Viele Menschen wurden erstmals mit dem Begriff „mRNA“ vertraut, als die COVID-19-Impfstoffe von Pfizer und Moderna auf den Markt kamen. Im einfachsten Sinne handelt es sich bei mRNA, die für Messenger-Ribonukleinsäure steht, um eine Art genetisches Material, das den Zellen in unserem Körper Anweisungen zur Herstellung spezifischer Proteine gibt.
Vor Kurzem wurde der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2023 an Katalin Karikó und Drew Weissman von der University of Pennsylvania für ihre Entdeckungen in der mRNA-Biologie verliehen.
Die Arbeit dieser Wissenschaftler war die Grundlage für mehrere erfolgreiche COVID-19-Impfstoffe, die zweifellos den Verlauf der Pandemie verändert haben. Aber ihre Entdeckungen haben auch die Tür zu einer Reihe möglicher Therapeutika geöffnet, die bis vor Kurzem noch schwer fassbar waren.
Das Versprechen der mRNA
In jeder unserer Zellen befinden sich Ribosomen und Mikromaschinen, die Proteine herstellen, aus denen wiederum alles besteht, von Muskeln und Knochen bis hin zu Enzymen und Hormonen.
mRNA ist die chemische Zwischenbotschaft, die den in den Chromosomen unserer DNA eingeschlossenen genetischen Code zum Zytoplasma transportiert, der Flüssigkeit, die unsere Zellen füllt und in der Proteine hergestellt werden.
Die Fähigkeit, genetische Informationen direkt in eine Zelle zu transportieren, ist eine der größten Herausforderungen der Medizin. Während mRNA theoretisch der attraktivste Weg war, dies zu erreichen, war sie als Therapie kaum von Nutzen. Dies liegt daran, dass unser Immunsystem die fremde RNA für ein eindringendes Virus hält und eine starke und toxische Immunantwort auslöst. Die Injektion nackter mRNA kann daher sehr krank machen.
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Daher war es von entscheidender Bedeutung, als Karakó und Weissman eine Technik entwickelten, um mRNA vor dem Immunsystem zu „tarnen“ und Lipid-Nanopartikel einzusetzen, um die RNA zu schützen und ihre sichere Abgabe an unsere Zellen zu ermöglichen.
Dies ebnete den Weg für mRNA-COVID-Impfstoffe, die unsere Zellen anweisen, Spike-Proteine zu produzieren, Proteine auf der Oberfläche von SARS-CoV-2 (dem Virus, das COVID verursacht). Dies wiederum bereitet unser Immunsystem darauf vor, Anti-Spike-Antikörper zu bilden, die dann SARS-CoV-2 daran hindern, unsere Zellen zu infizieren.
Ihre Entdeckung hat neue Möglichkeiten für die Behandlung häufiger Infektionskrankheiten sowie genetischer Krankheiten eröffnet, die bisher nicht behandelt werden konnten.
Grippeimpfstoffe
Weltweit sterben jedes Jahr bis zu 650.000 Menschen an der Grippe. Derzeit müssen saisonale Impfstoffe jährlich hergestellt werden, sobald der hauptsächlich zirkulierende Stamm identifiziert wurde. Die Herstellung dauert etwa sechs Monate. Zu diesem Zeitpunkt kann sich der ursprüngliche Grippestamm bereits entwickelt haben. Im besten Fall hat der saisonale Impfstoff eine Wirksamkeit von etwa 60 %.
Wir brauchen einen besseren Impfstoff, und die mRNA-Technologie bietet das Potenzial eines universellen Grippeimpfstoffs. Mehrere Kandidaten durchlaufen derzeit klinische Studien am Menschen. Ein Impfstoff könnte, wenn er erfolgreich ist, die aktuellen saisonalen Impfungen ersetzen.
Die mRNA-Impfstoffe basieren auf einem bestimmten Teil des Influenzaproteins namens Hämagglutinin, das den Zellen beibringt, sich daran zu erinnern, und so eine breite Immunität gegen viele Influenzastämme induziert. In diesem Impfstoff ist Hämagglutinin das äquivalente Ziel des Spike-Proteins in den COVID-Impfstoffen.
Krebsbehandlungen
Die Bekämpfung von Krebs ist ein weiterer vielversprechender Ansatz für die mRNA-Technologie, wobei sich mRNA-basierte Krebsimmuntherapien bereits im Versuchsstadium befinden.
Eine Technik verwendet mRNA, um „Neoantigene“ (kurze Teile von Tumorproteinen auf der Oberfläche der Tumorzellen) nachzuahmen, die aus den Tumorzellen eines einzelnen Patienten identifiziert wurden. Sobald es dem Immunsystem des Patienten zugeführt wird, sollte sein Körper leistungsstarke Killerzellen, sogenannte zytotoxische T-Zellen, produzieren, die eine starke Anti-Tumor-Immunantwort auslösen.
Die Therapie mit chimären Antigenrezeptor-T-Zellen (CAR-T) ist eine Form der Krebsimmuntherapie, die derzeit weltweit zur Behandlung bestimmter Formen von Leukämie eingesetzt wird. Es verwendet Immunzellen, sogenannte T-Zellen, die in einem Labor genetisch verändert werden, um ihnen dabei zu helfen, Krebszellen effektiver zu lokalisieren und zu zerstören.
Traditionell erfordert die CAR-T-Therapie, dass die T-Zellen eines Patienten aus weißen Blutkörperchen gewonnen, modifiziert und dann dem Patienten wieder injiziert werden. Mit der mRNA-Technologie könnten die zeitaufwändigen und teuersten Schritte eliminiert werden, indem das CAR-Gen direkt an T-Zellen im Blutkreislauf abgegeben wird.
Genetische Krankheiten
Die mRNA-Technologie verändert auch unsere Reaktion auf einige genetisch bedingte Krankheiten. Das hereditäre Angioödem ist eine seltene und möglicherweise tödliche genetische Erkrankung, bei der Patienten unter schweren und wiederholten Schwellungsattacken ihrer Organe und Gewebe leiden.
Wissenschaftler hatten herausgefunden, dass ein bestimmtes Lebergen namens KLKB1 diese Schwellungsattacken auslöst. Forscher entwickelten mRNA als System zur genetischen Bearbeitung und damit zum „Stummschalten“ des störenden Gens, mit ersten positiven Ergebnissen für Patienten.
Eine ähnliche Studie, bei der mRNA zur Bearbeitung des Lebergens Transthyretin verwendet wurde, linderte die Symptome bei Patienten, die an einer lebensbedrohlichen Erbkrankheit namens ATTR-Amyloidose litten, die Nerven und Herz befällt.
Der Weg vor uns
Therapeutika auf Basis der mRNA-Technologie stecken noch in den Kinderschuhen und es bestehen weiterhin Hürden. Beispielsweise ist mRNA in Zellen nur von kurzer Dauer und Protein wird nur für kurze Zeit hergestellt. Eine Verlängerung der Lebensdauer von mRNA in Zellen würde die erforderliche Menge an mRNA (die Dosierung) verringern. Wissenschaftler arbeiten daran und einige Methoden haben sich als vielversprechend erwiesen.
Abgesehen von diesen Vorbehalten könnte die Fähigkeit, genetische Informationen direkt in Zellen zu transportieren, eine neue Grenze für medizinische Therapeutika darstellen.
