Optimierte Nanopartikel ermöglichen mRNA-Impfungen zum Einatmen

Durch das Voranschreiten der Nanotechnologie könnten viele Impfungen in Zukunft ohne Injektionen durchgeführt werden. Verschiedene Forschungsgruppen zeigen, dass intranasale Impfungen, also zum Einatmen über die Nase, möglich sind. Die Nanopartikel würden teilweise sogar stärkere Immunantworten liefern als intramuskuläre Injektionen.

Nachdem Grippeimpfungen für Kinder seit 2013 per Nasenspray – allerdings als Lebendimpfungen mit Virusteilchen – möglich sind, ist dies nun auch für andere und komplexere Impftechnologien dank Nanopartikeln kein Hindernis mehr. Kürzlich veröffentlichte ein Forscherteam der renommierten Yale University, dass sie bei Mäusen erfolgreich mRNA-COVID-19-Wirkstoff über die Nasenschleimhaut verabreichten.

Dem Weg des Erregers folgend

„Indem wir den Impfstoff auf die gleiche Weise [wie den Erreger] verabreichen, versuchen wir, die besonderen Eigenschaften der Schleimhautimmunität zu induzieren, die eine schützende Immunreaktion hervorrufen“, erklärt der Korrespondenzautor Dr. Mark Salzman in einer vorherigen Publikation zur gleichen Thematik.

Schleimhäute schützen alle wichtigen Körperstellen, die mit der Außenwelt in Berührung kommen, wie Mund, Nase, Lunge oder Darm. So sind Nasen- und Lungenschleimhäute natürliche Barrieresysteme, welche die erste Hürde für eingeatmete Krankheitserreger darstellen, bevor diese in den Körper eindringen können. Daher enthalten die Schleimhäute besonders effektive Immunzellen. Diese wollen Forscher mit den vorgestellten intranasalen mRNA-Wirkstoffen gegen SARS-CoV-2 erreichen.

Zudem ist laut den Forschern sinnvoll, Wirkstoffe über die Nasenschleimhäute zu applizieren, da es dem natürlichen Infektionsweg von Viren bei Atemwegserkrankungen ähnlicher sei als eine Injektion ins Muskelgewebe.

mRNA-Corona-Wirkstoffe direkt in die Lunge

In der im Fachjournal „Science“ veröffentlichten Studie beschreiben die Autoren „optimierte Nanopartikel aus Poly(amin-co-ester)“, die in der Lage waren, mRNA erfolgreich über die nasale Schleimhaut in die Lungen zu transportieren. Die Partikel bezeichneten die Forscher als Polyplexe. Die mRNA, die die Forscher verwendeten, isolierten sie direkt aus den COVID-19-Injektionen von Pfizer.

„Wir wendeten diese Technologie an, um einen mucosalen Impfstoff gegen SARS-CoV-2 zu entwickeln, und stellten fest, dass die intranasale Impfung mit Spike-Protein-kodierenden mRNA-Polyplexen eine starke zelluläre und humorale adaptive Immunität auslöste und infektionsgefährdete Mäuse vor einer tödlichen Virusinfektion schützte“, so die Forscher in der Studie.

Die Wissenschaftler beschreiben zudem eine hohe Lungengängigkeit der Wirkstoffe, insbesondere „in Epithelzellen und antigen-präsentierenden Zellen“. Zugelassene nasale Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 gibt es bereits seit 2022 in China und Indien. Diese beinhalten jedoch keine künstlich hergestellten Nanopartikel als Drug-Delivery-Systeme, sondern modifizierte Adenoviren.

Verschiedene Nanopartikel für verschiedene Wirkstoffe

Während die Forscher der Yale University Polymernanopartikel mit mRNA für ihre Arbeit herstellten, ist dies jedoch nur eine von vielen Varianten. Ein finnisches Forscherteam präsentierte bereits 2021 einen COVID-19-Wirkstoff zum Einatmen. Dieser basierte auf Graphenoxid-Nanopartikeln, die mit dem Polymer Polyethylenimin funktionalisiert waren. Epoch Times berichtete.

Auch sind Grippe und COVID-19 nicht die einzigen Infektionen, bei den Impf- beziehungsweise Wirkstoffe künftig über die Nase appliziert werden sollen. Im September 2023 veröffentlichte eine australische Forschergruppe in der Fachzeitschrift „Nature Communications“, dass auch eine Impfung gegen schwere Verläufe von Streptokokken-A-Infektionen über die Nasenschleimhaut möglich sei. Sie verwendeten dafür modifizierte Liposomen als Nano-Drug-Delivery-Systeme für Proteine, die eine Immunreaktion auslösen sollen.

Aktuell gibt es gegen Infektionen, die durch Streptokokken A ausgelöst werden, wie beispielsweise Rachen-, Mandel- und Mittelohrentzündungen, keine Impfstoffe.

Während sich die Veröffentlichung vom September noch auf Tierstudien stützt, werden die nasalen Impfstoffe gegen Streptokokken A nach Angaben der Forscher bereits in klinischen Studien am Menschen getestet.

Sicherheitsprofil der Nanopartikel „noch nicht vollständig geklärt“

Während immer mehr Forschungsgruppen zeigen, dass Impfungen zum Einatmen möglich sind und Immunreaktionen auslösen, sind die Langzeitfolgen für Partikel im Nanobereich, die über die Nase in die Lunge geraten, noch nicht vollständig geklärt.

Einen ähnlichen Standpunkt bezieht die Europäische Union auf ihrer Website für öffentliche Gesundheit. Demnach gibt es zu Nanopartikeln noch einige offene Fragen und mögliche Gesundheitsprobleme. Konkret heißt es:

Frühere Studien zur Luftverschmutzung, bei der es sich um Mikropartikel bis zum Nanobereich handeln kann, deuten darauf hin, dass hergestellte Nanopartikel das kardiovaskuläre System, das Herz und die Blutgefäße beeinträchtigen könnten, auch wenn die genauen Mechanismen noch nicht vollständig geklärt sind.“

Ob dies jedoch bei gezielt im Labor hergestellten Nanopartikeln aus Polymeren oder Lipiden, auch der Fall ist, sei bisher nicht bekannt. So heißt es auf der Website weiter: „Es gibt jedoch noch keine eindeutigen Beweise dafür, dass dieses Risiko von hergestellten Nanopartikeln ausgeht. Es werden weitere Informationen benötigt, um diese Möglichkeit besser zu verstehen.“

Aktuelle Studien aus dem Jahr 2023 zeigen indes mögliche Schäden durch Nanopartikel in der Lunge. Die Auslösung von Entzündungen hänge – laut den bisherigen Erkenntnissen – stark vom Material und der exakten Größe der Nanopartikel ab.