Die Impfstoffe gegen Covid-19 sind noch in Erinnerung: Ihre Empfindlichkeit machte es erforderlich, zwischen dem Verlassen der Produktionsanlagen und der Injektion eine strenge Kühlkette einzuhalten.
Diese Einschränkung könnte sich ändern: Experimentelle mRNA-Impfstoffe erwiesen sich als deutlich widerstandsfähiger. Dank einer mithilfe künstlicher Intelligenz entwickelten Formulierung behielten sie ihre Eigenschaften bis zu einem Jahr bei Raumtemperatur.
Impfstoffe gegen Covid-19.
Symbolbild von Pixabay.
Boten-RNA ist ein empfindliches Molekül. In diesen Impfstoffen ist sie in winzige Fetthüllen eingeschlossen, die als Lipidnanopartikel bezeichnet werden. Sie schützen die RNA und helfen ihr, in die Zellen einzudringen. Trotz dieses Schutzes müssen die Formulierungen normalerweise kühl bleiben. Forschende am MIT wollten Zusammensetzungen, die denen der Covid-19-Impfstoffe ähneln, deutlich hitzebeständiger machen.
Ihre Methode setzt bei den Zutaten an, die diesen Nanopartikeln zugesetzt werden. Zucker, Salze oder Polymere können die Zubereitung während der Lagerung schützen. Die möglichen Kombinationen sind jedoch zahlreich, und sie einzeln zu testen, würde viele Experimente erfordern. Das Team setzte daher einen Algorithmus ein, der aus einer kleinen Zahl von Messungen lernen und anschließend die interessantesten Formulierungen für weitere Tests auswählen konnte.
Zunächst wurden knapp 50 bereits als Hilfsstoffe zugelassene Substanzen untersucht. Ein Hilfsstoff ist ein Bestandteil, der den Wirkstoff begleitet, aber nicht selbst der Impfstoff ist. Anschließend leitete der Algorithmus die aufeinanderfolgenden Versuche. Laut der in Nature Biotechnology veröffentlichten Studie genügten sechs Optimierungszyklen, die in weniger als einem Monat durchgeführt wurden, um deutlich stabilere Formulierungen zu erhalten.
Die Forschenden arbeiteten mit zwei Arten von Nanopartikeln, die den Zusammensetzungen der Impfstoffe von Moderna und Pfizer-BioNTech ähneln. In fester Form und ohne Wasser behielten einige Zubereitungen bei 37 °C mehr als zwei Monate lang ihre vollständige biologische Aktivität. Andere vom MIT berichtete Versuche zeigen eine Stabilität von bis zu einem Jahr bei Raumtemperatur.
Die chemische Stabilität allein reicht jedoch nicht aus: Der Impfstoff muss weiterhin die erwartete Immunantwort auslösen. Bei Mäusen, die nach längerer Lagerung einen experimentellen Covid-19-Impfstoff erhielten, blieb diese Antwort mit derjenigen einer frisch zubereiteten Formulierung vergleichbar. Die Studie berichtet außerdem über Immunantworten bei Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten mit den festen, thermostabilen Formulierungen.
Diese Hitzebeständigkeit könnte die Abhängigkeit von der Kühlkette verringern. Heute erschwert die Lagerung bei niedrigen Temperaturen den Transport in Regionen mit nur wenigen Kühlmöglichkeiten. Eine feste Zubereitung eröffnet zudem den Weg für andere Verabreichungsformen, insbesondere für Pflaster mit Hunderten von Mikronadeln, die sich in der Haut auflösen.
Die Ergebnisse befinden sich noch in der präklinischen Phase: Sie belegen noch nicht, dass ein derart formulierter Impfstoff ein Jahr lang ohne Kühlung verteilt und beim Menschen eingesetzt werden kann. Die Forschenden verfügen nun über eine Methode, um die Formulierung an verschiedene Nanopartikel und unterschiedliche RNA-Moleküle anzupassen. Weitere Studien müssen die Haltbarkeit und die für künftige Produkte geeigneten Anwendungsbedingungen bestimmen.