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Leveraging Pharmaceutical Sciences and Structural Biology Training to develop 21st Century Vaccines

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Impfstoffe für das 21. Jahrhundert: Nimm das, Mikrobe!

Viele tödliche Infektionskrankheiten wie Kinderlähmung (Polio) und Diphtherie konnten durch Impfungen ausgerottet werden. Die Evolution jedoch ruht nicht, und so initiierte die EU ein Ausbildungsprojekt zu wegweisender Impfstoffforschung gegen die Krankheitserreger des 21. Jahrhunderts.

Gesundheit

In einem europäischen Forschungsnetzwerk für Industriedoktorate (European Industrial Doctorates, EID) arbeiteten unter dem Projekt PHA-ST-TRAIN-VAC zwei internationale Spitzenforschungsgruppen zusammen – das Unternehmen GSK Vaccines S.r.l. und die Universität Strathclyde. Es sollte einer neuen Generation im Bereich Vakzinforschung Kompetenzen und Methoden zur Entwicklung hochmoderner Impfstoffe vermitteln.

Neue Impfstoffkonzepte und unternehmerisches Denken

„Das Projekt kombinierte für optimierte Impfstoffe neue strukturbasierte Antigene, Adjuvantien und pharmazeutische Formulierungen“, erläutert Yvonne Perrie, Projektkoordinatorin und Professorin an der Universität Strathclyde. Schwerpunkt waren neue Arten der Verabreichung, die die Immunreaktion verstärken und besser auf individuelle Bedürfnisse und spezifische Erreger abgestimmt sind. PHA-ST-TRAIN-VAC schulte vier hochqualifizierte Forschende mit unternehmerischen, sektorübergreifenden und multidisziplinären Kompetenzen, um diese neuen Ansätze in der Impfstoffentwicklung für eine bessere medizinische Versorgung im 21. Jahrhundert zu verwirklichen.

Krankheitsspezifische Ansätze

Schwerpunkt war für die Projektgruppe die Entwicklung von Impfstoffen gegen Krankheiten, die für die menschliche Gesundheit noch immer hochgefährlich sind, vor allem gegen COVID-19. Weiterhin wurde an zwei Bakterien geforscht, die bei gesundem Immunsystem keine Gefahr darstellen, unter bestimmten Umständen aber schwere Krankheiten auslösen können: Neisseria meningitidis Serogruppe B (MenB) und Streptokokken der Gruppe B (GBS). Unter den Nachwuchsforschenden waren u. a. Gustavo Lou Ramirez, der derzeit in Spanien an mRNA-Impfstoffen gegen COVID-19 forscht, sowie Rob Cunliffe, der seine wissenschaftliche Forschung seit kurzem bei Mologic Ltd. betreibt, einem führenden Entwickler von Lateral-Flow- und anderen Schnelltests, inzwischen auch von Testkits für COVID-19. Das Bakterium MenB ist bei bis zu 15 % aller Erwachsenen normaler Bestandteil der Bakteriengemeinschaft im Nasenrachenraum, aber auch die häufigste Ursache invasiver Meningokokkenerkrankungen (IME). PHA-ST-TRAIN-VAC entwickelte daher einen optimierten Impfstoff, der gegen ein breiteres Spektrum von MenB-Stämmen immunisiert. Ein weiteres Ergebnis ist ein neues Ferritin-basiertes Verabreichungssystem, das über Selbstorganisation einen kugelförmigen Nanokäfig bildet und die MenB-Antigene präsentiert, um Impfwirkung und Impfschutz gegen IME zu verstärken. In vergleichbarer Weise besiedeln asymptomatische GBS-Bakterien bei 25 % aller Frauen die Vaginalschleimhaut, können jedoch zu Krankheitserregern werden und bei Schwangeren und Neugeborenen lebensgefährliche bakterielle Infektionen verursachen. Der Projektgruppe zufolge könnte an so genannten Pilusproteinen (Zellfortsätze auf der Bakterienhülle) angesetzt werden, um einen Impfschutz gegen GBS zu generieren, da sie maßgeblich die Adhäsion bzw. Anlagerung des Bakteriums an die Wirtszelle steuern.

Quantensprünge bei Impfstoffdesign und Verabreichung

„Am wichtigsten war für uns, die Wirksamkeit RNA-basierter Impfstoffe in vorklinischen Studien zu demonstrieren. Seitdem sind die mRNA-Impfstoffe im klinischen Einsatz, da die Technologie von Pfizer/BioNTech wie auch Moderna darauf aufbaut“, betont Perrie. Aussichtsreiche nicht-virale Vektoren sind vor allem Lipidnanopartikel, die sich als Abgabesysteme eignen, um die Wirksamkeit von RNA-Impfstoffen zu verstärken, wie PHA-ST-TRAIN-VAC demonstrierte. Aber auch polymere Nanopartikel und kationische Emulsionen wären hier Optionen. „Weiterhin zeigten wir, dass kationische Lipide in ihrer Wirkung mit patentierten ionisierbaren Lipiden vergleichbar sind, nur deutlich leichter zu beziehen“, erklärt Perrie. Dies würde neue Möglichkeiten für die vorklinische Entwicklung und RNA-Schnelltests mit vorkonstruierten Lipiden bieten. Perrie fasst den Erfolg des Projekts zusammen: „Dank der Förderung über PHA-ST-TRAIN-VAC und das Erstausbildungsnetzwerk, das durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, betreibt unser wissenschaftlicher Nachwuchs nun spannende Forschung.“

Schlüsselbegriffe

PHA-ST-TRAIN-VAC, Impfstoff, RNA, MenB, GBS, COVID-19, Neisseria meningitidis Serogruppe B, Streptokokken der Gruppe B

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