Jahrzehntelang waren Impfstoffforscher von den Versprechungen der Boten-RNA fasziniert und frustriert. Die winzigen Schnipsel des genetischen Codes sind unerlässlich, wenn es darum geht, Zellen anzuweisen, Proteine zu bilden, ein grundlegender Teil der menschlichen Physiologie – und der Schlüssel zur Entfesselung des Immunsystems.
Aber sie waren schwer zu zähmen, zumindest bis das Coronavirus einen weltweiten Wettlauf um die Entwicklung eines Impfstoffs auslöste.
Jetzt testen sowohl Pfizer als auch Moderna ihre eigenen Impfstoffkandidaten, die Boten-RNA oder mRNA verwenden, um das Immunsystem zur Produktion von schützenden Antikörpern anzuregen, ohne tatsächliche Teile des Virus zu verwenden. Wenn die experimentellen Coronavirus-Impfstoffe von der Food and Drug Administration zugelassen werden, wären sie die ersten zugelassenen Impfstoffe, die mRNA verwenden – eine Entwicklung, die nicht nur das Blatt in dieser Pandemie wenden würde, sondern auch eine völlig neue Reihe von Impfstoffen gegen eine Vielzahl von Viren freisetzen könnte.
Die beiden experimentellen Impfstoffe weisen einige wesentliche Unterschiede auf, die sich wahrscheinlich darauf auswirken werden, wem sie verabreicht werden und wie sie verteilt werden. Aber Experten sagen, dass vielversprechende frühe Ergebnisse aus beiden Lagern ein Segen für die Technologie sein könnten, die in fast drei Jahrzehnten Fortschritte gemacht hatte, aber lange Zeit als eine Art Wunschtraum galt.
„Dies war eine ganz neue Plattform“, sagte Dr. Carlos del Rio, geschäftsführender stellvertretender Dekan der Emory University School of Medicine in Atlanta. „Viele Leute waren skeptisch, ob ein mRNA-Impfstoff funktionieren würde. Wissenschaftlich gesehen macht es Sinn, aber es gibt noch keinen mRNA-Impfstoff, der zugelassen wurde.“
Letzte Woche veröffentlichte Pfizer vorläufige Ergebnisse, die zeigten, dass sein Impfstoffkandidat zu mehr als 90 Prozent wirksam ist, um symptomatische Covid-19 zu verhindern. Am Montag ergänzte Moderna die ermutigenden Nachrichten mit frühen Ergebnissen aus seiner Phase-3-Studie, die zeigen, dass der experimentelle Impfstoff zu 94,5 Prozent wirksam ist, um die Krankheit zu verhindern. Solche konsistenten Ergebnisse in diesem Stadium der Studien sind ein gutes Zeichen, sagte del Rio.
„Das gibt mir das Gefühl, ‚Mensch, Pfizer war kein Zufall'“, sagte er. „This is for real.
Die Ergebnisse sind zwar beruhigend, aber noch vorläufig – die vollständigen Studienergebnisse wurden noch nicht in einer von Fachleuten begutachteten Zeitschrift veröffentlicht, damit andere Wissenschaftler sie prüfen können – und es ist noch nicht bekannt, wie lange die Impfstoffe Schutz bieten könnten oder ob sie in allen Altersgruppen und bei allen Ethnien gut wirken.
Einer der Hauptunterschiede zwischen den beiden Impfstoffkandidaten ist die Art der Lagerung. Beide erfordern zwei Dosen, aber der Impfstoff von Pfizer muss bei Temperaturen von minus 94 Grad Fahrenheit oder kälter gelagert werden, was praktische Bedenken hinsichtlich des Transports und der Verbreitung aufgeworfen hat. Der Impfstoff von Moderna muss nicht ultrakalt gelagert werden und kann bei normalen Kühltemperaturen – etwa zwischen 36 und 46 Grad Celsius – 30 Tage lang stabil bleiben.
Dieser Unterschied ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, wie die synthetische mRNA oder Boten-RNA der Impfstoffe verpackt ist, so Paula Cannon, außerordentliche Professorin für Mikrobiologie an der Keck School of Medicine der University of Southern California. Die mRNA selbst ist ein zerbrechliches Molekül, was bedeutet, dass sie mit einer schützenden Fettschicht überzogen werden muss, damit sie stabil bleibt.
Die Kühlbedingungen könnten damit zu tun haben, wie die mRNA hergestellt und stabilisiert wurde, sagte Cannon, obwohl diese genauen Details Eigentum der Unternehmen sind.
Dr. Drew Weissman, Professor für Medizin an der University of Pennsylvania Perelman School of Medicine, war ein früher Pionier in der mRNA-Impfstoffforschung und arbeitet jetzt mit BioNTech zusammen, einem deutschen Biotechnologieunternehmen, das eine Partnerschaft mit Pfizer eingegangen ist. Er sagte, dass an der Verbesserung des experimentellen Impfstoffs gearbeitet wird – einschließlich Verbesserungen bei den Lagerungsanforderungen.
„Es gibt definitiv Verbesserungen, die bereits entwickelt werden“, sagte er.
Sowohl der Impfstoff von Pfizer als auch der Impfstoff von Moderna werden mit synthetischer Boten-RNA hergestellt. Im Gegensatz zur DNA, die die genetische Information für jede Zelle im menschlichen Körper trägt, steuert die Boten-RNA die Proteinproduktion des Körpers auf eine viel gezieltere Weise.
„Wenn ein bestimmtes Gen seine Arbeit tun muss, macht es eine Kopie von sich selbst, die Boten-RNA genannt wird“, sagte Cannon. „Wenn die DNA die große Gebrauchsanweisung für die Zelle ist, dann ist die Boten-RNA so, als würde man eine Seite, die man braucht, fotokopieren und mit in die Werkstatt nehmen.“
Der Impfstoff von Pfizer und der Moderna-Impfstoff verwenden synthetische mRNA, die Informationen über das charakteristische Spike-Protein des Coronavirus enthält. Die Impfstoffe funktionieren im Wesentlichen, indem sie Anweisungen einschleusen, die den Körper anweisen, eine kleine Menge des Spike-Proteins zu produzieren. Sobald das Immunsystem dieses Protein erkennt, beginnt der Körper mit der Produktion von schützenden Antikörpern.
„Diese Antikörper wirken nicht nur gegen das kleine Stückchen Spike-Protein, das nach der Impfung gebildet wurde, sondern sie erkennen auch das Coronavirus und verhindern, dass es in unsere Zellen eindringt, wenn wir ihm in Zukunft ausgesetzt sind“, so Cannon. „Das ist wirklich ein cleverer Trick.“
Aber so elegant dieser Mechanismus in der Theorie auch sein mag, stehen mRNA-Impfstoffe seit ihrer Entwicklung in den 1990er Jahren vor echten biologischen Herausforderungen. In frühen Tierversuchen verursachten die Impfstoffe zum Beispiel besorgniserregende Entzündungen.
„Das wurde zu einer der großen Fragen: Wie bekommt man es in den Körper, ohne eine Entzündungsreaktion hervorzurufen?“, sagte Norman Baylor, Präsident und CEO von Biologics Consulting und ehemaliger Direktor des FDA-Büros für Impfstoffforschung und -prüfung.
Keines der beiden Unternehmen hat bisher ernsthafte Sicherheitsbedenken geäußert, aber die Wissenschaftler werden die Teilnehmer beider Studien im Laufe der Zeit weiter beobachten.
„Wenn man versucht, das Immunsystem auszutricksen – und das tut ein Impfstoff – besteht immer die Sorge, dass es zu unbeabsichtigten Nebenwirkungen kommen könnte“, sagte Cannon. „Das Immunsystem ist unglaublich kompliziert und von Mensch zu Mensch unterschiedlich.“
Die Impfstoffe enthalten keinen Teil des Virus, so dass sich die Empfänger durch die Impfungen nicht infizieren können.
„Es sind die Anweisungen für nur einen Teil des Virus, der für sich genommen nichts ausrichten kann“, sagte Cannon. „Das wäre so, als würde man jemandem ein Rad geben und sagen: ‚Hier ist ein Auto.'“
Allerdings wurden mRNA-Impfstoffe bisher noch nie auf breiter Basis vertrieben, was bedeutet, dass es wahrscheinlich eine zusätzliche Prüfung geben wird. Und obwohl die ersten Ergebnisse sowohl von Pfizer als auch von Moderna die Erwartungen übertroffen haben, bleiben noch einige wichtige Fragen offen, darunter die Frage, wie die Impfstoffe bei verschiedenen Bevölkerungsgruppen wirken und wie lange sie wirksam sind, so Baylor.
„Was ich gerne sehen würde – und das werden wir erst nach einiger Zeit wissen – ist, wie lange dieser Schutz anhält“, sagte er.
Wenn die guten Ergebnisse jedoch anhalten, könnte dies in naher Zukunft die Tür zu anderen mRNA-Impfstoffen öffnen, fügte Baylor hinzu.
Weissman, dessen Labor an der University of Pennsylvania vor 15 Jahren gezeigt hat, dass mRNA auf diese Weise verwendet werden kann, sagte, dass er und seine Kollegen vor der Pandemie daran gearbeitet haben, klinische Phase-1-Versuche mit mRNA-Impfstoffen gegen Genitalherpes, Grippe, HIV und das Norovirus zu starten.
Die Technologie, die hinter mRNA-Impfstoffen steht, gilt als vielseitiger als herkömmliche Methoden der Impfstoffentwicklung, was bedeutet, dass sie schneller und kostengünstiger hergestellt werden können als andere, bei denen Bakterien oder Hefe verwendet werden müssen, um das Spike-Protein des Coronavirus herzustellen und zu reinigen.
„Bei einem mRNA-Impfstoff setzt man sich an den Computer und entwirft, wie das Stück RNA aussehen soll, und dann hat man eine Maschine, die diese RNA relativ einfach für einen herstellen kann“, sagte Cannon. „In gewisser Weise können wir uns glücklich schätzen, dass diese sehr leistungsfähige Technologie im Jahr 2020 zur Verfügung steht, denn sie könnte einen wirklich großen Vorteil darstellen.“