Ein RNA- oder auch mRNA- (Messenger-RNA) Impfstoff ist eine neue Art von Impfstoff, der Fragmente der viralen mRNA (Ribonukleinsäure) in menschliche Zellen einschleust, die so umprogrammiert werden, dass sie Pathogenantigene (wie virale Proteinspikes oder Krebsantigene) produzieren, die dann eine adaptive Immunantwort gegen den Erreger stimulieren.
Zu den wichtigsten Vorteilen von RNA-Impfstoffen gegenüber herkömmlichen Proteinimpfstoffen gehören vor allem die potenziell höhere Produktionsgeschwindigkeit bei geringeren Kosten sowie die Induktion zellulärer und humoraler Immunität. Die relativ hohe Fragilität des mRNA-Moleküls erfordert jedoch eine möglichst ununterbrochene und konstante Kühlkette bei der Verteilung sowie Lagerung bei niedrigen Temperaturen und kann die effektive Wirksamkeit aufgrund unzureichender Dosierung beeinträchtigen.
Obwohl die RNA-Produktion „in vitro“ (außerhalb eines Organismus) mit anschließender Translation „in vivo“ (in einem Organismus) bereits 1990 erstmals beschrieben und RNA-Impfstoffe schon 1994 bei Mäusen verwendet wurden, waren mRNA-Impfstoffe für den Einsatz bei Menschen noch zu Beginn des Jahres 2020 nahezu exklusiv Gegenstand lediglich experimenteller und theoretischer Erörterung und Forschung.
Durch die globale Corona-Pandemie erleben mRNA-Impfstoffe eine Renaissance
Doch im Verlauf sowie unter dem Eindruck der ab März/April 2020 global grassierenden Corona- bzw. COVID-19-Pandemie wird dem Einsatz von mRNA-Impfstoffen zur möglichst mittel- und langfristigen oder gar permanenten Immunisierung anhand der Einschleusung von Antigen-mRNA in die Zellen (Transfektionsreagenz) gegen diese sowie weitere virale Infektionskrankheiten weltweit viel Beachtung geschenkt und Bedeutung beigemessen. Im Moment (November 2020) warteten zwei neue mRNA-Impfstoffe auf die Notfallzulassung als COVID-19-Impfstoffe: Namentlich sind dies „MRNA-1273“ aus den Laboren des US-amerikanischen Biotechnologieunternehmen „Moderna“ und „BNT162b2“ als das Ergebnis der Kooperation zwischen dem deutschen Pionier für Immuntherapien „BioNTech“ mit Sitz in Mainz sowie dem in New York City (USA) ansässigen Pharmakonzern „Pfizer“.
Obwohl die beabsichtigte und forcierte schnelle Zulassung beider Präparate angesichts der relativ kurzen Entwicklungsphase und nur lückenhaften Datenlage von vielen Wissenschaftlern und Medizinern rund um den Globus recht kritisch und kontrovers beurteilt wird, weisen sie jedoch in bisherigen Studien jeweils deutlich über 90 Prozent Wirksamkeit auf und werden somit als äußerst vielversprechend eingestuft.
Siehe: Was ist ein Immunitätsausweis?
mRNA-Impfstoff-Entwicklung: Selten wurde die Entwicklung von neuen Impfstoffen so schnell vorangetrieben
Während „Moderna“ bereits im Januar 2020 die Entwicklung seines Impfstoffs „MRNA-1273“ zur Induktion von Immunität gegen SARS-CoV-2 ankündigte und die Phase I-Humanstudie in Partnerschaft mit dem „US National Institute of Allergy and Infectious Diseases“ und „U.S. Department of Health and Human Services“ im März 2020 begann, folgten „BioNTech“ und „Pfizer“ mit der öffentlichen Bekanntgabe von „BNT162b2“ erst im April desselben Jahres. Beide Unternehmen haben seither Millionen von staatlichen Fördergeldern erhalten und auch der jeweilige Aktienkurs ist im Verlauf des Jahres 2020 deutlich und teils sprunghaft gestiegen.
Nach ihrem Abschluss der Phase II-Humanstudie im Oktober 2020 („Moderna“) bzw. November 2020 („BioNTech“) durchlaufen die beiden Impfmittel zurzeit die entsprechende Phase III mit jeweils 30.000 Probanden. Erkenntnisse aus den vorherigen Phasen klassifizieren „BNT162b2“ als ein stark RBD-bindendes Immunglobulin G, dessen neutralisierende Antikörperreaktion sieben Tage nach einer Boosterdosis ihren Höhepunkt erreicht sowie robuste Reaktionen der CD4+- und CD8+-T-Zellen und noch unbestimmte Haltbarkeit aufweist.
Bislang bekannte und unerwünschte Nebenwirkungen sind Schmerzen an der Injektionsstelle, Müdigkeit und Kopfschmerzen sowie Schüttelfrost, Muskel- und Gelenkschmerzen und Fieber. Gleiches gilt für „MRNA-1273“, wobei hier die neutralisierende Antikörperreaktion nach einem Zwei-Dosis-Schema erfolgt.
mRNA-Impfstoff: Beim weltweiten Wettlauf gegen COVID-19 liegen momentan zwei Firmen gleichauf
Ebenfalls auf dem zu Grunde liegenden Prinzip einer mRNA (Boten-RNA) beruhen die weiteren COVID-19-Impfstoffkandidaten „CVnCoV“ des deutschen biopharmazeutischen Unternehmens CureVac in Zusammenarbeit mit der globalen „Coalition for Epidemic Preparedness Innovations (CEPI)“, „Lunar-COV19/ARCT-021“ des US-amerikanischen Unternehmens „Arcturus Therapeutics“ und „LNP-nCoVsaRNA“ vom „Medical Research“ Council am „Imperial College London“ sowie ein nicht namentlich benanntes Präparat, das seit Juni 2020 an der chinesischen Militärakademie „PLA Academy of Military Science“ in Peking entwickelt wird. Alle diese Präparate befinden sich aber noch in der Phase I oder II der Erprobung und mit der eventuellen Marktreife sowie Einführung wird erst in den Jahren 2021 oder 2022 gerechnet. Diese Umstände machen die weiter oben bereits mehrfach genannten Impfstoffe „MRNA-1273“ und „BNT162b2“ aktuell zu den wichtigsten, weil am weitesten entwickelten Impfstoffkandidaten gegen Corona/COVID-19.
Der momentan noch größte Unterschied zwischen beiden Präparaten besteht laut Berichten und Meldungen in der für die zuverlässige Haltbarkeit notwendigen Mindesttemperatur, die bei „MRNA-1273“ nur 2 bis 8 Grad Celsius, bei „BNT162b2“ jedoch minus 70 Grad Celsius beträgt.
mRNA-Impfstoff: Entscheidend bei der Therapie ist die exakte Zielgenauigkeit an die jeweiligen Zellen
mRNA-Moleküle in voller Länge wurden wie weiter oben erwähnt schon seit Beginn der Biotech-Ära um das Jahr 2000 herum als effektive Therapeutika diskutiert, aber bis in die 2010er-Jahre und der sukzessiven Etablierung der genannten Pioniere „Moderna“ und „BioNTech“ blieben die praktischen Fortschritte in der Forschung jedoch begrenzt und überschaubar. Theoretisch kann also die verabreichte mRNA-Sequenz eine Zelle dazu veranlassen, ein Protein herzustellen, das wiederum direkt eine Krankheit behandeln oder auch als Impfstoff funktionieren kann, indirekt könnte das Protein die körpereigene Stammzelle dazu bringen, sich in der gewünschten Weise zu differenzieren. Die primären Herausforderungen der RNA-Therapie bestehen darin, die RNA an die gerichteten Zellen zu liefern, mehr noch als in der Bestimmung der zu liefernden Sequenz. Nackte RNA-Sequenzen werden nach der Vorbereitung auf natürliche Weise abgebaut. Sie können das körpereigene Immunsystem dazu veranlassen, sie als Eindringling anzugreifen und sie sind undurchlässig für die Zellmembran. Einmal in der Zelle angekommen, müssen sie dann den Transportmechanismus der Zelle verlassen, um im Zytoplasma zu agieren, das die Ribosomen beherbergt, die die Herstellung von Proteinen steuern.
mRNA-Impfstoffe nutzen Zellen zur Antigenproduktion und fördern die Immunität
mRNA-Impfstoffe funktionieren auf eine völlig andere Art und Weise als herkömmliche Impfstoffe. Herkömmliche Impfstoffe stimulieren eine Antikörperreaktion durch die Injektion von Antigenen (Proteinen oder Peptiden) oder eines abgeschwächten Virus oder eines rekombinanten Antigen-codierenden viralen Vektors in einen Menschen. mRNA-Impfstoffe injizieren ein Fragment der RNA-Sequenz eines Virus direkt in die Zellen, die dann umprogrammiert werden, um die viralen Antigene zu produzieren, die dann eine adaptive Immunantwort stimulieren, was zur Produktion neuer Antikörper führt, die an das Antigen binden und T-Zellen aktivieren, die spezifische Peptide erkennen, die auf MHC-Molekülen präsentiert werden. mRNA-Vakzine beeinflussen die DNA innerhalb der Zelle nicht – das mRNA-Fragment ist ein spezifisches Stück der Virus-RNA, das die Instruktionen trägt, das Antigen des Virus zu bauen. Ein Vorteil von RNA-Vakzinen ist, dass die Antigene innerhalb der Zelle produziert werden und dadurch die zelluläre und humorale Immunität stimulieren. Im Gegensatz zur DNA ist mRNA jedoch ein zerbrechliches Molekül, welches in einer exponierten Umgebung innerhalb von Minuten abgebaut wird, weshalb mRNA-Impfstoffe bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert werden müssen. Außerhalb der menschlichen Zelle wird mRNA auch vom menschlichen Körper schnell abgebaut.
Diese Fragilität des mRNA-Moleküls ist eine Hürde für die langfristige Wirksamkeit eines RNA-Impfstoffs, die dazu führen könnte, dass die Menschen glauben und so tun könnten, als seien sie immun, wenn sie es nicht sind und so infiziert werden.
Vorteile und Funktionsweise mRNA-Impfstoff
RNA-Impfstoffe bieten eine Reihe spezifischer Vorteile gegenüber herkömmlichen Protein-Impfstoffen. Da RNA-Impfstoffe nicht aus aktiven oder inaktivierten Erregern hergestellt werden, sind sie nicht infektiös. Im Gegensatz dazu erfordern herkömmliche Impfstoffe die Produktion von Krankheitserregern, was, wenn dies in großen Mengen geschieht, das Risiko eines lokalen Ausbruchs des Virus in der Produktionsstätte erhöhen könnte. RNA-Impfstoffe können darüber hinaus schneller, billiger und standardisiert hergestellt werden, was die Reaktionsfähigkeit auf Ausbrüche verbessert. Neben der gemeinsamen Nutzung der Vorteile theoretischer DNA-Impfstoffe gegenüber traditionellen Proteinimpfstoffen bietet die RNA-Impfung weitere Vorteile.
Die mRNA wird im Zytosol translatiert. Daher ist es nicht notwendig, dass die RNA in den Zellkern gelangt und das Risiko der Integration das Wirtsgenom wird somit abgewendet. Modifizierte Nukleoside können in die mRNA eingebaut werden, um die Stimulation der Immunantwort zu unterdrücken und eine sofortige Degradation zu vermeiden und mit erhöhter Translationskapazität eine bessere Wirkung zu erzielen. Der offene Leserahmen (OLR) und die unübersetzten Regionen (UTR) können für verschiedene Zwecke optimiert werden (Sequenz-Engineering), etwa durch Anreicherung des Guanin-Cytosin-Gehalts oder durch Auswahl spezifischer UTRs zwecks Erhöhung der Translation. Eine zusätzliche Leserahmen-Kodierung für einen Replikationsmechanismus kann hinzugefügt werden, um die Antigentranslation und damit die Immunantwort zu verstärken, wodurch die Menge des benötigten Ausgangsmaterials verringert wird.