Impfen mit RNA oder DNA

Klassische Impfstoffe wie inaktivierte Ganzvirus-Impfstoffe oder Protein-basierte Vakzine sind aufwendig zu produzieren. Das Virus, gegen das die Impfung schützen soll, muss in Hühnereiern oder in Zellkultur angezüchtet oder das Impfantigen in geeigneten Zellen produziert werden. Deswegen arbeiten Forscher weltweit seit etwa einem Jahrzehnt an einem anderen Ansatz: Der Körper des Geimpften soll die Antigene selbst produzieren.

Hierfür wird die »Bauanleitung« für ein Protein des Erregers verimpft, das dann im Körper gebildet wird und eine Immunreaktion bewirkt. Vorteilhaft ist, dass diese Impfstoffe schnell entwickelt werden können, rasch in großen Mengen produzierbar und außerdem sicher sind. Auch gegen das Pandemievirus SARS-CoV-2 werden genbasierte Impfstoffe entwickelt. Dabei gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten: Der Impfstoff kann DNA oder RNA enthalten.

In RNA-Impfstoffen ist in der Regel Boten-RNA (mRNA) enthalten, das Zwischenprodukt, das beim Ablesen eines Gens entsteht und das in Protein übersetzt wird. Die RNA muss lediglich in das Zytoplasma der Zellen aufgenommen werden, um dort am Ribosom die Bildung von Proteinen zu bewirken. Um die Aufnahme in die Zellen zu erleichtern, kann die RNA zum Beispiel in Liposomen oder Lipid-Nanopartikeln (LNP) verpackt sein. Sie kann aber auch nackt in dem Impfstoff enthalten sein. Die Nukleinsäure lässt sich modifizieren, um sie zu stabilisieren und so die Expression zu verstärken.

Außerdem besteht auch die Möglichkeit, selbstreplizierende oder selbstamplifizierende RNA (saRNA) zu verwenden. Diese kodiert nicht nur für das gewünschte Antigen, sondern enthält auch Elemente für die Replikation, die es der RNA ermöglichen, sich zu vervielfältigen, sodass die Impfdosis reduziert werden kann.

RNA-basierte Impfstoffe gelten als sehr sicher, da sie anders als attenuierte Lebendimpfstoffe keine Infektionen auslösen können, sich nicht ins Genom integrieren können und zudem nur vorübergehend abgelesen werden (»Nature« 2018, DOI: 10.1038/nrd.2017.243). Die RNA wird im Körper rasch abgebaut. Außerdem gibt es gegen sie als »Minimal-Vektor« keine antivektorspezifische Immunität, wie sie bei viralen Vektoren zu beobachten ist. RNA-basierte Vakzine können daher gut wiederholt verabreicht werden.

RNA-Impfstoffe gehören wie Vektor-Impfstoffe zu den typischen Plattform-Technologien. Dies bedeutet, dass man nur einmal eine geeignete Methode (Verpackung und Modifikation der RNA) entwickeln muss, um prinzipiell gegen jeden gewünschten Erreger eine Vakzine herstellen zu können. Nur die Sequenz der RNA muss dann jeweils angepasst werden.

Gegen das SARS-Coronavirus-2 befinden sich derzeit vier Projekte mit RNA-Impfstoffkandidaten in klinischer Entwicklung. Alle richten sich gegen das Spike-Protein auf der Oberfläche des Virus. Der US-amerikanische Impfstoffentwickler Moderna hatte Mitte März eine Phase-I-Studie gestartet, von der bereits Daten vorliegen: Demnach ist die Vakzine mRNA-1273 sicher und immunogen.

Ende April erhielt das Mainzer Unternehmen BioNTech die Genehmigung für die erste deutsche Studie, in der vier Pandemieimpfstoff-Kandidaten auf mRNA-Basis getestet werden. Die enthaltene RNA kodiert für das Spike-Protein, zum Teil in Präfusionskonformation, oder für einen bestimmten Teil des Proteins, die Rezeptor-Bindedomäne. Einer der Impfstoffkandidaten enthält selbstamplifizierende RNA. Die Kandidaten beider Unternehmen enthalten LNP-verkapselte RNA.

In den vergangenen Tagen starteten gleich zwei Phase-I-Studien neu: Das Tübinger Unternehmen CureVac erhielt vom Paul-Ehrlich-Institut die Genehmigung, ihren Kandidaten CVnCoV zu testen, der ebenfalls in Lipid-Nanopartikel verpackte mRNA für das Spike-Protein enthält.  Außerdem kündigte das Imperial College London eine klinische Prüfung seiner saRNA-Vakzine an. Der Kandidat enthält selbstamplifizierende RNA, die sich also im Geimpften noch vervielfältigt und ebenfalls für das Spike-Protein kodiert. An der Studie sollen insgesamt 300 Probanden teilnehmen, die jeweils zwei Dosen des Impfstoffs erhalten. 

15 weitere Projekte zu RNA-Impfstoffen befinden sich laut Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) in der Präklinik, darunter auch ein intranasal zu applizierender mRNA-Impfstoff der Firma ETheRNA aus Belgien.