Die nächste Impfstoffrevolution

mRNA-Impfstoffe revolutionierten die Infektionskrankheitsmedizin während der COVID-19-Pandemie und zeigten, dass die Technologie mit beispielloser Geschwindigkeit entwickelt, hergestellt und eingesetzt werden konnte. Aber mRNA-Impfstoffe haben echte Einschränkungen – sie erfordern Kühlkettentechnik, die die Verteilung in ressourcenarm ausgestatteten Umgebungen erschwert, ihre Immunantworten können relativ schnell nachlassen, und ihre Herstellung ist komplex, was die Produktionskapazität einschränkt.

Forscher glauben, dass der nächste Sprung aus einer überraschenden Richtung kommen könnte: DNA-Origami. Wissenschaftler testen nun eine Plattform namens DoriVac, die gefaltete DNA-Nanostrukturen – geometrische Formen, die aus DNA-Strängen mit nahezu atomarer Präzision zusammengesetzt sind – nutzt, um Antigene dem Immunsystem auf eine Weise zuzuführen, die stärkere und haltbarere Reaktionen als herkömmliche Ansätze erzeugt.

Wie DNA-Origami bei Impfstoffen funktioniert

DNA-Origami ist eine Technik, bei der einzelsträngige DNA in präzise zweidimensionale und dreidimensionale Formen gefaltet wird, wobei komplementäre kurze DNA-Stränge als Klammern verwendet werden. Die resultierenden Nanostrukturen können so konzipiert werden, dass sie fast jede Geometrie haben, und können mit Proteinen, kleinen Molekülen oder anderen biologischen Nutzlasten an spezifischen, programmierbaren Stellen funktionalisiert werden.

In der DoriVac-Plattform werden diese Nanostrukturen mit antigenischen Proteinen geladen, die in Mustern angeordnet sind, die der Anordnung von Antigenen auf der Oberfläche echter Viren ähneln. Diese räumliche Anordnung ist entscheidend. Die B-Zellen des Immunsystems reagieren kräftiger auf Antigene, die in wiederholten, geordneten Arrays angezeigt werden – ähnlich wie die Oberflächenproteine eines echten Erregers – als auf Antigene in Lösung.

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Frühe Ergebnisse

In frühen Studien an Mäusen und Modellen menschlicher Immunzellen erzeugte DoriVac sowohl starke Antikörperreaktionen als auch robuste T-Zell-Reaktionen. Die T-Zell-Reaktion ist besonders bemerkenswert: mRNA-Impfstoffe zeichnen sich durch Antikörperreaktionen aus, haben aber variable Erfolge bei der Erzeugung von T-Zell-Immunität, die besonders wichtig für die Beseitigung etablierter Infektionen und die Bereitstellung von Langzeitschutz ist.

Die Forscher berichteten, dass die strukturierte Antigenpräsentation von DoriVac die dendritischen Zellen – die professionellen Antigen-präsentierenden Zellen des Immunsystems – effektiver aktivierte als Antigene in löslicher Form. Die Aktivierung dendritischer Zellen ist ein Schlüsselbottleneck bei der Erzeugung starker T-Zell-Reaktionen.

Herstellungsvorteile

Über die immunologische Leistung hinaus könnte die DoriVac-Plattform bedeutende Herstellungsvorteile gegenüber mRNA-Impfstoffen bieten. DNA ist chemisch stabiler als RNA, was die Kühlkettenanforderungen reduziert und die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen verlängert. Die Synthese von DNA-Nanostrukturen kann mit vorhandener DNA-Syntheseinfrastruktur durchgeführt werden und erfordert nicht die spezialisierte Lipid-Nanopartikel-Formulierung, auf die mRNA-Impfstoffe angewiesen sind.

Forscher weisen auch darauf hin, dass das modulare Design von DNA-Origami-Nanostrukturen die Plattform inhärent anpassungsfähig macht. Das Ändern des Antigenzwecks erfordert die Änderung der angehängten Nutzlast statt einer Neugestaltung des zugrunde liegenden Abgabesystems – eine Eigenschaft, die eine schnelle Reaktion auf neue Bedrohungen durch Infektionskrankheiten ermöglichen könnte.

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Weg zu klinischen Studien

Die DoriVac-Plattform befindet sich noch im präklinischen Stadium, mit erheblichen offenen Fragen über ihr Verhalten bei menschlichen Probanden und ihre Skalierbarkeit auf Pandemie-Produktionsniveau. Die Forscher konzentrieren sich auf Krankheiten, bei denen die Einschränkungen der bestehenden Impfstofftechnologie am stärksten sind – HIV, Ebola und COVID-19-Varianten – als Prioritäten der klinischen Entwicklung.

Die HIV-Impfstoffentwicklung hat das Gebiet vier Jahrzehnte lang herausgefordert, wobei die Schwierigkeit, breit neutralisierende Antikörper gegen die schnell mutierende Oberflächenproteine des Virus zu erzeugen, das zentrale Hindernis bleibt. Der DoriVac-Ansatz zur strukturierten Antigenpräsentation ist eine von mehreren Strategien, die Forscher zur Überwindung dieses Hindernisses verfolgen.

Dieser Artikel basiert auf Berichten von Science Daily. Lesen Sie den Originalartikel.

Originally published on sciencedaily.com