Einfach anpassbare mRNA ist die nächste Grenze für die personalisierte Medizin

Die Verwendung von mRNA als Medizin ist zwar neu, aber mRNA ist schon Ihr ganzes Leben lang in Ihnen. Die Zellen in Ihrem Körper erzeugen mRNAs, die als Anweisungen für die Herstellung spezifischer Proteine ​​dienen, die Sie zum Funktionieren benötigen. Forscher können neue mRNAs erstellen, um diese Anweisungen zu korrigieren, wenn sie nicht funktionieren.

Ich bin Molekularbiologe und erforsche, wie Zellen ihre mRNAs steuern, um die Proteine ​​herzustellen, die sie benötigen, eine grundlegende Frage, wie das Leben auf zellulärer Ebene funktioniert. Während die meisten Wissenschaftler, die sich mit mRNAs befassen, keine neuen Medikamente entwickeln, legte dieses grundlegende Verständnis der Funktionsweise von mRNA den Grundstein für andere Wissenschaftler, wirksame mRNA-Medikamente wie COVID-19-Impfstoffe zu entwickeln.

Durch die Optimierung dieser Anweisungen können Wissenschaftler leistungsstarke neue Medikamente entwickeln, um eine Vielzahl von Problemen in Ihren Zellen zu beheben.

Was macht mRNA?

Um zu verstehen, was die mRNAs in Ihren Zellen für Sie tun, beginnen wir mit ihrer bekannteren Verwandten, der DNA.

DNA ist wie eine Reihe von Kochbüchern voller verschiedener Rezepte oder Gene zur Herstellung von Proteinen. Der Mensch stellt etwa 100.000 verschiedene Proteine ​​her, die für eine normale Funktion unerlässlich sind, beispielsweise für den Abbau von Nährstoffen und die Durchführung anderer wichtiger chemischer Reaktionen. Wenn Zellen eines dieser Proteine ​​herstellen müssen, lesen sie das Rezept nicht direkt aus der DNA. Stattdessen erstellen sie eine Kopie in Form eines ähnlichen Moleküls – der mRNA. Das „m“ steht für Messenger, da mRNA die Botschaft oder das Rezept enthält, das für ein Protein kodiert. Ungefähr ein Drittel der Energie einer Zelle wird für die Aufrechterhaltung der benötigten Proteine ​​aufgewendet, sodass Zellen gut darauf vorbereitet sind, mRNA zu erkennen, zu verwenden und dann zu zerstören, wenn sie nicht mehr benötigt wird.

Die Sprache der mRNA besteht aus vier Bausteinen, den sogenannten Nukleotiden, mit den Spitznamen A, U, C und G. Das Rezept zur Herstellung eines Proteins enthält nur Wörter mit drei Buchstaben, was bedeutet, dass es nur 64 mögliche Wörter gibt. Wissenschaftler wissen genau, welche Wörter den einzelnen Proteinbausteinen entsprechen, sodass sie ein mRNA-Rezept leicht lesen und wissen können, welches Protein hergestellt wird. Mutationen im DNA-Kochbuch können ein mRNA-Rezept verändern oder löschen, was zu krankheitsverursachenden Fehlern in kritischen Proteinen führt.

Warum sind mRNAs großartige Medikamente?

Obwohl mRNA schon immer in uns steckt, brauchten Wissenschaftler Jahrzehnte der Forschung, um zu verstehen, wie Zellen mRNA erkennen und daraus Proteine ​​herstellen. Doch schließlich wurde klar, dass mRNA ein wirksames medizinisches Werkzeug sein könnte.

Da Wissenschaftler verstehen, wie mRNAs Proteine ​​kodieren, können sie problemlos Rezepte für jedes Protein erstellen. Diese Rezepte können bearbeitet werden, um den Bedürfnissen des Patienten gerecht zu werden, sei es durch die Bereitstellung eines völlig neuen mRNA-Rezepts oder durch die Optimierung eines vorhandenen Rezepts, um eine leichte Variation des Proteins vorzunehmen.

Auch die Herstellung von mRNA-Behandlungen ist skalierbar, da Wissenschaftler im Labor große Mengen an mRNA herstellen können. Die Methode zur Herstellung einer mRNA ist für alle mRNAs gleich, im Gegensatz zu typischen Arzneimitteln, bei denen jede Verbindung ihre eigene, einzigartige Chemie aufweist und unterschiedliche Herstellungsmethoden erfordert. Es ist, als würde man lernen, wie man Risotto macht: Sobald Sie das Grundrezept gelernt haben, können Sie unzählige Variationen machen.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von mRNAs als Arzneimittel ist die natürliche Fähigkeit der Zellen, sie zu zerstören, wenn sie nicht benötigt werden. Da mRNAs nicht dauerhaft sind, können die Dosen leicht geändert werden, um den sich ändernden Bedürfnissen des Patienten gerecht zu werden.

mRNA-Impfstoffe über COVID-19 hinaus

Die COVID-19-Impfstoffe von Moderna und Pfizer-BioNTech sind die ersten mRNA-basierten Medikamente, die von der FDA zugelassen wurden. Wenn diese Impfstoffe in Ihren Arm injiziert werden, wird die mRNA in einige Ihrer Zellen absorbiert, die das mRNA-Rezept lesen und das Spike-Protein herstellen, mit dem das Virus in die Zellen eindringt. Ihr Immunsystem erkennt dieses Spike-Protein als fremd und bildet Antikörper, die Ihren Körper darauf vorbereiten, das Virus anzugreifen, wenn Sie später darauf stoßen.

Diese mRNA-Impfstoffe demonstrieren die Flexibilität mRNA-basierter Therapien. Da das Virus, das COVID-19 verursacht, mutiert, können neue Virusvarianten bestehende Antikörper umgehen und neue Krankheitswellen auslösen. Wissenschaftler sind jedoch in der Lage, auf der Grundlage dieser Varianten neue mRNA-Rezepte zu sequenzieren und die Impfstoffrezepte entsprechend anzupassen. Booster, die diese bearbeiteten Rezepte enthalten, bringen Ihrem Körper bei, neue Antikörper zu bilden, die auf die neuesten Versionen des viralen Spike-Proteins abzielen.

Es laufen bereits klinische Studien für andere mRNA-basierte Impfstoffe, darunter Impfstoffe gegen die saisonale Grippe, Herpes und das Respiratory-Syncytial-Virus.

Es gibt auch viele weitere Impfstoffe in früheren Entwicklungsstadien zur Bekämpfung von Krankheiten wie Norovirus, Lyme-Borreliose, Zika und Gürtelrose.

mRNA zur Behandlung von Krankheiten

Das Potenzial der mRNA-basierten Medizin geht über Impfstoffe zur Vorbeugung von Infektionskrankheiten hinaus. Ein Beispiel ist der Einsatz von mRNA zur Behandlung von Krebs.

Einige mRNA-Krebsbehandlungen wirken wie Impfstoffe, indem sie Ihr Immunsystem darauf trainieren, gezielt auf Krebszellen abzuzielen. Wenn Krebszellen wachsen, kommt es schnell zu Mutationen in vielen Genen. Krebsimpfstoffe enthalten mRNA-Rezepte, die auf Mutationen basieren, die häufig bei bestimmten Tumorarten vorkommen. Wenn sie in den Körper injiziert werden, ermöglichen die mRNAs aus den Impfstoffen normalen Zellen, diese mutierten Proteine ​​herzustellen und sie an das Immunsystem weiterzuleiten, wodurch die Produktion von Antikörpern gesteigert wird. Diese Antikörper binden an Krebszellen und markieren sie für einen Immunangriff.

Es ist wichtig, das richtige Proteinziel für eine bestimmte Krebsart zu finden. Im Idealfall ist das Ziel einzigartig für die Krebszelle, sodass das Immunsystem gesunde Zellen nicht angreift. Das Zielprotein sollte außerdem für das Immunsystem leicht zu erkennen sein, sodass Oberflächenproteine ​​gute Ziele darstellen. Krebsimpfstoffe wie BioNTechs BNT-111 gegen Melanome zielen auf die häufigsten Krebsmutationen ab und hoffen, damit vielen Patienten zu helfen. Patienten profitieren jedoch nicht von der Behandlung, wenn ihre Krebszellen diese speziellen Mutationen nicht aufweisen.

Da es so einfach ist, die mRNA-Rezepte zu ändern, können Krebsimpfstoffe Teil eines personalisierten Medikamentenplans sein, bei dem Ärzte den Tumor eines Patienten entnehmen, Schlüsselgene sequenzieren und die mRNA-Behandlung so anpassen, dass Rezepte enthalten sind, die speziell auf die Krebserkrankung dieses Patienten zugeschnitten sind. Klinische Studien mit diesem personalisierten Ansatz bei Bauchspeicheldrüsenkrebs sind im Gange.

Die Zukunft der mRNA-basierten Medizin

Viele Krankheiten entstehen dadurch, dass Zellen das falsche Protein, eine mutierte Version des Proteins oder zu wenig des normalen Proteins produzieren. Wenn Wissenschaftler eine korrigierte Version des mRNA-Rezepts an genügend betroffene Zellen liefern können, dann wird die mRNA die Möglichkeit bieten, das richtige Protein herzustellen.

Wissenschaftler erforschen den Einsatz von mRNA zur Behandlung von Herzerkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen, Knochenschwund und vielem mehr. Obwohl sich die meisten dieser Studien noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium befinden, geben sie Hoffnung für zukünftige Behandlungen mit mRNA für Proteinersatztherapien.

Beispielsweise steigert ein mRNA-Medikament die Bildung neuer Blutgefäße, was die Wundheilung bei Diabetikern mit schlechter Durchblutung und höherem Amputationsrisiko verbessern kann. Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung von mRNAs zur Behandlung von Propionazidämie, einer Krankheit, bei der Kinder einen niedrigen Spiegel zweier Leberproteine ​​haben, die normalerweise verhindern, dass sich toxische Nebenprodukte im Körper ansammeln.

Die Möglichkeit, mRNA einfach anzupassen und zu produzieren, erhöht ihr Potenzial als wirksame, personalisierte Therapien – mit weniger Nebenwirkungen – die vielen Menschen helfen können.

Angie Hilliker ist außerordentliche Professorin für Biologie an der University of Richmond. Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung.