mRNA-Impfstoffe kamen erstmals während der Covid-19-Pandemie in großem Stil zum Einsatz. Inzwischen werden sie auch gegen zahlreiche weitere Krankheiten entwickelt, darunter gegen bestimmte Arten von Krebs. Ein wichtiger Inhaltsstoff dieser Vakzinen sind Lipid-Nanopartikel (LNPs), die die empfindliche mRNA vor dem Abbau schützen und ihren Eintritt in die Zellen erleichtern. Doch diese stabilisierenden Substanzen sind nur im gefrorenen Zustand stabil und verlieren aufgetaut innerhalb weniger Tage ihre Funktion.
Bislang müssen mRNA-Impfstoffe deshalb tiefgekühlt gelagert und transportiert werden. Das erschwert ihre Verbreitung in Regionen, in denen keine durchgehende Kühlung gewährleistet ist, und sorgt außerdem dafür, dass immer wieder große Mengen abgelaufener Impfstoffe entsorgt werden müssen.
Unterstützung durch KI-Algorithmus
Ein Team um Jinbi Tian vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) im Cambridge hat nun eine Möglichkeit gefunden, mRNA-Impfstoffe auch bei Raumtemperatur haltbar zu machen. Schon früher war es den Forschenden gelungen, bestimmte Lipid-Nanopartikel mit Hilfsstoffen wie Polymeren zu stabilisieren. Doch ausgerechnet bei den Lipid-Nanopartikeln, die in den mRNA-Impfstoffen von Moderna und Pfizer zum Einsatz kommen, scheiterte das Verfahren. „Wir haben versucht, Hilfsstoffe einzusetzen und zu testen, die wir zuvor erfolgreich zur Stabilisierung von LNPs verwendet hatten, aber es hat einfach nicht funktioniert“, erzählt Tians Kollegin Ana Jaklenec.
Um die Suche nach funktionierenden Hilfsstoffen zu beschleunigen, nutzte das Team einen eigens zu diesem Zweck entwickelten KI-Algorithmus namens AGENT („Algorithm-Guided Experimental Design for Lipid Nanoparticle Thermostabilization“). „AGENT gewinnt maximale Informationen aus spärlichen experimentellen Datensätzen und ermöglicht so eine effiziente Optimierung der Impfstoffzusammensetzung“, erklären die Forschenden. Der Algorithmus analysierte fast 50 von der FDA zugelassene Hilfsstoffe und schlug vielversprechende Kombinationen vor, die die Forschenden anschließend experimentell testeten.
Erfolgreiche Tests an Mäusen und Affen
Tatsächlich stießen Tian und ihr Team auf diese Weise auf eine Kombination, die auch Lipid-Nanopartikel stabilisiert, die in den Covid-19-Impfstoffen von Moderna und Pfizer vorkommen. Nach Zusatz der Hilfsstoffe ließen sich die Impfstoffe vakuumtrocknen. In diesem Zustand blieben sie bei Raumtemperatur ein Jahr lang haltbar, bei 37 Grad Celsius immerhin zwei Monate, wie weitere Tests ergaben. Mäuse, die diese warm gelagerten Trockenimpfstoffe erhielten, zeigten eine ebenso starke Immunantwort wie Artgenossen, die einen klassischen, flüssigen Impfstoff gegen Covid-19 erhielten.
In weiteren Versuchen demonstrierten die Forschenden zudem, dass sich die vakuumgetrockneten Impfstoffe auch für neuartige Verabreichungsformen eignen, darunter Impfstoffpflaster. Dabei gelangt der Impfstoff durch Mikronadeln in die Haut, sobald das Pflaster aufgeklebt wird. In Tests an Makaken erwies sich das Impfstoffpflaster als ebenso erfolgreich wie eine Impfung per Spritze. „Damit liefert unsere Studie unseres Wissens nach den ersten Nachweis für die erfolgreiche Verabreichung von mRNA-Impfstoffen per Impfstoffpflaster bei nichtmenschlichen Primaten“, schreibt das Team.
Einfache Lagerung und Verbreitung
Aus Sicht der Forschenden kann ihre Technik dabei helfen, neue mRNA-Impfstoffe zu erzeugen, die ungekühlt gelagert und transportiert werden können. „Im Vergleich zu Impfstoffen, die eine Kühlkette erfordern, könnten thermostabile Impfstoffe die Lagerkosten um schätzungsweise 71 bis 86 Prozent senken und die durch Verderb entstehenden Kosten um 50 Prozent oder mehr reduzieren“, erläutern Tian und ihre Kollegen. „Die Entwicklung von mRNA-LNP-Impfstoffen im festen Zustand ist ein entscheidender Schritt zur Verbesserung der Stabilität und Zugänglichkeit von mRNA-Impfstoffen.“
Quelle: Jinbi Tian (Massachusetts Institute of Technology, MIT, Cambridge, USA) et al., Nature Biotechnology, doi: 10.1038/s41587-026-03331-w
