Ein MIT-Forschungsteam unter der Leitung von Professor Darrell Irvine hat eine neuartige Art von Impfstoff-Adjuvans entwickelt: ein Nanopartikel, das dabei helfen kann, das Immunsystem zu stimulieren, um eine stärkere Reaktion auf einen Impfstoff zu erzeugen. Diese Nanopartikel enthalten Saponin, eine Verbindung, die aus der Rinde des chilenischen Seifenrindenbaums gewonnen wird, sowie ein Molekül namens MPLA, die jeweils zur Aktivierung des Immunsystems beitragen.
Das Adjuvans wurde in einen experimentellen HIV-Impfstoff integriert, der in Tierversuchen vielversprechende Ergebnisse gezeigt hat. In diesem Monat werden die ersten menschlichen Freiwilligen den Impfstoff im Rahmen einer klinischen Phase-1-Studie erhalten, die vom Consortium for HIV/AIDS Vaccine Development durchgeführt wird das Scripps Research Institute. MIT News sprach mit Irvine darüber, warum dieses Projekt einen interdisziplinären Ansatz erforderte und was vor uns liegen könnte.
Q: Was sind die besonderen Eigenschaften des neuen Nanopartikel-Adjuvans, die ihm helfen, eine stärkere Immunantwort auf die Impfung auszulösen?
A: Man geht davon aus, dass die meisten Impfstoffe, wie zum Beispiel die Covid-19-Impfstoffe, uns durch die Bildung schützender Antikörper durch B-Zellen schützen. Die Entwicklung eines HIV-Impfstoffs wurde durch die Tatsache erschwert, dass die B-Zellen, die in der Lage sind, schützende Antikörper – sogenannte weitgehend neutralisierende Antikörper – zu produzieren, beim Durchschnittsmenschen sehr selten sind. Impfstoff-Adjuvantien sind in diesem Szenario wichtig, um sicherzustellen, dass diese seltenen B-Zellen aktiviert werden und die Chance erhalten, an der Immunantwort teilzunehmen, wenn wir mit einem HIV-Antigen immunisieren.
Wir haben insbesondere herausgefunden, dass dieses neue Adjuvans, das wir SMNP (kurz für Saponin/MPLA-Nanopartikel) nennen, besonders gut dazu beiträgt, dass mehr B-Zellen in die Keimzentren gelangen, den speziellen Ort in den Lymphknoten, wo hochaffine Antikörper produziert werden. In Tiermodellen hat SMNP auch einzigartige Wirkmechanismen gezeigt: Die Verabreichung von Antigenen mit SMNP führt zu einer besseren Antigenabgabe an die Lymphknoten (durch Erhöhung des Lymphflusses) und zu einer besseren Erfassung des Antigens durch B-Zellen in den Lymphknoten.
Q: Wie kam es dazu, dass Ihr Labor, das sich im Allgemeinen auf Biotechnik und Materialwissenschaften konzentriert, an HIV-Impfstoffen arbeitete? Welche Hürden mussten Sie bei der Entwicklung dieses Adjuvans überwinden?
A: Vor etwa 15 Jahren wandte sich Bruce Walker an mich mit der Bitte, mich an der HIV-Impfung zu beteiligen, und rekrutierte mich als Mitglied des Lenkungsausschusses am Ragon Institute of MGH, MIT und Harvard. Über das Ragon Institute traf ich Kollegen des Scripps Consortium for HIV/AIDS Vaccine Development (CHAVD) und wir erkannten, dass es eine enorme Chance gab, direkt zur Herausforderung des HIV-Impfstoffs beizutragen, indem wir mit Experten für Immunogendesign und Strukturbiologie zusammenarbeiteten und HIV-Pathogenese.
Als wir eine Studie nach der anderen zu SMNP in präklinischen Tiermodellen durchführten, stellten wir fest, dass das Adjuvans wirklich erstaunliche Wirkungen bei der Förderung von Anti-HIV-Antikörperreaktionen hatte, und das CHAVD entschied, dass es sich lohnte, dies mit Tests am Menschen fortzusetzen. Eine große Herausforderung bestand darin, die Technologie aus dem Labor zu übertragen, um große Mengen des Adjuvans unter GMP-Bedingungen (guter Herstellungsprozess) für eine klinische Studie zu synthetisieren. Die ursprüngliche Auftragsfertigungsorganisation (Contract Manufacturing Organization, CMO), die das Konsortium mit der Herstellung von SMNP beauftragt hatte, konnte einfach keinen Prozess für eine skalierbare Fertigung zum Laufen bringen.
Zum Glück für uns hatte Ivan Pires, ein Absolvent des Chemieingenieurwesens, den ich gemeinsam mit Paula Hammond, Leiterin der Abteilung für Chemieingenieurwesen am MIT, berate, während seiner Grundausbildung Fachwissen in einer bestimmten Verarbeitungstechnik entwickelt, die als Tangentialflussfiltration bekannt ist. Ivan griff ein und löste die Prozessprobleme, mit denen der CMO konfrontiert war, indem er klassische Chemieingenieurkenntnisse in Thermodynamik und Prozessdesign nutzte, sodass die Fertigung voranschreiten konnte. Das ist es für mich, was das MIT großartig macht – die Fähigkeit unserer Studenten und Postdocs, sich zu engagieren, große Probleme zu lösen und große Beiträge zu leisten, wenn es nötig ist.
Q: Bei welchen weiteren Erkrankungen könnte dieser Ansatz sinnvoll sein? Gibt es Pläne, es mit anderen Arten von Impfstoffen zu testen?
A: Im Prinzip kann SMNP für jeden Impfstoff gegen Infektionskrankheiten hilfreich sein, bei dem starke Antikörperreaktionen erforderlich sind. Wir teilen das Adjuvans derzeit mit etwa 30 verschiedenen Laboren auf der ganzen Welt, die es in Impfstoffen gegen viele andere Krankheitserreger testen, darunter das Epstein-Barr-Virus, Malaria und Influenza. Wir hoffen, dass SMNP, wenn es beim Menschen sicher und wirksam ist, ein Adjuvans sein wird, das in Studien zu Infektionskrankheiten umfassend eingesetzt werden kann.
