Diese hochgradig anpassungsfähige, schnell auf den Markt zu bringende und intelligente Technologie, die den menschlichen Körper effektiv anweist, seine eigenen Impfstoffe und Behandlungen zu produzieren, wird für die Behandlung von Herzkrankheiten, Krebs und anderen Infektionskrankheiten¹⁴ untersucht und hat auch Anwendungen im Bereich der HIV- und allgemeinen Grippebehandlung.

Eine der großen Stärken von mRNA ist, dass sie sehr zielgerichtet ist. Wissenschaftler können mRNA so programmieren, dass sie auf bestimmte Proteine abzielt, die dann den Körper anweisen, die gewünschte Immunreaktion auszulösen, um die Krankheit oder das Leiden frontal zu bekämpfen. Und da es bei Grippe, Krebs, HIV und Infektionskrankheiten wie COVID-19 zahlreiche Stämme und Typen gibt, die sich verändern und weiterentwickeln können, um Behandlungen zu bekämpfen, ist die mRNA-Technologie ideal geeignet, um schnell und präzise gezielte Behandlungen und Impfstoffe zu entwickeln, wenn neue Stämme auftauchen oder unterschiedliche Immunreaktionen gefördert werden müssen.

Die vielleicht bedeutendste Anwendung für die mRNA-Technologie ist der Kampf gegen Krebs. Da bereits vor der COVID-19-Studie Versuche mit personalisierten Krebsimpfstoffen durchgeführt wurden, war die Entwicklung hin zu mRNA-Behandlungen in der Krebsbehandlung bereits weit fortgeschritten. Ein möglicher Silberstreif am Horizont der COVID-19-Pandemie ist die stark gestiegene Finanzierung und das wissenschaftliche Rampenlicht, das auf die mRNA-Technologie gerichtet ist, was hoffentlich ihre Entwicklung und praktische Anwendung beschleunigen wird.

In einem kürzlichen Interview zum Thema mRNA-Technologie in der Krebsbehandlung sagte Dr. John P. Cooke, Arzt und Wissenschaftler am Houston Methodist Hospital und Experte für mRNA-Technologie: “Krebs kann sich vermehren, metastasieren und Sie töten, weil er sich der Immunüberwachung entzieht. Das heißt, sie entziehen sich den weißen Blutkörperchen, die den Krebs eigentlich loswerden sollen. Jeder Krebs ist anders, weil Krebs zu einem großen Teil aus zellulären Mutationen entsteht, und Mutationen sind vielleicht oft sehr unterschiedlich von einem Tumor zum anderen. Jeder Mensch hat seinen eigenen Tumor.’¹⁵ Genau wie bei COVID-19 können Wissenschaftler die mRNA mit dem eigenen Tumor einer Person sequenzieren und dann eine gezielte, personalisierte Behandlung verabreichen, die die gewünschte Immunantwort auslöst.

In demselben Interview sagte Cooke weiter: “Ich glaube, wir stehen am Anfang einer ganz neuen therapeutischen Arena. Es wird eine ganz neue Industrie sein, und sie wird uns grenzenlose Möglichkeiten zur Behandlung von Krankheiten geben, die bisher nicht behandelbar waren. RNA wird uns erlauben, viele Krankheiten zu behandeln, die bisher unbehandelbar waren.’¹⁶

Die Rolle der Kühlkette

In dem Maße, wie der Einfluss der mRNA-Technologie wächst und ihre Anwendungen immer häufiger werden, wird auch die Rolle der Kühlkettenlogistik zunehmen. Wie bereits vielfach berichtet, bringt die mRNA-Technologie einige Herausforderungen mit sich, insbesondere die Notwendigkeit, diese hochsensiblen Biologika bei sehr kalten Temperaturen zu lagern – bis zu -70 °C. Werden diese Produkte nicht bei den vorgeschriebenen Temperaturen aufbewahrt, kann es zu einem Verlust der Wirksamkeit kommen, wodurch diese sehr teuren Behandlungen und Impfstoffe unbrauchbar werden.

Die Zusammenarbeit mit erfahrenen Designern und Herstellern von temperaturkontrollierten Verpackungen wird immer wichtiger, um mRNA-Biopharmazeutika auf den Markt zu bringen, da die Risiken, die mit einer falschen Kühlkette verbunden sind, viel zu groß sind, um sie einzugehen. Jeder Schritt, von der Forschung und Entwicklung über internationale Flüge bis hin zur lokalen Auslieferung auf der letzten Meile, muss die Rolle der Temperaturkontrolle berücksichtigen, um eine effektive mRNA-Auslieferung zu unterstützen.

Bei Intelsius entwerfen, testen und fertigen wir temperaturkontrollierte Verpackungen, die sich perfekt für den weltweiten Versand hochempfindlicher biologischer Präparate eignen – vom Großtransport bis hin zur Auslieferung auf der letzten Meile im kleinen Maßstab. Mit der zunehmenden Verbreitung von mRNA-Impfstoffen und -Behandlungen wird auch die Nachfrage nach unseren Produkten und Dienstleistungen steigen. Wir sind bereits aktiv an der Einführung der Impfstoffe Pfizer-BioNTech und Modern mRNA COVID-19 in Spanien beteiligt, wobei die Impfstoffe in unserer ORCA-Reihe temperaturkontrollierter Verpackungen transportiert werden.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie wir Ihre Kühlkettenanforderungen unterstützen können, sprechen Sie mit einem Mitglied unseres engagierten Kundendienstteams, indem Sie sich hier an Ihre lokale Niederlassung wenden.

Alternativ können Sie sich auch auf unserer Website über unsere ORCA-Produktreihe temperaturgeführter Verpackungen informieren.

Externe Referenzen

1. Science Direct (2019) – Three decades of messenger RNA vaccine development
2. European Commission (2020) – Five things you need to know about: mRNA vaccine safety
3. World Economic Forum (2020) – 5 charts that tell the story of vaccines today
4. UCLA Health (2020) – The fastest vaccine in history
5. The Guardian (2020) – How has a Covid vaccine been developed so quickly?
6. Pfizer (2020) – BEHIND THE SCIENCE: WHAT IS AN MRNA VACCINE?
7. Stat News (2020) – The story of mRNA: How a once-dismissed idea became a leading technology in the Covid vaccine race
8. Scitable (2008) – Chemical Structure of RNA
9. Stat News (2020) – The story of mRNA: How a once-dismissed idea became a leading technology in the Covid vaccine race
10. Labiotech (2017) – Results are in from the First Human Trial of an Universal Cancer Vaccine
11. Labiotech (2017) – Results are in from the First Human Trial of an Universal Cancer Vaccine
12. Labiotech (2017) – Results are in from the First Human Trial of an Universal Cancer Vaccine
13. Entrepreneur (2020) – Moderna Designed a Covid-19 Vaccine in Just Two Days Thanks to mRNA Technology
14. Forbes (2021) – The ‘New Normal’ And The Future Of Technology After The Covid-19 Pandemic
15. Healthline (2020) – New mRNA Technique Used on COVID-19 Vaccine May Lead to Flu, HIV Vaccinations
16. Healthline (2020) – New mRNA Technique Used on COVID-19 Vaccine May Lead to Flu, HIV Vaccinations

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