Immunologische Revolution: Wie mRNA-Technologie die Medizin verändert

Die Messenger-RNA (mRNA) ist eine essenzielle Form der Ribonukleinsäure, die eine zentrale Rolle bei der Übertragung genetischer Information spielt und alle zellulären Prozesse unterstützt. Öffentliche Bekanntheit erlangte sie als Vakzin während der Corona-Pandemie – doch damit ist ihr Potenzial noch lange nicht ausgeschöpft.

Messenger-RNA: Die Boten-RNA im Überblick

mRNA fungiert als „Botenmolekül“ im Körper und überträgt die genetische Information, die in der DNA im Zellkern gespeichert ist, zu den Ribosomen, den „Fabriken“ der Zelle im Zytoplasma. Die Ribosomen verwenden diese Information, um Proteine herzustellen, die als Moleküle für Wachstum, Reparatur, und nahezu alle biochemischen Prozesse im Körper notwendig sind.

Der Weg der mRNA: Vom Zellkern zu den Ribosomen

Der Prozess beginnt, wenn ein Abschnitt der DNA, der für ein bestimmtes Protein kodiert, im Zellkern in eine mRNA-Sequenz umgeschrieben wird. Diese Umschreibung wird Transkription genannt. Die resultierende mRNA enthält alle notwendigen Informationen, um das jeweilige Protein zu bauen. Einmal gebildet, verlässt die mRNA den Zellkern und tritt ins Zytoplasma über, wo sie zu den Ribosomen wandert. Hier wird die mRNA gelesen und in ein Protein übersetzt – ein Prozess, der als Translation bekannt ist.

Die Bedeutung der Proteine und die Funktion der mRNA

Proteine sind die vielseitigen „Arbeiter“ der Zelle und übernehmen eine Vielzahl von Funktionen:

• Strukturelle Komponenten: Sie geben der Zelle Form und Stabilität.
• Enzyme: Sie katalysieren chemische Reaktionen, die für die Zellfunktionen notwendig sind.
• Transportmoleküle: Sie bewegen wichtige Stoffe innerhalb der Zelle oder durch den Körper.
• Hormone und Botenstoffe: Sie regulieren physiologische Prozesse und ermöglichen die Kommunikation zwischen Zellen.

Ohne mRNA könnten die Ribosomen keine Proteine synthetisieren, da ihnen die Baupläne fehlen würden. Die mRNA fungiert als temporäres Informationsmolekül, das nach seinem Einsatz abgebaut wird, was eine präzise und zeitlich gesteuerte Proteinproduktion ermöglicht.

Eine lange Geschichte der Rückschläge

Die Idee, Ribonukleinsäure (RNA) als therapeutisches Werkzeug zu nutzen, entstand bereits vor Jahrzehnten. In den 1970er Jahren begannen Wissenschaftler, RNA in ihren verschiedenen Formen zu erforschen und über mögliche Anwendungen zur Bekämpfung von Krankheiten nachzudenken.

Die frühe Forschung

RNA ist ein hochfragiles Molekül, das im Gegensatz zur stabileren DNA sehr anfällig für Abbauprozesse ist. Es wird leicht von Enzymen wie RNasen angegriffen und innerhalb kürzester Zeit in inaktive Bruchstücke zerlegt. In der Umgebung und im Körper überlebt RNA daher nur sehr kurze Zeit, was ein zentrales Problem darstellte. Zudem führte die Verabreichung von RNA in den frühen Experimenten oft zu unerwünschten Immunreaktionen.

Der menschliche Körper erkennt fremde RNA oft als Bedrohung, da Viren RNA als genetisches Material nutzen. Diese Immunreaktionen machten es schwierig, RNA sicher in den Körper einzubringen, ohne dass sie eine entzündliche oder anderweitig schädliche Reaktion auslöste. Die RNA musste zudem sicher in die Zellen gelangen, um ihre Wirkung zu entfalten. Die Entwicklung geeigneter „Träger“ oder Vehikel, die die RNA schützen und gezielt an den Bestimmungsort bringen konnten, erwies sich als komplexe Herausforderung.

Fortschritte in den 1990er und 2000er Jahren: Die Suche nach Stabilität und Verträglichkeit

Bis in die 1990er Jahre galt RNA als zu instabil und unzuverlässig für eine medizinische Anwendung. Ein Durchbruch kam mit der Entdeckung der chemischen Modifikation von RNA. Indem bestimmte Bausteine der RNA, wie Nukleoside, chemisch verändert wurden, konnte die Stabilität der Moleküle erhöht und die Immunreaktionen verringert werden.

Die Chemikerin Katalin Karikó und der Immunologe Drew Weissman leisteten bahnbrechende Arbeiten auf diesem Gebiet und erhielten 2023 den Medizin-Nobelpreis für ihre Forschung. Sie fanden heraus, dass durch den Austausch natürlicher Nukleoside (etwa Uridin) gegen synthetische Nukleosid-Analoga (zum Beispiel Pseudouridin) die RNA von den Zellen toleriert und die Immunreaktion unterdrückt werden konnte. Das ermöglichte es, die mRNA länger im Körper zu halten und ihre Abbauzeit zu verlängern, sodass sie effektiv als „Anleitung“ für Proteinproduktion in Zellen fungieren konnte.

Um die RNA sicher und effektiv in Zellen zu transportieren, entwickelten Wissenschaftler spezielle Trägersysteme, wie etwa Lipidnanopartikel. Diese winzigen Fettpartikel umhüllen die RNA und schützen sie vor enzymatischem Abbau. Lipidnanopartikel wirken jedoch nicht nur als Schutzschicht, sondern helfen auch, die RNA durch die Zellmembran zu schleusen. Der Durchbruch kam, als diese Nanopartikel präzise für die Anwendung im Körper angepasst wurden, um die mRNA sicher in die Zielzellen zu bringen, wo sie ihre Wirkung entfalten konnte.

Der Wendepunkt in der COVID-19-Pandemie

Trotz dieser Fortschritte blieb die mRNA-Technologie eine Nischenforschung mit begrenzten Anwendungen. Die Aussicht, die mRNA für Impfstoffe oder Medikamente zu verwenden, war zwar bekannt, aber die tatsächliche Umsetzung schien nur bei seltenen, schwer behandelbaren Krankheiten rentabel.

Erst mit dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie änderte sich alles. Die globale Krise und die Notwendigkeit, schnell und effizient einen Impfstoff zu entwickeln, rückten die mRNA-Technologie in den Mittelpunkt. Die Kombination aus ihrer Flexibilität und der Möglichkeit, eine starke Immunantwort hervorzurufen, machte sie zur perfekten Lösung im Kampf gegen das Virus.

Die COVID-19-Pandemie führte dazu, dass die mRNA-Technologie erstmals breit angewendet und vom öffentlichen Bewusstsein wahrgenommen wurde. Sie bewies zum einen, dass sie in der Lage war, einen effektiven und sicheren Impfstoff zu erzeugen, und zum anderen, dass sie schneller als herkömmliche Methoden zur Verfügung stehen konnte. Angesichts der globalen Pandemie wurde 2020 zum ersten Mal die Zulassung für eine mRNA-Impfung am Menschen erteilt. Somit konnte die Technologie endlich aus der Nische heraustreten und bewies ihre Praktikabilität und ihr Potenzial für die Behandlung und Prävention einer Vielzahl von Krankheiten.

Die Forschung geht weiter: Headhunter bringen Medizin und Forschung voran

Die Zulassung der ersten mRNA-Impfstoffe war nur der Startschuss für die Forschung. Nachdem sich gezeigt hat, dass die Boten-RNA funktioniert, sind die Weichen für weitere Anwendungsgebiete gestellt worden. Um Experten für diese Bereiche zu finden, werden Headhunter in Medizin, Pharmazie und Biologie eingesetzt. Aufgrund der guten Vernetzung, verschiedener Programme und spezifischer Algorithmen können Headhunter für Medizin, Gesundheitswesen und Life Sciences oft schnell auf Experten in der Forschung zurückgreifen und diese vermitteln.

Von der Grundlagenforschung zur therapeutischen Anwendung

Die mRNA-Technologie beruht auf der Möglichkeit, künstliche mRNA-Moleküle zu synthetisieren und gezielt für therapeutische Zwecke zu nutzen. Diese künstliche mRNA kann spezifische genetische Informationen transportieren, die eine gewünschte biologische Reaktion im Körper auslösen, ohne das Erbgut dauerhaft zu verändern. Damit ist sie eine der sichersten biotechnologischen Innovationen in der modernen Medizin.

Die synthetische mRNA, die in Impfstoffen und Medikamenten verwendet wird, besteht aus einem sorgfältig hergestellten RNA-Strang, der die Bauanleitung für ein bestimmtes Protein enthält, das eine Immunantwort auslösen oder eine gezielte therapeutische Wirkung erzielen soll. Bei mRNA-Impfstoffen wird beispielsweise der genetische Bauplan für ein Protein eines Erregers (wie das Spike-Protein bei COVID-19) in die Zellen transportiert. Diese produzieren das Protein und präsentieren es dem Immunsystem, sodass der Körper lernt, das echte Virus zu erkennen und abzuwehren, falls eine Infektion auftritt.

Funktionsweise der mRNA-Technologie: Ein „Update“ für das Immunsystem

Anders als traditionelle Impfstoffe, die oft auf abgetötete oder abgeschwächte Viren oder Teile von ihnen setzen, führt die mRNA-Technologie eine völlig neue Methode ein: Statt das Immunsystem auf direktem Wege mit einem Erreger in Berührung zu bringen, erhält der Körper eine „Anweisung“ in Form der mRNA, selbst ein ungefährliches Protein des Erregers zu produzieren. Das Immunsystem erkennt dieses Protein als fremd und entwickelt eine spezifische Immunantwort – der Körper ist dann vorbereitet, falls er jemals dem echten Erreger begegnet. Dieser Prozess läuft in zwei zentralen Phasen ab:

• T-Zell-Antwort: T-Zellen, eine Art weißer Blutkörperchen, erkennen infizierte oder fremde Zellen und zerstören diese. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Koordination der Immunantwort und bei der Eliminierung von Zellen, die fremde Proteine (wie das Spike-Protein) tragen.
• B-Zell-Antwort und Antikörperproduktion: B-Zellen sind ebenfalls Teil des Immunsystems und produzieren spezifische Antikörper gegen das Spike-Protein. Diese Antikörper binden an das Protein und neutralisieren es, wodurch eine Vermehrung des Virus verhindert wird.

Diese „Programmierung“ des Immunsystems, wie man es nennen könnte, bringt verschiedene Vorteile. Da die mRNA direkt als Bauplan verwendet wird, kann ein Impfstoff innerhalb von Wochen entworfen und hergestellt werden. Das erwies sich während der COVID-19-Pandemie als entscheidender Vorteil. Die mRNA-Technologie ermöglicht es zudem, sehr spezifische Proteine zu produzieren, was gezielte Immunantworten und individualisierte Behandlungsansätze ermöglicht. Da keine lebenden oder abgeschwächten Viren verwendet werden, ist das Risiko unerwünschter Nebenwirkungen geringer.

Revolutionäre Eigenschaften der mRNA-Technologie

Warum wird mRNA als revolutionär angesehen? Herkömmliche Impfstoffe und Therapien beruhen auf Prinzipien, die entweder auf abgetöteten oder abgeschwächten Erregern basieren oder Proteinfragmente eines Virus enthalten, die das Immunsystem als „Lernmaterial“ nutzt. Die mRNA-Technologie hingegen nutzt den Körper selbst als Fabrik, um die benötigten Proteine für das Training des Immunsystems herzustellen. Diese Methode überspringt mehrere Schritte und bietet eine schnellere, sicherere und effektivere Art der Immunisierung und Therapie.

Die direkte „Anweisung“ an die Zellen ist nicht nur schneller, sondern auch flexibler. mRNA lässt sich relativ einfach modifizieren, sodass man sie rasch an neue Virusstämme anpassen oder für andere therapeutische Zwecke einsetzen kann. Das könnte eine entscheidende Rolle bei zukünftigen Pandemien oder bei Krankheiten spielen, für die bisher keine effektive Behandlung existiert.

mRNA-Mittel: Was es bereits gibt und was kurz vor der Zulassung steht

Die mRNA-Technologie hat sich seit der Zulassung der ersten COVID-19-Impfstoffe zu einer der vielversprechendsten Plattformen für die Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe entwickelt. Die Fähigkeit, mRNA gezielt für verschiedene Anwendungen zu modifizieren, eröffnet weitreichende Möglichkeiten, die über den Infektionsschutz hinausgehen und auch auf komplexe, schwer behandelbare Krankheiten abzielen. Der Stand der mRNA-basierten Mittel umfasst heute sowohl bereits zugelassene Anwendungen als auch vielversprechende Entwicklungen, die kurz vor der Zulassung stehen.

COVID-19-Impfstoffe

Die COVID-19-Impfstoffe von BioNTech/Pfizer (Comirnaty) und Moderna (Spikevax) waren die ersten mRNA-Impfstoffe, die weltweit für eine breite Anwendung zugelassen wurden. Diese Impfstoffe wurden speziell zur Bekämpfung des SARS-CoV-2-Virus entwickelt und erwiesen sich als hochwirksam bei der Verhinderung schwerer Krankheitsverläufe. Die mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19 sind eine der ersten praktischen Anwendungen, bei denen das Potenzial der mRNA-Technologie voll ausgeschöpft wurde.

mRNA-Impfstoffe gegen Influenza

Traditionelle Grippeimpfstoffe basieren auf inaktivierten oder abgeschwächten Viren und erfordern eine jährliche Anpassung, da das Grippevirus schnell mutiert. Das führt häufig zu zeitlichen Verzögerungen und Unsicherheiten bezüglich der Wirksamkeit, da sich die Grippevirusstämme jedes Jahr ändern. Die mRNA-Plattform erlaubt es, Impfstoffe zügig auf neu auftretende Grippevirusstämme anzupassen. In den USA und Europa laufen derzeit klinische Studien für mRNA-basierte Grippeimpfstoffe, die eine flexiblere und effektivere Alternative zu den traditionellen Impfstoffen darstellen könnten.

mRNA-Impfstoffe könnten eine stärkere Immunantwort hervorrufen, die auch gegen verschiedene Grippevarianten schützt. Das könnte die Wirksamkeit der Grippeimpfung, die bei herkömmlichen Impfstoffen oft nur 40 bis 60 Prozent beträgt, potenziell steigern.

Weitere (potenzielle) mRNA-Impfstoffe

Neben Influenza gibt es intensive Forschungsbemühungen, mRNA-Impfstoffe für andere Viruserkrankungen zu entwickeln.

• Zika: Der Zika-Virus hat besonders in tropischen und subtropischen Regionen schwerwiegende Auswirkungen, insbesondere bei Schwangeren, da das Virus zu Fehlbildungen bei Neugeborenen führen kann. Ein mRNA-basierter Impfstoff könnte die schnelle Produktion und Verteilung eines Zika-Impfstoffs in betroffenen Regionen ermöglichen.
• HIV: Die Suche nach einem wirksamen HIV-Impfstoff stellt eine der größten Herausforderungen der modernen Medizin dar. Die mRNA-Technologie könnte hier einen Durchbruch erzielen, indem sie das Immunsystem auf die vielfältigen Mutationen des HIV-Virus vorbereitet.
• RSV: Das Respiratorische Synzytial-Virus verursacht Atemwegserkrankungen, die vor allem bei Kleinkindern und älteren Menschen gefährlich sind. In der EU ist eine mRNA-Impfung gegen RSV für Erwachsene seit 08/2024 zugelassen, bei Kindern befindet sich die Entwicklung in der Phase-II-Studie.
• Borreliose: Derzeit arbeitet die Forschung an der Entwicklung eines mRNA-Impfstoffs gegen Borreliose. Die Krankheit wird nicht über Viren, sondern Bakterien übertragen, weshalb es bisher noch keine Impfung dagegen gibt. Momentan befindet sich der Impfstoff in der Entwicklungsphase I/II.
• CMV-Infektion (Cytomegaloviren-Infektion): Das Cytomegalievirus zählt zu den Herpesviren und ist weltweit verbreitet, mit einer Infektionsrate von 40 bis 90 Prozent in der Bevölkerung. Bei gesunden Menschen verläuft eine Infektion oft ohne Symptome. Wird jedoch ein ungeborenes Kind während der Schwangerschaft infiziert, kann das zu schweren gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Die Entwicklung eines mRNA-Impfstoffs gegen CMV ist mit Frauen zwischen 16 und 40 Jahren aktuell in Phase III.

Da die mRNA-Technologie bereits bei COVID-19 ihre Flexibilität und Wirksamkeit bewiesen hat, wird erwartet, dass in naher Zukunft mehrere dieser Impfstoffe auf den Markt kommen.

mRNA-Technologie als Plattform für andere Erkrankungen

Neben der Anwendung als Impfstoff bietet die mRNA-Technologie ein enormes Potenzial für die Therapie und Prävention einer Vielzahl von Krankheiten, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer behandelbar sind.

Krebsbehandlung

Ein vielversprechender Ansatz in der Krebsmedizin ist die Entwicklung personalisierter mRNA-Impfstoffe, die das Immunsystem gezielt gegen spezifische Tumorzellen mobilisieren. Jeder Tumor hat ein eigenes, einzigartiges Antigenmuster. Mit der mRNA-Technologie könnten individuelle Antigene von Tumorzellen kodiert werden, um eine maßgeschneiderte Immunantwort gegen den Krebs zu ermöglichen.

Die mRNA könnte als Immuncheckpoint-Inhibitor verwendet werden, um Proteine herzustellen, die das Immunsystem anregen oder „anweisen“, die Schutzmechanismen der Tumorzellen zu durchbrechen und gezielt zu bekämpfen.

Genetische Erkrankungen

Bei genetischen Erkrankungen, bei denen bestimmte Proteine aufgrund von Genmutationen fehlen oder fehlerhaft sind, könnte mRNA gezielt die Produktion dieser Proteine anregen. Ein Beispiel ist der mRNA-basierte Ansatz zur Behandlung von Mukoviszidose, einer Erbkrankheit, die durch eine Mutation im CFTR-Gen verursacht wird und zu einer fehlerhaften Salz-Wasser-Regulierung in Zellen führt. Durch die Verabreichung von mRNA, die das gesunde CFTR-Gen codiert, könnte die richtige Form des Proteins in die Lunge des Patienten eingebracht werden, was die Symptome der Erkrankung lindern könnte.

Da mRNA keine dauerhafte genetische Veränderung bewirkt, eignet sie sich ideal, um zeitlich begrenzte therapeutische Effekte zu erzielen, ohne in das Erbgut der Zelle einzugreifen.

Therapien für Autoimmunerkrankungen und chronische Entzündungen

Autoimmunerkrankungen wie Rheumatoide Arthritis, Multiple Sklerose und Lupus sind Krankheiten, bei denen das Immunsystem körpereigene Zellen angreift. Aktuelle Therapien zielen darauf ab, das Immunsystem generell zu unterdrücken, was jedoch das Risiko für Infektionen erhöht und Nebenwirkungen verursachen kann.

Die mRNA-Technologie könnte in Zukunft dazu genutzt werden, das Immunsystem gezielt zu regulieren, anstatt es vollständig zu unterdrücken. Spezielle mRNA-Sequenzen könnten produziert werden, die Immunzellen so „umprogrammieren“, dass sie bestimmte entzündungsfördernde Moleküle blockieren oder die Produktion entzündungshemmender Stoffe anregen.

Durch gezielte Beeinflussung von Immunzellen könnte mRNA dabei helfen, Autoimmunreaktionen abzuschwächen und das Immunsystem so zu „rekalibrieren“, dass es keine gesunden Zellen mehr angreift. Das könnte zu einer neuen Art von Therapie führen, die spezifischer und sicherer ist als herkömmliche immunsuppressive Behandlungen.

mRNA: Das Fundament der Medizin von morgen

In den kommenden Jahrzehnten könnte mRNA zu einer Standardtherapie für zahlreiche Krankheiten werden und die Art und Weise, wie Medizin betrieben wird, grundlegend verändern:

• Standardisierung der Technologie: Mit der Weiterentwicklung der mRNA-Technologie könnten Standards etabliert werden, die es ermöglichen, mRNA-basierte Therapien noch schneller und sicherer zu entwickeln. Dieser Standardisierungsprozess könnte auch die Kosten senken und den Zugang zu mRNA-basierten Behandlungen weltweit erleichtern.
• Integration in die Routineversorgung: Während mRNA derzeit vor allem in Notfallsituationen wie der COVID-19-Pandemie im Vordergrund steht, könnten sich mRNA-Medikamente und Impfstoffe allmählich als fester Bestandteil der Gesundheitsversorgung etablieren. Therapien gegen häufige Krankheiten wie Krebs, Grippe oder genetische Störungen könnten eines Tages routinemäßig mRNA nutzen.
• Fortschritt durch interdisziplinäre Zusammenarbeit: Die mRNA-Technologie zeigt eindrucksvoll, wie wichtig die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Disziplinen der Biologie, Chemie, Pharmazie und Medizin ist. In Zukunft könnte die Forschung an mRNA-Produkten durch eine noch engere Vernetzung dieser Disziplinen weiter beschleunigt werden.

Die Aussicht, maßgeschneiderte, präzise und temporär wirkende Behandlungen zu entwickeln, stellt eine völlig neue Dimension der Medizin dar und ermöglicht eine bisher unvorstellbare Anpassung an individuelle Patientenerfordernisse. In den nächsten Jahrzehnten könnte mRNA zur Grundlage zahlreicher Therapien und Impfungen werden, wodurch die Gesundheitsversorgung auf globaler Ebene nachhaltiger und patientenorientierter wird.

20.11.2024

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